天然氣場站中流量計算機的安全運行

尚華

摘要：超聲波流量計在現(xiàn)如今的實驗中用處越發(fā)廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)成為了計量用的主要儀器。同樣的，超聲波流量計在天然氣場站中的計量也扮演著極其重要的作用，在天然氣緩緩流入通往千家萬戶的天然氣管網(wǎng)的同時，作為主宰超聲波流量計的流量計算機，成為了設計人員關注的重中之重，如何設計好最優(yōu)的方案與維護設備的正常運行，成為了工作人員任務重點。本文通過在供電、通訊兩方面進行舉例說明，闡述了如何在硬件與軟件上對流量計算機進行改造與維護。

關鍵詞：天然氣場站；流量計算機；雙電源冗余系統(tǒng)；SCADA 系統(tǒng)

由于現(xiàn)如今流量計算機已經(jīng)成為了天然氣場站運行重要的設備之一，為了單位的利潤計量，無法輕易決定流量計算機的暫停與關閉， 因為一旦停止流量計算機的運行，不僅會給公司帶來巨大的收益損失，也有可能會影響下游的生產(chǎn)工作進度，造成種種不良問題，所以需要考慮外部因素對流量計算機持續(xù)運行的種種影響。

1 雙電源冗余系統(tǒng)

我們通過查詢文獻可知，SCADA 系統(tǒng)的運行中，控制柜的供電占有比較重要的一環(huán)，作為所有設備正常運行的必備條件，也是設計人員與維護人員所關心的焦點。SCADA 系統(tǒng)控制柜作為整個部件的核心控制系統(tǒng)，擁有一主一副的兩套供電設施，在進行供電轉(zhuǎn)換到過程當中，盡管已經(jīng)做好了設備的冗余備份，但是由于受到設備本身的一些影響，雙電源轉(zhuǎn)換開關設備會使得流量計算機出現(xiàn)偶爾的斷電現(xiàn)象。這樣的斷電重啟很有可能會是設備受到損壞，導致無法挽回的后果， 既影響整套流程的安全可靠性，也會影響最后的計量精度和計量結果，因此需要給流量計算機增加一套備用電源，減少事故的產(chǎn)生。

1.1 改造思路

設計的思路在于在原來的電源設計上增加一套電路，并且增加DRP-240-24 的穩(wěn)壓開關電源。

因為原控制柜供電采用分級式供電，所以新增加的控制電源在220V 的第二端進行供電，順序等級與 UPS 供電與備用電空氣開關相同。在圖 1 和圖 2 中我們可以看到，當雙電源的轉(zhuǎn)換開關作為關鍵節(jié)點，設備出現(xiàn)問題的同時，將會使得下一個節(jié)點同樣發(fā)生故障。但是當新增加的開關電源由總開關直接供電的時候，可以避開雙電源轉(zhuǎn)換的開關節(jié)點，充分利用現(xiàn)有設備進行調(diào)換，保證全天供電不間斷，也就可以使得整套系統(tǒng)的安全得到保障。

1.2 主要作用

設立天然氣場站中流量計算機的冗余配件的意義在于可以大大提升設備的安全可靠性能，在供電中斷時可以大大降低設備損壞的概率并且使運行效率有了一個質(zhì)的提高。這種種方案除非正常供電與UPS 供電同時中斷，否則此套供電設施將使整套設備正常運轉(zhuǎn)。

2 利用 PLC 編寫報警程序

在天然氣場站中的流量計算機發(fā)生突發(fā)狀況的同時，就會給整套流程帶來很大的破壞，給公司的正常運行生產(chǎn)帶來極大的損失。因此， 在設備發(fā)生故障時，給值班人員及時發(fā)出警報就成為了整套流程中的重中之重，在各種方法中，最有效的方法就是為天然氣場站中的流量計設置警報裝置。也就是說，當流量計異常導致流量為零時，或者當流量計算機通訊異常時，都會觸發(fā)設備的警報。

2.1 流量數(shù)據(jù)采集的通道

天然氣場站中流量計的預警設施分為三個部分：上位監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)通信、控制系統(tǒng)和智能儀表通信、站控系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)通信。具體的流程就是天然氣場站中流量計算機采集超聲波流量計數(shù)據(jù)后進行運算，結果通過相關的 MODBUS TCP/IP 協(xié)議傳送給 RTU 設備，RTU 設備經(jīng)過處理后再上傳到上位監(jiān)控系統(tǒng)。其中，最關鍵的報警輸出處理就由PLC 進行處理。

2.2 流量報警判斷

流量報警判斷一般在RTU 里面進行，因為RTU 可以歸納一整套數(shù)據(jù)， 這樣有利于數(shù)據(jù)的整合與維護。數(shù)據(jù)處理起來方便而且易于判斷和維護。

流量計算機中所呈現(xiàn)的流量數(shù)據(jù)是實時變化的，如果數(shù)據(jù)長期定格在一個數(shù)值上不變化，我們就可以認為是數(shù)據(jù)通信故障。當在一定周期內(nèi)，流量數(shù)據(jù)不間斷的重復累計達到一定次數(shù)，就會判定流量數(shù)據(jù)通訊的失敗，也會相應的處罰報警裝置。這樣的一套流程目的在于及時的提醒工作人員發(fā)現(xiàn)故障所在，并及時對此進行維護工作，以減少單位的損失，維護設備的正常安全運行。

2.3 流量報警觸發(fā)聲光報警

當流量數(shù)據(jù)異常，導致設備對此進行報警判斷的時候，PLC 就擔負起了提醒工作人員的指責，一般來說 PLC 系統(tǒng)會以聲光電的形式對值班人員進行示警。通常 PLC 設備采用的是西門子 S7-300 系列，可以與 RTU 設備通訊的模式為CP341 模塊通過RS485 連接，CP341 為MASTER。當流量異常報警時，可供輸出的信號為D0 信號，由RTU 設備傳到PLC 設備的CP341 模塊上，當PLC 設備接收到DO 信號時，便可以進行報警處理。

3 結論

本文提出的各種實用性方法可用于現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境中使用。由于流 量計算機可以在雙電源冗余系統(tǒng)的保護下實現(xiàn)不間斷工作，可以大大的 提升工作效率，解放工作人員，并且進一步的提升了值班工作人員的效 率，使他們可以及時的應對突發(fā)事故，減少單位的損失。所以天然氣場 站中的流量計算機在目前看來技術是成熟可靠的，相信在日后不斷地現(xiàn) 場試驗中，本文的相關理論將會得到越來越多數(shù)據(jù)的驗證。

參考文獻：

[1] 劉鍇.深入淺出西門子 S7300PLC.北京：京航空航天大學出版社，2004

[2] 王兆義.可編程控制器使用技術[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004

[3] 張萬忠，劉明芹. 電器與 PLC控制技術[第二版]. 北京：化學工業(yè)出版社，2008