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AB冗余1756系統(tǒng)
技術(shù)協(xié)議-軟件
附件二、軟件基本功能
工藝功能
1）BPCS基本過程控制系統(tǒng)
a.本項目設(shè)置3路計量支路，其中1路為小流量計量支路；
b.順序控制器應(yīng)當(dāng)對3個支路分別進(jìn)行控制。
c.流量計量能根據(jù)指定日輸氣總量控制和指定高峰瞬時輸氣量控制，或者同時指定輸氣總量和高峰瞬時輸氣量。
d.流量計量支路的切換邏輯當(dāng)按照下述要求執(zhí)行：
（1）起始狀態(tài)為DN100計量支路計量，當(dāng)下游用氣量持續(xù)10min超過該流量計計量精度（0.5%）上限的80%流量時，關(guān)閉該支路電動閥；開啟大流量DN300計量支路電動閥進(jìn)行計量。當(dāng)下游用氣量減小時，連續(xù)10min達(dá)到DN300計量支路計量精度（0.5%）下限的1.2倍時，關(guān)閉該計量支路，開啟DN100計量支路。
（2）當(dāng)指定高峰瞬時輸氣量控制時，應(yīng)當(dāng)按照（1）進(jìn)行控制，當(dāng)計量流量達(dá)到指定高峰瞬時輸氣量的95%時，動作該支路電動流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行PID（比例、積分、微分）
（3）當(dāng)指定日輸氣總量控制時，當(dāng)?shù)竭_(dá)日輸氣量達(dá)到設(shè)定值時，關(guān)閉三個支路的電動閥。并將狀態(tài)反饋給上游控制系統(tǒng)。
（4）切換邏輯還能夠智能判斷任意一路計量支路的可用性（包括流量計故障狀態(tài)、電動閥故障狀態(tài)等判斷），在正確判斷可用性后方可進(jìn)行切換計量。當(dāng)判斷DN300主計量路出現(xiàn)故障時，能自動啟用備用支路進(jìn)行計量。
（5）DN100流量計計量精度（0.5%）上限的80%流量應(yīng)當(dāng)大于DN300計量精度（0.5%）下限的1.2倍，以保證在隨著下游用氣量的變動能夠?qū)崿F(xiàn)寬范圍0.5%計量精度。
附件三、增強功能
1）概述
在天然氣管道調(diào)控過程中，管線輸送壓力、流量和分輸?shù)膲毫�、流量的控制是天然氣管道自動化控制中重要的環(huán)節(jié)，它保證了管道運行的高效、平穩(wěn)和安全。
分輸站壓力控制系統(tǒng)具備壓力/流量控制選擇功能，并具有限流/限壓保護(hù)能力。壓力控制系統(tǒng)一般包括壓力檢測、壓力調(diào)節(jié)、安全截斷功能。調(diào)壓系統(tǒng)配置方式主要有三種：
安全截斷閥+安全截斷閥+工作調(diào)節(jié)閥；
安全截斷閥+監(jiān)控調(diào)節(jié)閥+工作調(diào)節(jié)閥；
安全截斷閥+工作調(diào)節(jié)閥+安全泄放閥。
2）現(xiàn)狀
目前天然氣管道分輸站控制PLC中運行分輸啟動控制邏輯、分輸關(guān)閉控制邏輯，分輸啟動控制邏輯過程如下：
① 條件判定：檢查分輸ESD、分輸關(guān)閉反饋、出站閥門、放空ESD的狀態(tài)，判定邏輯條件是否滿足；
② 打開去用戶出站閥；
③ 檢測到用戶出站閥全開到位后，根據(jù)用氣量自動打開一路或多路安全截斷閥上游的電動調(diào)節(jié)閥；
④ PID控制邏輯自動觸發(fā)，根據(jù)設(shè)定壓力/流量打開調(diào)節(jié)閥。
在SCADA系統(tǒng)上位機(jī)，配置有用戶分輸啟動命令和關(guān)閉命令執(zhí)行界面。調(diào)控人員日常的用戶供氣調(diào)度操作如下：
① 接到某個天然氣用戶請求供氣的電話通知，調(diào)度員在相應(yīng)的用戶分輸控制界面點擊分輸啟動操作按鈕，開始相應(yīng)用戶的天然氣供應(yīng)；
② 以用戶日指定數(shù)據(jù)為監(jiān)測目標(biāo)，監(jiān)測相應(yīng)用戶當(dāng)日的供氣量；
③ 當(dāng)供氣量達(dá)到日指定量后，根據(jù)用戶特點、供氣要求及制定的供氣策略，采取如下的相應(yīng)措施：點擊分輸停止操作按鈕，停止用戶供氣；改變用戶壓力設(shè)定值，按照最低保護(hù)壓力供氣；改變用戶流量設(shè)定值，按照最小流量供氣。
④ 每日的用戶過程都按照以上步驟周期進(jìn)行。
⑤ 調(diào)度人員每日9:30完成PPS日指定下載，且根據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)控分輸站用戶分輸回路調(diào)壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，包括工作壓力、最大流量、最低保護(hù)壓力等調(diào)壓撬PID控制設(shè)定值。
由于分輸日指定設(shè)定值由調(diào)控中心調(diào)度人員逐個手動輸入，按照每日錄入約五百個用戶日指定數(shù)據(jù)計算，全年共需手工錄入操作逾18萬次。工作效率低且容易出錯。因此采用自動分輸功能，將日指定數(shù)據(jù)批量自動導(dǎo)入，通過PLC中設(shè)置的多種分輸模式選擇來實現(xiàn)自動分輸控制，有效減輕調(diào)度人員的工作強度并提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
2）實施方案
分輸站場應(yīng)具備自動分輸功能，站控制系統(tǒng)接收北京調(diào)控中心日指定量設(shè)定值，并根據(jù)日指定分輸邏輯控制分輸量。調(diào)控中心通過下發(fā)日指定設(shè)定值對分輸調(diào)節(jié)閥進(jìn)行遠(yuǎn)程分輸控制。
站控系統(tǒng)根據(jù)中心下發(fā)日指定設(shè)定值、站場流量/壓力測量值和分輸控制邏輯進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。在站控制系統(tǒng)內(nèi)集成四種分輸控制邏輯，即日指定到量自動關(guān)閥控制、分輸權(quán)重系數(shù)控制、剩余平均流量控制、恒壓控制，按照用戶實際用氣情況在站控系統(tǒng)中選擇對應(yīng)控制方式。
自動分輸控制功能的實現(xiàn)無需增加硬件和軟件工程量。四種分輸控制邏輯在站控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)單中明確控制要求，由站控制系統(tǒng)廠家負(fù)責(zé)實現(xiàn)該功能。具體如下：
（1）日指定自動分輸控制原理
圖 4.2.1-12自動分輸控制功能數(shù)據(jù)流向圖
（2）調(diào)控中心操作界面
調(diào)控中心日指定操作管理和控制的HMI界面見圖4.2.1-13和圖4.2.1-14。
|
日指定操作管理 |
||||
|
站場名稱 |
用戶名稱 |
日指定導(dǎo)入值 |
日指定下發(fā)值 |
日指定實際值 |
|
不需要點擊進(jìn)入 |
A |
PPS導(dǎo)入 |
下發(fā)值 |
實際值 |
|
B |
PPS導(dǎo)入 |
下發(fā)值 |
實際值 |
|
|
C |
PPS導(dǎo)入 |
下發(fā)值 |
實際值 |
|
|
D |
PPS導(dǎo)入 |
下發(fā)值 |
實際值 |
|
|
合計 |
|
合計 |
合計 |
合計 |
圖4.2.1-13 日指定操作管理界面
注：
1) 通過OPC協(xié)議批量導(dǎo)入、批量下發(fā)。
2) 計算各類數(shù)據(jù)合計，方便數(shù)據(jù)比對。
3) 日指定下發(fā)值和日指定實際值要具備偏差報警功能。
4) 實際值為日指定在PLC實際運算時的值。
1) 用戶調(diào)節(jié)閥為此用戶所有調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)（開度示意）。
2) 標(biāo)黃色的數(shù)據(jù)點為新增數(shù)據(jù)點。
3) 按照調(diào)度臺和不同系統(tǒng)每臺分別制作對應(yīng)表格。
4) 剩余平均流量=（日指定-天累計）/剩余小時，可定期計算（例：10分/次）。
5) 日指定完成百分比=（天累計流量/日指定實際值）%，屬于模擬量，調(diào)度可以設(shè)置高高、高、底底、底報警。
6) 最低小時流量是調(diào)度手動設(shè)定值。
7) 實際下發(fā)流量按剩余小時平均法自動下發(fā)，以下為剩余小時平均量法：
8) 通過寫入SCADA系統(tǒng)的日指定量，邏輯上完成對用戶日指定的控制，按照日指定剩余平均氣量分階段供氣，并以壓力和最低流量作為保護(hù)。
（3）日指定自動分輸控制方式
a）日指定到量自動關(guān)閥控制邏輯
日指定到量自動關(guān)閥控制邏輯，在間斷供氣用戶使用，程序控制當(dāng)日日指定到量后自動關(guān)斷調(diào)節(jié)閥門，第二日早8：00后，根據(jù)下游壓力或設(shè)定時間為判斷條件，并按照提前設(shè)定的調(diào)壓支路優(yōu)先級、壓力、流量啟動用戶分輸。
對于間斷供氣用戶，采取流量保護(hù)條件下的壓力控制，在流量設(shè)定值限值下，進(jìn)行壓力控制。當(dāng)流量達(dá)到高限值時，程序自動以流量高限值作為控制流量并顯示報警。當(dāng)流量下降到低限值時，自動關(guān)閉分輸調(diào)節(jié)閥，利用管容氣給下游用戶供氣。程序判斷下游壓力下降到低設(shè)定值時，重新開啟分輸調(diào)節(jié)閥給下游供氣。當(dāng)供氣量達(dá)到日指定的 90%時產(chǎn)生提示性報警，當(dāng)供氣量達(dá)到日指定量后自動關(guān)閉分輸調(diào)節(jié)閥。
為了避免開啟分輸調(diào)節(jié)閥速度過快，在開啟閥門階段，分輸電動調(diào)節(jié)閥的壓力設(shè)定值按梯級寫給PLC（梯級值根據(jù)項目確定，例如取0.1MPa，設(shè)定值上限為正常輸氣時的壓力設(shè)定值）。
b）分輸權(quán)重系數(shù)控制邏輯
分輸權(quán)重系數(shù)控制邏輯，在連續(xù)供氣用戶使用，將用戶24小時用氣分為12個時段，每天早8點程序根據(jù)過去4天各時段累計流量與前一日累計流量的對比，通過加權(quán)平均計算出當(dāng)日權(quán)重系數(shù)，每個時段按日指定氣量與相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)乘積進(jìn)行氣量控制，從而反向擬合用戶用氣規(guī)律，最終達(dá)到在一定壓力范圍內(nèi)日指定氣量控制的目的。
權(quán)重系數(shù)=2小時用氣量/24小時累計用氣量，權(quán)重系數(shù)由站控PLC或中控SCADA系統(tǒng)完成計算。2小時用氣量為過去7天同一時間段2小時用氣量的合計值；24小時累計用氣量為過去7天24小時累計用氣量的合計值。
每個時段分輸完畢后，預(yù)計時段分輸量與實際時段分輸量進(jìn)行比較得到ΔQ。ΔQ補償在下一時段中，則下一時段接受流量補償后根據(jù)時段權(quán)重值重新調(diào)整該階段的流量設(shè)定值。
為保證供氣的平穩(wěn)性，每小時分輸量應(yīng)確定一個波動范圍，如3%-5%。
圖 4.2.1-15調(diào)控中心畫面-分輸權(quán)重系數(shù)畫面
紅色區(qū)域為分輸權(quán)重系數(shù)控制的中控HMI畫面，主要內(nèi)容包括啟用/停用狀態(tài)、今/明兩日日指定錄入、壓力/流量限值、計算流量和真實流量、權(quán)重系數(shù)、壓力/流量趨勢等。
分輸權(quán)重系數(shù)控制邏輯廣泛適用于各類用戶，但用戶小時不均衡系數(shù)宜不高于2.3。
剩余平均流量控制邏輯，在連續(xù)供氣用戶使用，用戶早8：00開始使用日指定氣量除以剩余時間后的平均氣量進(jìn)行控制，且程序自動計算剩余平均流量并每間隔4小時下發(fā)一次，以糾正調(diào)壓設(shè)備執(zhí)行誤差或日指定變更誤差，最終達(dá)到日指定氣量控制的目的。
按照剩余量平均量控制，即：（日指定量—已完成量）/剩余時間，每4小時下發(fā)一次并對應(yīng)調(diào)整供氣量。當(dāng)剩余小時量低于單路流量計最低流量時，按照流量計最低流量設(shè)定供氣；當(dāng)壓力高于或低于最高、最低壓力時，按照壓力控制。直到用完當(dāng)日日指定量，產(chǎn)生報警提示信息或根據(jù)需要關(guān)閉閥門。
圖 4.2.1-16調(diào)控中心畫面-剩余平均流量控制畫面
紅色區(qū)域為剩余平均流量控制的中控HMI畫面，主要內(nèi)容包括啟用/停用狀態(tài)、今/明兩日日指定錄入、啟用條件輸入、壓力/流量限值、計算流量和真實流量、壓力/流量趨勢等。
剩余平均流量控制邏輯適用于小時用氣較為均衡的用戶，沒有明顯的用氣高峰和用氣低谷的，多為工業(yè)用氣比例較大的用戶，用戶小時不均衡系數(shù)宜不高于1.5。
d）恒壓控制邏輯
恒壓控制，即對用戶按恒壓控制，向用戶敞開氣量供氣。針對特殊用戶，不進(jìn)行日指定流量限制，始終按一定壓力給用戶供氣。
（4）日指定自動分輸邏輯框圖
通過與北京油氣調(diào)控中心以及系統(tǒng)調(diào)試單位的交流研討，設(shè)計單位已完成四種分輸模式的邏輯框圖，具體如下：
圖4.2.1-17日指定到量自動關(guān)閥邏輯框圖
圖4.2.1-18分輸權(quán)重系數(shù)法邏輯框圖
圖4.2.1-19剩余平均流量控制邏輯框圖
圖4.2.1-20恒壓控制邏輯框圖
5）壓力流量保護(hù)
為確保分輸?shù)陌踩�，在圖示紅色區(qū)域，特別設(shè)定了壓力/流量的高/低限值保護(hù)。
當(dāng)壓力達(dá)到高限值時，程序自動以壓力高限值作為控制壓力并顯示報警，同時進(jìn)行流量補償（即降低分輸流量），以保證壓力不超過該安全范圍；當(dāng)壓力達(dá)到低限值時，程序自動以壓力低限值作為控制壓力并顯示報警，同時進(jìn)行流量補償（即增加分輸流量），以保證壓力不超過該安全范圍。
當(dāng)壓力達(dá)到高高限值時，程序自動切換為壓力調(diào)節(jié)并顯示報警，當(dāng)壓力恢復(fù)正常范圍后，再切換為流量調(diào)節(jié)。此功能通常在PLC或閥門控制器設(shè)置，自動分輸系統(tǒng)不需要重復(fù)設(shè)置，只需給出壓力調(diào)節(jié)/流量調(diào)節(jié)的切換命令。
當(dāng)流量達(dá)到高限值時，程序自動以流量高限值作為控制流量并顯示報警，如果有備用流量支路可用且已與地區(qū)公司達(dá)成一致意見的前提下，系統(tǒng)會自動增開備用支路，以保證壓力不超過該安全范圍；當(dāng)流量達(dá)到低限值，程序自動以流量低限值作為控制流量并顯示報警，以保證壓力不超過該安全范圍。
流量補償僅在當(dāng)前小時起作用，進(jìn)入下一小時，自動恢復(fù)至自動分輸技術(shù)控制。
6）自動分輸控制功能數(shù)據(jù)點表
表4.2.1-6自動分輸控制功能數(shù)據(jù)點表
|
序號 |
變量名稱 |
參數(shù) |
描述 |
數(shù)據(jù)類型 |
單位 |
|
一 |
命令參數(shù) |
||||
|
|
TransEn |
|
自動分輸投用狀態(tài)，0為不使能，1為使能 |
bool |
- |
|
|
TransMode |
|
自動分輸模式：綜合權(quán)重法、剩余時間法等 |
int |
- |
|
|
Qa |
|
中心下發(fā)當(dāng)日指定量 |
float |
sm3 |
|
|
Qa1 |
|
中心下發(fā)明日指定量 |
float |
sm3 |
|
|
Pmax |
|
設(shè)計壓力高限 |
float |
MPa |
|
|
Pmin |
|
設(shè)計壓力低限 |
float |
MPa |
|
|
Phigh |
|
正常輸氣壓力高限 |
float |
MPa |
|
|
Plow |
|
正常輸氣壓力低限 |
float |
MPa |
|
|
Qmax |
|
分輸用戶流量高限 |
float |
sm3/h |
|
|
Qmin |
|
分輸用戶流量低限 |
float |
sm3/h |
|
|
Qdead |
|
流量設(shè)定值死區(qū) |
float |
sm3/h |
|
|
Pdead |
|
壓力判定死區(qū) |
float |
MPa |
|
|
Qx |
|
壓力/流量調(diào)節(jié)切換臨界值X% |
float |
% |
|
|
Tc |
|
壓力/流量調(diào)節(jié)切換臨界時間T |
int |
- |
|
二 |
顯示參數(shù) |
||||
|
|
Pset |
|
當(dāng)前壓力設(shè)定值 |
float |
MPa |
|
|
Pf |
|
當(dāng)前壓力反饋值 |
float |
MPa |
|
|
Qset |
|
當(dāng)前流量設(shè)定值 |
float |
sm3/h |
|
|
Qf |
|
當(dāng)前流量反饋值 |
float |
sm3/h |
|
|
SysMode |
|
自動分輸模式：綜合權(quán)重法、剩余時間法等 |
int |
- |
|
|
PFMode |
|
當(dāng)前調(diào)節(jié)模式，壓力調(diào)節(jié)or流量調(diào)節(jié) |
|
|
|
|
Qutn |
|
今日到目前為止累計流量 |
float |
sm3 |
|
|
Qde |
|
日指定完成率 |
float |
% |
|
|
Q95_Alarm |
|
日指定分輸達(dá)到95%報警 |
bool |
- |
|
|
Qc_Alarm |
|
分輸達(dá)到日指定量報警 |
bool |
- |
|
三 |
趨勢曲線 |
||||
|
|
Pset |
|
壓力設(shè)定值 |
|
MPa |
|
|
Pf |
|
壓力反饋值 |
|
MPa |
|
|
Qset |
|
流量設(shè)定值 |
|
sm3/h |
|
|
Qf |
|
流量反饋值 |
|
sm3/h |
|
|
Qatn |
|
當(dāng)日輸氣量目標(biāo)值 |
|
sm3 |
|
|
Qutn |
|
當(dāng)日輸氣量反饋值 |
|
sm3 |
7）管存量修正
對于分輸站與下游站場之間管容比較大時，就會出現(xiàn)分輸站輸氣量與下游用戶用氣量并不一致的情況，此時，就需要對輸氣量進(jìn)行管存量修正，從而更準(zhǔn)確地計算出用戶用氣量。
根據(jù)輸氣壓力Pt、溫度T計算天然氣密度ρ，再使用管存體積V和密度ρ計算得出質(zhì)量差值Δm及體積差值ΔV，最終轉(zhuǎn)換為標(biāo)況后加上輸氣量即為計算所得用戶用氣量。
8）異常值處理
在進(jìn)行輸入?yún)?shù)的數(shù)據(jù)采集過程中，為了防止由于輸出數(shù)據(jù)錯誤造成最終自動分輸控制出現(xiàn)問題，對主要的輸入?yún)?shù)如壓力、流量都采取了異常值處理，保證最終采集數(shù)據(jù)的有效性，主要方法包含數(shù)字濾波和瞬時量有效性判斷。
9）計量支路切換
自動分輸控制功能在投用過程中，當(dāng)計量支路分輸量出現(xiàn)較大變化時，計量支路自動切換邏輯自動投用，根據(jù)流速變化自動增開計量支路或關(guān)閉計量支路。對各條計量支路人工設(shè)定優(yōu)先級，優(yōu)先級別高的支路在增開時優(yōu)先選擇開，關(guān)閉時延后選擇關(guān)閉。
以超聲波流量計為例：
（1）當(dāng)任一計量支路的流速大于20 m/s，并持續(xù)30s時，根據(jù)設(shè)定好的優(yōu)先級別，判定最高優(yōu)先級支路的狀態(tài)。若此支路設(shè)備狀態(tài)正常且處于自動狀態(tài)，則觸發(fā)此支路的導(dǎo)通命令。
如果此支路順利導(dǎo)通，顯示計量支路增開提示。如導(dǎo)通失敗，顯示某條計量支路增開失敗，復(fù)位命令后，按照優(yōu)先級別設(shè)置導(dǎo)通優(yōu)先級第二高的支路。
（2）當(dāng)任一計量支路的流速降低，低于15 m/s大于10 m/s并持續(xù)30s時，根據(jù)設(shè)定好的優(yōu)先級別，判定最低優(yōu)先級支路的狀態(tài)。若此支路設(shè)備狀態(tài)正常且處于自動狀態(tài)，則觸發(fā)此支路的關(guān)閉命令。
如果此支路順利關(guān)閉，顯示計量支路關(guān)閉提示。如關(guān)閉失敗，顯示某條計量支路關(guān)閉失敗，復(fù)位命令后，按照優(yōu)先級別設(shè)置關(guān)閉優(yōu)先級第二低的支路。
（3）當(dāng)任一計量支路的流速低于5 m/s并持續(xù)30s時，只運行優(yōu)先級最高的一條支路。
（4）站場人員可根據(jù)現(xiàn)場情況，人工修改各支路的優(yōu)先級。
超聲流量計、渦輪流量計和孔板流量計的切換限值如下：
超聲流量計測量流速20m/s為增開支路限值，5m/s為減少支路限值。
渦輪流量計管路開啟數(shù)量與通過每路流量計的工況體積流量有關(guān)。按0.8Qmax 值為增開支路限值，5Qmin為減少支路限值。
孔板流量計管路開啟數(shù)量與通過每路流量計的測量差壓有關(guān)。按流量計測量差壓40kPa為增開支路限值，5kPa為減少支路限值。
上述自動支路切換僅限于同等口徑、同類設(shè)備的支路切換。設(shè)有小口徑計量、調(diào)壓管路的站場，小口徑支路應(yīng)設(shè)置最大流量保護(hù)控制功能。
10）對PID調(diào)節(jié)的技術(shù)要求
（1） PID算法及參數(shù)設(shè)定要考慮天然氣管道分輸站用戶供氣回路的調(diào)壓撬配置方式、工作調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)曲線、用戶管存大小、調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)閥死區(qū)等各個因素的影響，對天然氣分輸站PID控制算法進(jìn)行適應(yīng)性優(yōu)化是自動分輸?shù)幕A(chǔ)條件。
（2） 調(diào)節(jié)回路的控制算法主要以大偏差開度計算+小偏差多回路PID控制為主，輔助以流量計算、死區(qū)輸出調(diào)節(jié)、到位時間調(diào)節(jié)、用氣量預(yù)判等環(huán)節(jié)。開度計算實時進(jìn)行，可用計算開度和目前開度檢測值對比作為偏差。大小偏差的分界點可在控制調(diào)試過程中確定。
（3）為保證控制算法對分輸管道容積小情況的適用性，可以根據(jù)管容系數(shù)的不同采用不同的控制策略和方法。在常規(guī)PID控制方法的基礎(chǔ)上，通過管道管容和調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性（控制量與流量關(guān)系、死區(qū)、響應(yīng)時間）對單步控制信號進(jìn)行修正，從而實現(xiàn)控制量變化情況下的穩(wěn)定輸出。
