基于PLC的CNG加气站数据处理与联动控制

蒋海瑞，刘立山

（青岛农业大学机电工程学院，山东青岛,266109）

0 引言

能源的使用与节约已经成为人类共同关注的热点话题。我国石油资源短缺，天然气储量丰富，但天然气在石油能源中消费的比率仅占到2%，与发达国家相比相差甚远。然而能源的使用必定伴随着风险的存在，所以对CNG加气站的运行数据的监控和状态的动态跟踪显得尤其重要。目前国外多利用PLC作为控制系统的核心来控制加气设备的正常运转和有关设备的运行参数进行监控并在系统发生故障时自动报警或停机。

1 系统硬件设计

作为方案数据采集的上位机设备为S7-1200 1214C。SIMATIC S7-1200 可编程控制器是西门子公司推出的一款紧凑型的模块化控制器，扩展灵活方便。作为提供数据的下位机设备有：两只智能涡轮流量计、可燃气体检测报警仪、13支气体浓度探测器、两台气体压缩机、一台干燥器。可燃气体检测报警仪和流量计是自带的通讯模块，两台气体压缩机的运行数据和状态是通过两台S7-200 226 PLC采集与控制，干燥器的运行数据和运行状态是通过麦格米特MC100进行采集与控制的。由于作为下位机的智能设备和PLC的通讯参数不一致，作为上位机的S7-1200需要扩展两个通讯模块。为了掌握气体压力值，本系统使用了一支量程为0～0.6MPa的压力变送器来测量进站气体压力，三支量程为0～40MPa的压力变送器来分别测量高压、中压、低压储气瓶的压力。

2 系统软件设计

2.1 通讯设计

Modbus通讯协议使用主-从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据做出相应反应。本方案采用SIMATIC STEP 7 BASIC V11编程软件，在启动主程序OB100中使用MB_COMM_LOAD指令来对两个通讯模块进行初始化，并设置通讯参数，具体内容见图1和图2.

图1 模块1通讯初始化

图2 模块2通讯初始化

2.2 数据采集

在S7-1200编程软件中，首先新建一个用来存储接收数据的DB数据块。如图3所示。然后使用MB_MASTER指令读取从设备中的数据，如图4所示。

图3 数据存储数据块

图4 数据读取指令

测量进站压力和三个储气罐压力的压力变送器的数据处理时通过编写模拟量FC块，然后在FB功能块中调用该FC块，然后再在主程序中调用该FB功能块。具体程序见图5.

图5 压力处理程序

2.3 报警与联动控制

当气体进站压力超过报警值0.38MPa或者储气瓶压力超过预报警值24.5MPa时控制柜上的声光报警器工作，如图6所示。当储气瓶压力超过25MPa时关压缩机报警。方案中的13支气体探测器的分布情况是8支布置在气体处理间内，四支布置在四台加气机周边，一支设置在储气罐周边。当气体浓度超过20%LEL时现场的声光报警器报警，如图7所示。

图6 气体压力声光报警

图7 气体浓度报警

本系统的联动控制由两部分组成，一部分是当储气瓶压力超过25MPa或气体处理间任何一支探测器的气体浓度超标报警时将自动关闭空气压缩机，如图8所示。另外当气体处理间内任何一支探测器发出报警时，打开轴流风机，如图9所示。

图8 压缩机联动控制

图9 轴流风机联动控制

3 总结

针对汽车尾气排放与天然气利用率低的现象，我国加大了天然气资源在汽车应用中的投入力度，基本上各个城市都设立了CNG加气站。然而CNG加气站安全事故也时有发生，而现场自动化的提高即达到了提高工作效率的目的，同时又为生产安全提供了保障。PLC的突出特点是现场抗干扰能力强，工作性能稳定，产品使用周期长。所以使用PLC作为该类现场控制的核心将是必然选择。

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