标准CNG加气站站控系统技术方案.docx
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标准CNG加气站站控系统技术方案
标准CNG加气站
站控系统技术方案
建设方：
承建方：
二零一四年六月
目录
第一部分概述3
1技术文件编写依据3
2项目说明3
3标准和规范3
第二部分技术方案5
1系统功能7
2系统选型原则8
3系统架构9
3.1现场设备层10
3.2生产监控层11
3.2.1PLC产品选型和主要技术指标11
3.2.2系统说明20
3.3信息管理层21
3.3.1信息管理层的硬件设备21
3.3.2信息管理层软件配置23
3.4可燃气体报警系统25
3.5系统防浪涌保护25
3.6视频监控系统25
其它说明26
1低压电器26
2电气装配26
3相关电缆，附件等27
第一部分概述
本方案提供的所有货物（包括硬件、软件和服务）适用于标准CNG加气站站控系统工程。
1技术文件编写依据
计量单位：
SI制（特别注明者除外），以下为常用参数的计量单位：
序号
单位名称
单位符号
1
温度
℃
2
压力
MPa，kPa
3
质量
Kg
4
长度
M
5
密度
kg/m3
6
振动
Hz
7
体积流量
m3/h（标准状况）
2项目说明
科技发展日新月异，随着知识经济、信息时代步伐的迈进，改变了人们传统的思维方式和工作方式。
为紧跟时代的步伐，使企业永远立于不败之地，不断的建设新系统和改造旧系统，引进新的工艺和科学合理的管理方法，持续不断地给企业注入新的活力，是必然的策略。
为了达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高企业效益的目标，故在建设CNG加气站工程时，需同步建设CNG加气站站控系统。
3标准和规范
本次方案和最终验收将遵循以下标准和规范：
GB50093-2002《自动化仪表工程施工及验收规范》；
GB50054-2011《低压配电设计规范》；
GB50052-2009《供配电系统设计规范》；
GB50028-2006《城镇燃气设计规范》；
GB50156-2002《汽车加油加气站设计与施工规范》；
GB50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》；
QX/T109-2009《城镇燃气防雷技术规范》。
第二部分技术方案
为了实现建后CNG加气站的正常运行，根据用户的相关要求，同时结合生产运行的实际情况及我方的多年工程经验，在建设CNG加气站的同时，需建设好CNG加气站站控系统（以下简称监控系统）。
标准的CNG加气站其主要的功能是：
高压输气管网经过调压计量橇、前置干燥器、压缩机压缩等工序后，经顺序控制盘控制，通过压缩天然气（CNG）管道，依次进入储气井中储存，储气井内的天然气通过加气机向汽车充气。
监控系统的主要功能是对CNG加气站的生产工艺环节进行自动化监测和控制，保证加气站生产处理过程的安全、节能、稳定和自动化运行。
标准的CNG加气站监控系统主要包括：
仪表自控柜（负责相关仪表信号的采集控制等）、可燃气体报警系统（负责可燃气体报警系统的采集和处理）、通讯接口的预留（有必要的情况下计量橇、压缩机及加气机等数据通过通讯上传至自控柜）、系统整体防雷防浪涌保护等、必要情况下的视频监控系统（具体根据用户要求考虑建设与否）。
标准CNG加气站监控系统示意图
1系统功能
监控系统用于对CNG加气站生产工艺过程的自动化监控，完成站内生产过程监视和管理，实现重要生产过程的参数报警及相关控制。
其至少应具有以下功能:
实时采集所需的各种工艺参数；
数据处理（工程单位换算、算术和逻辑运算）；
报警监视和报警处理（显示、存档和打印）；
通信功能：
具有标准的、可靠的和开放的通信接口；
配置软——硬件接口的灵活配置功能，可实现现场参数的设定和修改；
自动控制功能：
在现场生产工艺设备具备条件的前提下，可实现站内整个工艺处理过程的自动化控制和参数调节，以实现整个生产过程的高可靠性过程控制；
工艺生产数据的实时和历史趋势的显示、打印和报告：
可以多种方式完成趋势和报表的生成；
生产工艺画面的显示：
能够动态实时显示整个系统及系统各部分的工艺流程，并可显示系统内各种设备的实时运行参数、状态、故障信息、运行方式及参数的设定和修改；
具有先进的开放体系结构、性能可靠、便于扩展：
为了保证以后扩建或改造时都能满足站内的生产，监控系统应具有较强软、硬扩展能力。
此外，本监控系统可在严格的工业环境下长期、稳定地运行。
并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，防爆、防雷电和浪涌，抗干扰能力强，适应较宽的温度变化范围，系统应具备良好的电磁兼容性。
2系统选型原则
根据常规CNG加气站的工艺要求，并结合我们多年来在石油天然气自动化控制的经验，为了保证CNG加气站监控系统能够安全、稳定和可靠的运行，并达到设计要求和真正发挥最大的效能，在设备选型上需遵循以下原则：
Ø高度的可靠性（安全性）和技术的先进性
由于CNG站所处理的物质为易燃易爆物质，因此其处理加工过程和安全生产息息相关，所以设计和设备的先进性是保证整个系统高可靠性的基础。
Ø功能的齐全性和可扩展性
设备在符合价格定位的前提下，其功能的齐全性有利于提高整个系统的总体运行水平和自动化程度，为系统的易控性和控制精度提供了可靠保证，也便于系统今后的扩展和升级。
Ø必要的实用性和合理的经济性
在系统设计和设备选型中既要考虑技术的先进性和系统的稳定，也要兼顾整个系统的成本和资金投入，保证系统具有较高的性能价格比。
3系统架构
根据CNG加气站的工艺需要及设计控制要求，本次的站控系统以冗余的控制器和上位监控工作站为核心组成监控系统，实现对整个过程的监控，从而保证系统更加可靠稳定的运行。
系统结构图如下：
3.1现场设备层
现场设备层主要是指安装在现场的各种变送器及执行机构等。
针对标准的CNG加气站，涉及到的主要有：
压力变送器、流量计、可燃气体报警变送器、温度变送器等。
针对此类仪表，我们在选型时需遵循一下几个原则：
Ø所选仪表在石油、天然气或化工领域有良好的使用业绩；
Ø对处理工艺非常重要的的测量参数选用原装进口产品、合资厂产品或国产优质产品；
Ø对同一类仪表尽可能选用同一厂家的产品；
Ø在国内有备品备件囤货；
Ø在国内有售后服务机构；
Ø仪表的管线连接采用GB或相关石油天然气行业标准；
Ø所有仪表选用制造厂规模生产的最新产品并有广泛的应用。
3.2生产监控层
现场设备层与现场工艺密切相关，它相对独立，而生产监控层是整个监控系统的核心，它一方面根据工艺要求完成对现场设备层的监测和控制，另一方面向信息管理层实时传送相关的监控工艺信息，同时接受信息管理层下达的相关指令信息。
针对CNG加气站的工艺要求和特点，我们是用冗余的PLC和计算机工作站组成监控系统来完成对整个生产过程的监控，生产监控层的核心设备就是冗余的PLC。
根据我们的工程经验，同时考虑实际情况，我们将向用户提供一套以和利时（HollySys）公司LK系列冗余PLC为主控制器的解决方案，以满足监控系统的需求。
3.2.1PLC产品选型和主要技术指标
产品选型
可编程控制器（PLC）是一种技术成熟、历史悠久的工业控制器，并广泛用于各种顺序逻辑过程的控制，经国内外大量的实际应用，证明其具有很高的可靠性和顺序控制能力。
而且一经编程调试完成，PLC就可以自成一个独立的系统，自动完成监测、控制任务，不需要其他设备，不易受到干扰，运行可靠。
本监控系统虽然逻辑关系不很复杂，但对系统的安全性及可靠性要求比较高，而且有时在运行当中需要不断的调整完善。
而PLC所有大多数的调节回路都由软件编程来决定，修改、调整很方便，可以适应系统的改动、调整。
根据有关文件的要求和我们的工程经验，我们选用和利时（HollySys）公司LK系列冗余PLC作为本系统的主控制器。
和利时公司创建于1993年，是从事自主开发、制造各种先进可靠的控制系统与平台，并为各行业提供专业化解决方案的自动化高科技企业，拥有过程自动化、轨道交通自动化、核电站数字化仪控系统、工厂自动化即控制与驱动、信息化等业务单元。
公司实行集团化管理，现有员工逾千人，经过十几年快速稳健的发展，和利时已经成为行业知名品牌，公司成长为国内最大的自动化控制系统制造商。
作为国家级的企业技术中心，和利时以自主技术为基础的高品质自动化平台及解决方案，在国内率先成功应用于核电站、大型火电机组、铁路提速和城市轨道交通等多种关键装备及重要工程；公司在核电、电力、石油化工、轨道交通、环保、建材、冶金、造纸、制药、机械制造等十几个行业中成功实施的工程项目超过5000项，这些业绩印证了公司的产品和技术在多行业应用的广泛性、可靠性以及多种领先优势；公司品牌在国际市场上已产生一定影响，产品海外出口量逐年增长。
LK系列PLC是和利时公司在总结十五年的控制系统设计和几千套工程项目实施经验基础上推出的适用于中、高性能控制领域的产品。
相对传统PLC而言，LK系列PLC充分融合了DCS和PLC的优点，采用了高性能的模拟量处理技术，小型化的结构设计，开放的工业标准，通用的系统平台，使产品不仅具有强大的功能和卓越的性能，而且具有更高的可靠性，更佳的开放性和易用性。
以先进的计算机技术、控制技术、通信技术和信号处理技术为基础，可为不同工业领域的用户提供个性化的解决方案，适用于逻辑控制、顺序控制、过程控制、传动控制和运动控制等领域。
对于一些可靠性要求较高的控制场合，如连续过程控制中，控制器发生故障后重新启动费用相当高，或者设备停机后会造成重大经济损失的场合等等，LK可为用户提供冗余系统的解决方案，支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余和PROFIBUS-DP总线冗余。
LK系统由CPU模块、I/O模块、通信模块、特殊功能模块和背板组成，用户可根据不同的应用场合、不同的需求灵活地进行自由组合，以满足自动控制的广泛应用。
其产品的主要特点如下:
高性能
Ø配置工业级100MHz/266MHz/533MHz处理器，拥有纳秒级（13ns）的处理速度
Ø系统I/O容量大，数字量I/O最多可达57344点，模拟量I/O最多可达3584点，可灵活配置，满足不同用户的需求
Ø具有大容量内存，用于程序，最大16MB；用于数据，最大64MB+1MB掉电保持区
Ø强大的模拟量处理功能
高可靠性
Ø提供冗余系统的解决方案，支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余、总线冗余。
通过冗余配置的CPU，以及内置的冗余PROFIBUS-DP总线接口，保证系统的核心运行可靠
Ø具备良好的电磁兼容性，现场到系统、通道与通道间采用隔离措施
Ø具有通信故障时的输出保持或输出预置功能
Ø低功耗设计，CPU模块功耗在5W左右，I/O模块功耗在2W左右
易用性和易维护性
Ø模块支持带电插拔，更换模块时无需中断系统运行，新模块将会自动进行数据的初始化设置，并快速与CPU建立通信
Ø模块智能化程度高，可实现强大的自诊断功能（诊断至通道），简化了用户的故障判断
Ø编程软件符合IEC61131-3国际标准，具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六种编程语言
Ø灵活的SD存储卡，可进行工程恢复及备份复制，使系统维护更加方便、快捷
Ø背板上设计有防混销，以避免插错模块
Ø外形小巧，易于安装，既可分散，也可集中
开放性和灵活性
Ø支持多种通信协议，如TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS、DeviceNet、CANopen、自由口等协议
Ø采用开放式设计，可为各类HMI软件提供标准接口
Ø强大的扩展能力，用户
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