基于CC－Link的城市煤气分布式变频供给系统的设计
日期：2006-4-30 10:18:26 来源：本文摘自《PLC&FA》
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我国主要的大中型城市居民生活用煤气普遍采用的管道煤气，随着目前我国的“西气东送”工程的顺利实施，管道煤气的使用将会越来越普遍。因此，如何保证居民煤气气压恒定和安全输送就显得尤为重要。城市的管道煤气一般采用储气罐集中供气的方式，在居民用气高峰，特别是晚上，煤气气压波动较大，极大地影响了居民的生活质量，为消除这种影响，使煤气气压基本恒定，需要采用现代变频供气技术，使气压稳定，较传统的供气方式相比，不仅可保证供气质量，还可降低成本。
山东某城市的集中储气线路有东西南北4条管路，分别对应4个城区，我们采用一台三菱新型MELSEC-Q型PLC(后简称Q型PLC)作主站、一台Q型PLC作备用主站，四台Q型PLC作从站，分别控制四条管路的气压和流量，为提高系统的安全可靠性，另外添加了两个备用从站，并用CC－Link作现场控制网络备，架构了一套城市煤气分布式变频供气系统。由于系统采用了高品质的PLC、性能稳定的CC－Link现场总线技术，该系统投入运行以来，一直运行稳定，极大提高了市政工作的服务品质和居民生活用气质量，深得用户好评。
变频供气系统实际上是由变频器驱动气阀向煤气管路提供煤气，由于煤气流量在满足一定的条件下与煤气压力、温度存在某种控制关系，因此，可以利用这一关系实时调节煤气流量来达到调节煤气流量与压力的目的。由设在煤气管路出口处的压力传感器反馈煤气压力信号，并与变频器中的设定煤气压力值相比较构成闭环控制系统。即现地控制单元根据煤气压力的实际情况，设定供气系统的流量值。当其煤气压力和流量需增加时，变频器的输出电压和频率升高，煤气控制泵转速升高，泵口出气量增加;当煤气流量要减少时，变频器的输出电压和频率降低，气泵转速降低，泵口出气量减少，并始终保持管网压力恒定，使其保持在事先设定的压力值上。
变频供气采用数字式增量PID调节方式，自动闭环调节回路调节的量是该管路煤气的实际流量值P和该管路流量的参考值P0相比较所产生的差值信号送PID调节器进行PID运算，其运算的结果转换为适当的模拟控制信号送变频器进行运转控制，以达到运行流量值P在任何流量状态始终接近于设定的参考流量值P0。
·实际流量低于P1时，为加快响应速度，气泵满速运行;
·实际流量位于P1～P2范围内时，为避免积分饱和，分离积分项，采用PD控制;
·实际流量位于P2～P3范围内时，采用PID控制;
·实际流量位于P3～P4范围内时，采用自适应PID控制;
·当实测流量P> P0＋0.1，且在采样周期中，流量持续上升，则变频器断开;
·在采样周期中，流量持续下降，则变频器开通，其它情况实行PID控制;
·实测流量大于P4时，关闭变频器电源，
这种控制方法不仅考虑了实测流量和设定流量的偏差，而且考虑了实测流量的变化趋势，可减少超调和波动，具有自适应的效果。
注:P1、P2、P3、P4的选择为:P1=P0×94％，P2 =P0×97%，P3=P0-0.2，P4=P0+0.2。(P0:设定流量值)
根据上述原理，分别在煤气管路的出口和进口加装量程合适的差压变送器、温度变送器和流量变送器，不间断采集主干道压力、温度和流量以监视管道的运行状况。压力变送器、流量变送器和温度变送器输出标准的4～20mA电压模拟信号，并采用CC－Link通信方式，定时将检测的值发送到煤气控制室，一旦发现有异常现象，便会在中控室发出声光报警。这种检测机制几乎可以实现无人值守。控制原理图见图1所示。
图1 控制原理图
3 基于CC－Link的系统解决方案
3.1 PLC选型
Q型PLC是三菱公司为希望设计容易紧凑和要求系统稳定的用户开发的一种高性能、高可靠性的新型产品，是为想增强处理速度和系统扩展性的用户开发的。本控制系统要求全天不间断地运行，同时，四个现地控制单元要相对独立运行，同时又要协同工作，对控制运算速度的要求比较高。经过市场调研，该PLC能满足系统要求，且对CC－Link的支持更强，使用更方便。其特性为:
1 引言
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我国主要的大中型城市居民生活用煤气普遍采用的管道煤气，随着目前我国的“西气东送”工程的顺利实施，管道煤气的使用将会越来越普遍。因此，如何保证居民煤气气压恒定和安全输送就显得尤为重要。城市的管道煤气一般采用储气罐集中供气的方式，在居民用气高峰，特别是晚上，煤气气压波动较大，极大地影响了居民的生活质量，为消除这种影响，使煤气气压基本恒定，需要采用现代变频供气技术，使气压稳定，较传统的供气方式相比，不仅可保证供气质量，还可降低成本。
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山东某城市的集中储气线路有东西南北4条管路，分别对应4个城区，我们采用一台三菱新型MELSEC-Q型PLC(后简称Q型PLC)作主站、一台Q型PLC作备用主站，四台Q型PLC作从站，分别控制四条管路的气压和流量，为提高系统的安全可靠性，另外添加了两个备用从站，并用CC－Link作现场控制网络备，架构了一套城市煤气分布式变频供气系统。由于系统采用了高品质的PLC、性能稳定的CC－Link现场总线技术，该系统投入运行以来，一直运行稳定，极大提高了市政工作的服务品质和居民生活用气质量，深得用户好评。
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2 变频供气原理
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变频供气系统实际上是由变频器驱动气阀向煤气管路提供煤气，由于煤气流量在满足一定的条件下与煤气压力、温度存在某种控制关系，因此，可以利用这一关系实时调节煤气流量来达到调节煤气流量与压力的目的。由设在煤气管路出口处的压力传感器反馈煤气压力信号，并与变频器中的设定煤气压力值相比较构成闭环控制系统。即现地控制单元根据煤气压力的实际情况，设定供气系统的流量值。当其煤气压力和流量需增加时，变频器的输出电压和频率升高，煤气控制泵转速升高，泵口出气量增加;当煤气流量要减少时，变频器的输出电压和频率降低，气泵转速降低，泵口出气量减少，并始终保持管网压力恒定，使其保持在事先设定的压力值上。
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变频供气采用数字式增量PID调节方式，自动闭环调节回路调节的量是该管路煤气的实际流量值P和该管路流量的参考值P0相比较所产生的差值信号送PID调节器进行PID运算，其运算的结果转换为适当的模拟控制信号送变频器进行运转控制，以达到运行流量值P在任何流量状态始终接近于设定的参考流量值P0。
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·实际流量低于P1时，为加快响应速度，气泵满速运行;
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·实际流量位于P1～P2范围内时，为避免积分饱和，分离积分项，采用PD控制;
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·实际流量位于P2～P3范围内时，采用PID控制;
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·实际流量位于P3～P4范围内时，采用自适应PID控制;
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·当实测流量P> P0＋0.1，且在采样周期中，流量持续上升，则变频器断开;
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·在采样周期中，流量持续下降，则变频器开通，其它情况实行PID控制;
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·实测流量大于P4时，关闭变频器电源，
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这种控制方法不仅考虑了实测流量和设定流量的偏差，而且考虑了实测流量的变化趋势，可减少超调和波动，具有自适应的效果。
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注:P1、P2、P3、P4的选择为:P1=P0×94％，P2 =P0×97%，P3=P0-0.2，P4=P0+0.2。(P0:设定流量值)
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根据上述原理，分别在煤气管路的出口和进口加装量程合适的差压变送器、温度变送器和流量变送器，不间断采集主干道压力、温度和流量以监视管道的运行状况。压力变送器、流量变送器和温度变送器输出标准的4～20mA电压模拟信号，并采用CC－Link通信方式，定时将检测的值发送到煤气控制室，一旦发现有异常现象，便会在中控室发出声光报警。这种检测机制几乎可以实现无人值守。控制原理图见图1所示。
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图1 控制原理图
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3 基于CC－Link的系统解决方案
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3.1 PLC选型
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Q型PLC是三菱公司为希望设计容易紧凑和要求系统稳定的用户开发的一种高性能、高可靠性的新型产品，是为想增强处理速度和系统扩展性的用户开发的。本控制系统要求全天不间断地运行，同时，四个现地控制单元要相对独立运行，同时又要协同工作，对控制运算速度的要求比较高。经过市场调研，该PLC能满足系统要求，且对CC－Link的支持更强，使用更方便。其特性为:
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