《油氣儲運系統(tǒng)自動化》第四章5節(jié) scada系統(tǒng)控制邏輯

第5節(jié)SCADA系統(tǒng)控制邏輯控制邏輯是指----通過SCADA控制系統(tǒng)實現(xiàn)要求的全線啟輸停輸控制、站啟站?？刂?、批輸下載、清管球發(fā)送與接收、泵切換、水擊聯(lián)鎖保護等控制。4/24/20231編輯ppt一、幾種常見控制方式1.順序控制通常指設備開、停時執(zhí)行一組人為事先編排好的邏輯動作，這類控制允許由操作人員決定是否投用。2.聯(lián)鎖保護控制3、簡單PID單回路控制4.復雜回路控制。4/24/20232編輯ppt2.聯(lián)鎖保護控制信號報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)包括信號報警系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)信號報警起到自動監(jiān)視的作用，當工藝參數(shù)超限或運行狀態(tài)異常時，以燈光或音響的形式發(fā)出警報，提示操作員注意，并及時加以處理。聯(lián)鎖保護實際是一種自動操作系統(tǒng)，能使有關設備按照規(guī)定的條件或程序完成操作任務，達到消除異常，防止事故的目的。聯(lián)鎖保護的最高級別是ESD保護，ESD是EmergencyShutdownSystem的簡稱，中文意思是緊急停車系統(tǒng)，它用于監(jiān)視裝置或獨立單元的操作，如果生產(chǎn)過程超出安全操作范圍，可以使其進入安全狀態(tài)，確保裝置或獨立單元具有一定的安全度。4/24/20233編輯ppt2.聯(lián)鎖保護控制聯(lián)鎖保護系統(tǒng)有3部分組成：（1）發(fā)信元件包括工藝參數(shù)或設備狀態(tài)檢測接點、控制盤開關、按鈕、選擇開關，以及操作指令等，它們起到參數(shù)檢測、發(fā)布指令的作用。這些元件的通斷狀態(tài)也是系統(tǒng)的輸入信號。如泵入口壓力開關。（2）執(zhí)行元件（3）邏輯元件4/24/20234編輯ppt2.聯(lián)鎖保護控制（2）執(zhí)行元件

也叫輸出元件，如閥門的執(zhí)行機構等。（3）邏輯元件

又叫中間元件，它們根據(jù)輸入信號進行邏輯運算，并向執(zhí)行機構發(fā)出控制信號。邏輯元件以前多采用有觸點的繼電器、接觸器線路和無觸點的晶體管等，現(xiàn)在普遍采用PLC、DCS、和SCADA系統(tǒng)的控制器。4/24/20235編輯ppt3、簡單PID單回路控制3.1了解幾個名詞被控對象－自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設備或機器等。被控變量－被控變量內(nèi)要求保持設定數(shù)值的工藝參數(shù)。操縱變量－受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設定值的物料量或能量。擾動量－除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因素。設定值－被控變量的預定值。偏差－被控變量的設定值與實際值之差4/24/20236編輯ppt3.2簡單控制系統(tǒng)－通常是指由一個被控對象、一個檢測元件及傳感器、一個調(diào)節(jié)器和一個執(zhí)行器所構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，也稱單回路控制系統(tǒng)。4/24/20237編輯ppt3.3調(diào)節(jié)器的正、反作用將調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號定義為測量值減去給定值，那么當偏差增加時，其輸出也增加的調(diào)節(jié)器稱為“正作用”調(diào)節(jié)器；反之，調(diào)節(jié)器的輸出信號隨偏差的增加而減少的稱為“反作用”調(diào)節(jié)器。（1）現(xiàn)場各種檢測儀表一般都認為是正作用的；（不考慮其正反作用）

（2）氣動調(diào)節(jié)閥門的正反特性由閥門定位器、執(zhí)行機構的特性共同組成。4/24/20238編輯ppt3.4在PID調(diào)節(jié)中，比例作用是根據(jù)“偏差的大小”來動作，它的輸出與輸入偏差的大小成比例。比例調(diào)節(jié)及時、有力，但有余差。它用比例度來表示其作用的強弱，比例度越小，調(diào)節(jié)作用越強，比例作用太強時，會引起振蕩。積分調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差是否存在”來動作，它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當余差消失時，積分作用才會停止，其作用是消除余差。用積分時間T來表示其作用的強弱，T愈小，積分作用愈強，但積分作用太強時，也會引起振蕩。微分調(diào)節(jié)根據(jù)“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其效果是阻止被控變量的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用，它使調(diào)節(jié)過程偏差減少，時間縮短，余差也減?。ǖ荒芟Ｋ梦⒎謺r間Td來表示其作用的強弱，Td大，作用強，但Td太大，也會引起振蕩。4/24/20239編輯ppt3.5對于一個控制回路，通常由一個PID調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)反饋控制，為了使控制調(diào)節(jié)的反應速度和開度變化更加快速合理，需要對PID調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)進行整定，根據(jù)自控回路上的設備的綜合系統(tǒng)特性，調(diào)試出一個比較合理的P、I、D參數(shù)匹配值。在長輸管道的單回路控制中，常常用來控制進出站壓力、流量和下載流量，在自動調(diào)節(jié)中一般只用到比例和積分控制。4/24/202310編輯ppt4.復雜回路控制4.1串級控制4/24/202311編輯ppt串級控制系統(tǒng)是由其結(jié)構上的特征而得名得。它是由主、副兩個調(diào)節(jié)器串接工作的。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出去操作調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)對主變量的定值控制。4/24/202312編輯ppt4.2選擇控制4/24/202313編輯ppt選擇性控制又叫取代控制，在該系統(tǒng)中，一般有兩只或兩只以上調(diào)節(jié)器，它們的輸出通過一只選擇器后，送往執(zhí)行器。這兩只調(diào)節(jié)器，一只在正常情況下工作，另一只在非正常情況下工作。在生產(chǎn)處于正常情況時，系統(tǒng)由用于正常工作下工作的調(diào)節(jié)器進行控制；一旦生產(chǎn)出現(xiàn)不正常情況，用于非正常情況下工作的調(diào)節(jié)器將自動取代正常情況下工作的調(diào)節(jié)器，對生產(chǎn)過程進行安全性控制，直到生產(chǎn)自行恢復到正常情況，正常情況下工作的調(diào)節(jié)器又將取代非正常情況下工作的調(diào)節(jié)器，恢復對生產(chǎn)過程的正?？刂?。長輸管道通常的選型控制采用的是低選（超馳）控制。選擇性控制4/24/202314編輯ppt例如主管道出口壓力控制閥，對于入口壓力控制回路來說，只要入口壓力高于設定壓力，調(diào)節(jié)器的輸出就不斷開大，直到100%，這時以低選器選擇出口壓力調(diào)節(jié)的輸出來控制出口閥，但是，一旦入口壓力低于入口的設定壓力，調(diào)節(jié)器的輸出不斷向下減小，當調(diào)節(jié)器輸出下行到小于泵出口壓力調(diào)節(jié)的輸出時，低選器把控制權切換給入口壓力控制器，達到選擇控制的目的，流量低選回路的工作原理相同。低選控制的關鍵是設定值要合理，主輸出控制器打在自動狀態(tài)，要實現(xiàn)全自動控制，還需把各參與低選的調(diào)節(jié)回路打到自動狀態(tài)。。4/24/202315編輯ppt二、典型泵站的控制邏輯1.閥門的控制2.機泵的啟停控制3.收、發(fā)球控制4.下載控制5.站啟、?？刂?.全線自動啟、?？刂?.聯(lián)鎖保護4/24/202316編輯ppt1.閥門的控制1.1開關式閥門包括：球閥、閘閥、蝶閥等SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場連接信號包括：（1）現(xiàn)場過來的DI信號包括：就地/遠程信號，全開信號、全關信號、故障信號。（2）SCADA輸出到現(xiàn)場的信號包括：開閥和關閥信號。部分閥門還有單獨一路ESD關閥信號。4/24/202317編輯ppt阿拉山口站為例開關量閥的控制邏輯：閥處于遠控/手動狀態(tài)，無故障，無報警，無停閥命令。在站控（中心）狀態(tài)，閥門全開未置位，站控開閥命令置位，2秒后自動復位。閥門開DO正常輸出，閥門在開狀態(tài)。XV1101,02,03,04,05,XV1111,XV1421,254/24/202318編輯ppt4/24/202319編輯ppt1.閥門的控制1.2模擬量閥門各類調(diào)節(jié)閥（1）現(xiàn)場過來的信號包括：就地/遠程信號、開到位，關到位，故障信號、閥門開度控制，閥位反饋AI信號。（2）SCADA輸出到現(xiàn)場的信號閥門輸出開度AO信號。SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場連接信號4/24/202320編輯pptPICPT壓力控制器壓力變送器壓力調(diào)節(jié)閥上游來氣下游供氣典型的壓力控制系統(tǒng)框圖4/24/202321編輯ppt模擬量閥的控制邏輯：閥處于遠控/手動狀態(tài)，無故障，無報警。在站控（中心）狀態(tài)，寫入閥位設定值，使能開（關）置位后，AO正常輸出，2秒后使能開（關）復位，當閥門到達設定的閥位后，閥停止動作。無論是就地切換到遠控還是遠控切換到就地，閥都能停止動作。XV1201,1202,03,04,XV13014/24/202322編輯ppt1.閥門的控制1.3PID調(diào)節(jié)閥門，SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場連接信號包括：（1）現(xiàn)場過來的信號包括：就地/遠程信號、故障信號、閥門開度反饋AI信號、手/自、開到位、關到位、SP設定值、使能命令。（2）SCADA輸出到現(xiàn)場的信號輸出開度AO信號：如出口壓力等。4/24/202323編輯pptPID調(diào)節(jié)閥的控制邏輯：閥處于遠控/手動狀態(tài)，無故障，無報警。在站控狀態(tài)下調(diào)試，使閥處于遠控、手動狀態(tài)，在站控上位機MMI上，輸入壓力設定值，點擊執(zhí)行后，閥開始動作，當出站壓力等于設定值時，閥停止動作；在現(xiàn)場將閥門切換到就地狀態(tài)后切換回遠控，閥不動作，證明沒有擾動。PV1103A，PV1103B，PV1105PV2301、TV23024/24/202324編輯ppt4/24/202325編輯ppt1.閥門的控制1.4在實施該控制邏輯中，需要注意的幾點：（1）現(xiàn)場就地與遠程信號切換時，應確保無擾動切換，現(xiàn)場動作后切回遠程或遠程動作后切回就地，閥門都應保位。（2）輸出DO信號應為脈沖信號還是長信號。根據(jù)邏輯要求，就需要與現(xiàn)場閥門執(zhí)行機構的組態(tài)協(xié)調(diào)一致，相應的閥門執(zhí)行機構的組態(tài)時考慮點動或長動的組態(tài)方式。（3）現(xiàn)場反饋信號都失效時，SCADA應沒任何輸出信號動作閥門，只報警提示。（4）閥門開關超時或故障報警時，SCADA應沒任何輸出信號動作閥門，只報警提示。4/24/202326編輯ppt2.機泵的啟?？刂?.1SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場信號包括：（1）現(xiàn)場過來的信號：就地/遠程信號，運行信號。（2）SCADA輸出到現(xiàn)場的信號包括：啟泵信號、停泵信號。泵的啟停邏輯：包含的點有就地/遠控、啟狀態(tài)、停狀態(tài)、故障、啟動命令、停止命令、ESD命令。4/24/202327編輯ppt機泵的啟?？刂七壿嫲狞c有就地/遠控、啟狀態(tài)、停狀態(tài)、故障、就地急停狀態(tài)、啟動命令、停止命令。泵啟動初始條件：泵入口閥門處于全開或全關位，閥處于遠控自動狀態(tài)，無故障，無報警，泵入口壓力值達到最低啟泵要求，泵處于遠控狀態(tài)，無故障，無保護報警、無連鎖報警、無ESD命令、4個罐前閥不在全關位。當泵滿足初始條件時，啟泵條件的信號置位。泵入口閥開到位后，開出口閥到10%后啟泵，泵運轉(zhuǎn)后出口閥在10%位置停留3秒，然后繼續(xù)開至全開位，當泵按照啟動程序完成啟泵命令后，泵啟動成功信號置位。停泵順序：出口閥關至10%，……4/24/202328編輯ppt2.機泵的啟?？刂?.2基于工藝及設備本身的安全考慮，機泵的啟停需要考慮與之相關的壓力及泵進出閥門的狀態(tài)，在實施機泵控制邏輯中，需要注意的幾點:（1）機泵啟動前應滿足的條件，如壓力是否滿足，進口閥和出口閥是否已經(jīng)處于預先考慮好的位置，機泵本身涉及的機械密封、振動條件、溫度等條件是否滿足。這個可考慮作為啟泵前的一個必要條件加入保護邏輯中。（2）啟泵/停泵信號是脈沖信號還是長信號，一般都是脈沖信號，因為通常SCADA輸出先到繼電器的干觸點，觸發(fā)繼電器閉合輸出信號到電氣柜來動作機泵。（3）需要考慮機泵運行或停止后與閥門動作的聯(lián)系。啟泵時，通常閥門開始處于一個小開度的位置，延時一定時間，待機泵運行平穩(wěn)后，出口閥再慢慢打開。停泵時，通常先關小閥門再停泵，避免甩泵造成壓力及流量的大波動。如果是緊急停泵，如聯(lián)鎖條件觸發(fā)，那么可考慮另外停泵的方法。4/24/202329編輯ppt3.收、發(fā)球控制清管器控制包括清管器自動接收操作和自動發(fā)送操作。主要設備包括收發(fā)裝置，SCADA系統(tǒng)和各種檢測儀表組成，其操作控制由站控系統(tǒng)的清管器控制邏輯實現(xiàn)；可由中心控制室的計算機發(fā)出邏輯指令實現(xiàn)，也可站控人員發(fā)出指令實現(xiàn)。需要注意的幾點：1）站外指示器2）進出站閥的開度3）邏輯失效4/24/202330編輯ppt3.收、發(fā)球控制3.1收球控制現(xiàn)場手動導通相關的流程，啟動收球程序，待站外清管指示器檢測到球進站時，自動打開進筒閥門，進筒閥全開后，慢慢關小進站閥到達設定的開度。待收球筒上的指示器檢測到球進筒后，自動打開進站閥，進站閥全開后，關閉進筒閥。3.2發(fā)球控制現(xiàn)場手動導通相關的流程，啟動發(fā)球程序，自動打開出筒閥門，出筒閥全開后，慢慢關小進站閥到達設定的開度。待出站管線上的指示器檢測到球出站后，自動打開出站閥，出站閥全開后，關閉進筒閥。4/24/202331編輯ppt4.下載控制（1）下載前的準備：包括工藝要求的流程的導通，批輸數(shù)據(jù)的錄入，如下載油品種類、介質(zhì)特性、下載流量、下載總量等。（2）下載開始：開始的標志，可以分為自動方式和手動方式，考慮人工觸發(fā)命令還是按照設定時間觸發(fā)命令，是否加入介質(zhì)特性判斷。（3）下載結(jié)束：如果設定總量，那么到達總量時自動下載；如果下載過程中發(fā)現(xiàn)非本次下載的油品到達，那么應啟動意外情況停止下載；下載控制邏輯是長輸管道中非常重要的一環(huán)，某一站的下載涉及到設備的動作，流量及壓力的控制對全線的影響。通常來講，下載控制邏輯包括下載前的準備、下載開始和下載結(jié)束3部分。4/24/202332編輯ppt5.站啟、?？刂普締?、停控制主要考慮幾臺泵的連續(xù)啟動以及進出站閥的動作。程序應分幾部分來考慮：（1）啟站前，進站閥、出站閥的應處于什么位置，泵的啟動條件是否滿足，壓力條件的判斷；（2）啟站程序過程中，幾臺泵的啟動順序以及中間等待時間；（3）啟站過程如果某一臺泵或閥無法動作，應允許人工介入控制；（4）站停程序需要考慮停的先后順序，是從后往前停還是從前往后停，以及泵之間發(fā)停命令的條件。4/24/202333編輯ppt6.全線自動啟、?？刂迫€自動啟或?？刂剖前凑找欢ǖ捻樞蜃詣娱_啟或停全線各站的泵及閥門，相當于把各站的站啟串聯(lián)起來，一般來說，全線自動啟都是按照從前往后正輸方式啟。（1）從上一站啟動到下一站啟動條件的判斷，時間和壓力條件來判斷觸發(fā)。（2）考慮中間某一站無法啟動，應確保人工干預不影響后面的站的執(zhí)行。（3）保證程序執(zhí)行過程中，人工干預自動退出，但不影響前面已經(jīng)執(zhí)行的站。4/24/202334編輯ppt7.聯(lián)鎖保護7.1站場保護如發(fā)生火災或可燃氣體報警時，可執(zhí)行緊急停車保護。7.2油罐保護液位低報警，液位低低聯(lián)鎖關閥，防止油罐抽空；設立液位高報警，液位高高聯(lián)鎖關閥，防止冒罐。7.3機泵的保護對泵機組的工況進行監(jiān)視和控制4/24/202335編輯ppt三、水擊及控制管線中的液流突然變速必然引起管中壓力的突然升高或降低，速度變化過程越快，則瞬時升降的壓力就越大，這種壓力瞬變現(xiàn)象稱為水擊。水擊現(xiàn)