撬装式加注站控制系统的研究与设计

张未超

摘要：介绍了LNG撬装式加注站的原理及控制要求，并针对工艺要求设计了监控系统。本系统选用SIEMENS S7-1200系列PLC作为主控制器，依据工艺控制要求，对系统的上位机和下位机进行了设计。针对LNG撬装式加液站储罐压力的典型非线性、时变且受随机干扰的特性，本文拟采用模糊控制器进行调压。目前已在实际撬装站上得到成熟应用，为LNG撬装式加注站控制系统的开发提供了成功经验。

关键词：撬装式；加注站；LNG；储罐压力

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0289-03

The Research and Design of the Control System of the Skid Mounted Filling Station

ZHANG Wei-chao

（Hebei University of Engineering， Handan 056038， China）

Abstract： This paper introduces the principle and control requirements of LNG skid mounted filling station， and designs the monitoring system for the process requirements. The system selects S7-1200 SIEMENS series PLC as the main controller， according to the requirements of the control process， the upper computer and lower computer of the system are designed. Aiming at the typical nonlinear， time varying and random disturbance characteristics of the tank pressure of the LNG skid mounted liquid storage tank， this paper intends to use the fuzzy controller to adjust the pressure. At present， it has been successfully applied to the actual skid mounted station， which provides successful experience for the development of LNG skid mounted filling station control system.

Key words： skid mounted； filling station； LNG； tank pressure

每到冬季全国各地将出现严重阴霾天气，空气严重污染，影响了居民生活，引发大面积流感和呼吸道疾病。其中汽车尾气是雾霾产生的罪魁祸首之一，雾霾的治理一直以来都是困扰着我国乃至世界其他各國的一个难题，尽管不断出台治理措施和办法，但都未能从根本上治理雾霾。为此，各国均在积极寻找清洁燃料，设法从根源上解决传统燃料汽车尾气而造成的空气污染问题。液化天然气（liquefied natural gas）作为一种清洁能源，凭借着其燃烧后无污染物排放的优势，越来越受到人们的欢迎。现在，公交车、出租车等公共交通工具以及部分私家车都以液化天然气为燃料[1]，可从一定程度上有效缓解城市的空气污染问题，对传统汽车行业的转型带来了很大的影响，同样也促进了LNG撬装式加注站的大力发展。建设LNG撬装式加注站是治理机动车辆排放污染，改善空气环境质量的有效举措，到目前为止，LNG撬装式加注站在我国已得到广泛的应用。本文将对 LNG 加注站控制系统的设计做进一步探讨。

1 撬装式加注站概述

LNG撬装式加注站是集潜液泵、汽化器、气体管道、加注机以及控制柜等设备于一个撬块上，拥有机动灵活、自动化程度高、集成程度高、高可靠和低隐患等优势，安装以及运输都比较方便，解决了偏远地区的用气不方便的难题，突破了传统建设工期过长问题，有效降低建设成本[2]，这更加快了LNG撬装式加注站的发展速度。

LNG撬装式加注站主要有6种模式，分别为待机模式、卸车模式、升压模式、加注模式以及紧急停车模式[3]，当系统出现故障后，将处于紧急停车模式。工艺流程图如图1所示。

1） 待机模式

待机模式为潜液泵停止状态，此时仅LNG储罐与泵池之间的气相阀门开启，其余阀门均关闭，以平衡储罐和泵池的压力。本系统大部分时间运行于待机模式。

2） 卸车模式

卸车方式主要分为3种，分别为自增压卸车、泵卸车和自增压与泵联合卸车。自增压卸车的工作原理是经卸车增压口流出的LNG通过卸车增压器，将气化后的气态天然气送入LNG槽车，使槽车压力增大，利用压力将槽车内的LNG压入LNG储罐。泵卸车的工作原理是首先将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，平衡压力，然后启动潜液泵，由 LNG低温泵将槽车内的LNG卸入LNG储罐。自增压和泵联合卸车方式是将前两种卸车方式相结合，利用此方式卸车效率最高。

3） 升压模式

在运行加注模式之前，给储罐进行升压是必不可少的环节。储罐升压主要有增压器升压和增压器与泵联合升压两种方式。增压器升压方式是把液态天然气经汽化器转换为气态天然气，然后由气相管进入储罐，对储罐进行增压。增压器与泵联合升压方式是由潜液泵将液化天然气输送到增压器中，转化为气态天然气后输送至储罐，对储罐进行增压，可见此种增压方式效率较高。

4） 加注模式

正常情况下，在没有车辆加注时，系统和LNG加气机处于待机状态。加注前，若加注条件不满足，需要向泵池内输送液化天然气进行预冷[4]，LNG泵达到预冷设定温度后，工作指示灯亮起，表示可正常工作。将加液枪与汽车真空瓶接口相连接，打开有关阀门，同时启动潜液泵，完成加注过程。加注结束后，系统再次进入待机状态

5） 紧急停车模式

按下紧急按钮，将停泵并关闭除LNG储罐与泵池之间的气相阀门之外的所有的气动阀门。当故障排除后，松开紧急按钮，按下复位按钮，系统恢复到自动运行状态。

2 控制系统总体设计

LNG撬装式加注站控制系统由下位机PLC控制站和触摸屏监控站组成二级控制系统，包括压力液位数据采集、超压及低压报警、USP不间断供电系统、LNG泄露检测报警等功能，将采集到的实时数据传至上位机，可24小时全天候监控整个系统的运行状况，将历史报警数据储存，方便排除系统故障点。系统整体布局，如图2所示。

下层PLC硬件输入输出（I/O）配置如下：

本系统的主要开关量信号输入变量12个。数字量输入变量分配情况。

系统总览界面即总流程画面，为该系统主界面，可查看LNG储罐压力及液位、泵池的温度及液位、气动阀门集气罐压力和各气动阀门的开闭状态等数据，实时监控撬装站的整个工作流程的运行状况。通过参数设置界面，可根据实际需要来设置LNG储罐的压力及液位、泵池的温度及液位等参数的报警上下限值，当超出设定范围时系统会第一时间产生报警，避免事故的发生。将历史报警记录储存起来，便于及時有效地排除故障点，保障了整个撬装站控制系统的高可靠，无隐患运行。触摸屏的系统总流程图。

5 结语

本文完成了所在撬装式加注站的数据采集、连锁保护、漏气报警、切断控制、储罐压力控制等设计任务，达到了高可靠、无隐患、精准的控制目的，完全符合工艺控制要求。该LNG 撬装式加注站控制系统已被成功运用于实际撬装站，自系统运行以来零故障产生，且高稳定性、高实时性，自动化程度高，操作简单，方便用户使用。对中小型撬装式加注站控制系统的设计与开发具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 杨修杰，赵普俊，甘蓉，等. LNG汽车加气站控制系统设计[J].自动化仪表，2014，35（9）：30-33.

[2] 张志. LNG气化储配站自控系统[D].南昌大学，2009.

[3] 杨大志，孙祥国，柳忠彬. 基于S7-200PLC的LNG气化站控制系统[J].化工自动化及仪表，2012，39（6）：731-734.

[4] 朱子焜. LNG气化站监控系统设计[D].广东工业大学，2011.

[5] 许维峰. 西门子S7-300 PLC在LNG系统中的应用[J]. 科技与企业，2013（7）：336-337.