天然气管道运输P LC控制器应用

摘要：首先针对天然气管道运输管理的要求进行分析，接着细化探讨PLC控制器在天然气管道运输中的应用优势，最后从CPU选择方面、电源模块选择方面、I/O模块选择方面、软件配置方面等，阐述PLC控制器在天然气管道运输中的应用。

关键词：PLC控制器；天然气；管道运输

引言

传统的管道运输管理模式已经不再适应实践运输管理要求，以自动控制、自主诊断为核心的PLC控制器更加契合当前天然气管道运输管理的要求。因此，探讨PLC在实践天然气管道运输管理工作中的应用具有一定的必要性。

1天然气管道运输管理工作的要求

1.1准确监测天然气流量

天然气运输管道的流量参数，与其运输质量、天然气公司利益密切相关。在开展管道运输管理期间，所采用监控管理装置需具备良好的天然气流量监测功能。在天然气运输期间，该装置需通过对管道内流量参数的动态监测，满足工作人员的流量查询、数据使用等需求。

1.2及时识别干扰源，减少天然气运输异常的发生

随着天然气管网规模的扩大，天然气运输期间可能面临的干扰因素也随之增加。管理工作要求所选用管理模式（使用管控装置）能够及时识别各管道区域的干扰源，预警相关风险问题，进而保障天然气的高质量传输。

2PLC控制器的应用优势

一是功能完善，适用范围广；二是应用便捷性强，且易于维护[2]；三是抗干扰性能良好，故障风险较低。

3PLC控制器在天然气管道运输中的应用情况

3.1CPU选择方面

CPU是决定PLC控制器性能的关键所在[2]。为促进PLC自动化控制作用的充分发挥，在实践控制工作中，应加强对CPU的选择。结合以往天然气管道运输管理经验来看，随着管理工作的不断开展，PLC控制器CPU处理工作量逐渐增大。如CPU选择不当，不仅PLC管理作用可能受到影响，而且天然气管道运输质量也可能面临一定的干扰。经综合分析后，拟选择西门子412-3型号CPU作为PLC控制器的核心。该CPU的工作存储器容量参数为768K，而模拟输入/输出通道的最大值参数则为4096。该元件的运行机制为：PLC控制系统无异常时，CPU中的两个子单元均处于正常运行模式；当任一子单元出现故障时，CPU自动由两个子单元联合运行模式转变为正常子单元独立控制模式，整个控制切换过程无扰动。

3.2电源模块选择方面

与传统天然气管道运输管理机制相比，基于PLC的自动化管理模式的主要区别在于：PLC可在保障所提供各项监控参数准确性的基础上，长效维持天然气的良好管道运输质量。从PLC的构成来看，电源无疑是其核心配置之一[3]。由于PLC控制系统中各模块、元件对运行电流、电压参数的要求不同，因此，其所选择电源模块应具备良好的工作电压、输出电流转换功能。为保障PLC控制系统的正常运行，所选电源应具备将DC网络电压或AC电压转化为24VDC工作电压、5VDC工作电压的性能。而在输出电流方面，PLC控制系统中各元件的常见输出电流为4A、10A以及20A。参照上述需求，可选定PS407型号电源作为天然气自动化管道运输管控系统的电源，其主要性能参数为：主频率额定值及典型功耗分别为60/50Hz、105W；输入电压DC及输出电压分别为120V/230V、5V/24V。

3.3I/O模块选择方面

在PLC控制系统中，其对天然气各项管道运输参数（如天然气流量、运输速度等）的监控，主要与I/O模块有关。I/O模块的配置状况，不仅会影响天然气管道相关运输信息的采集与传输，而且其抗干扰能力还会影响PLC控制系统的整体控制质量。根据天然气管道运输管理工作的复杂性特征，应分别为PLC控制系统的数字量输入及输出模块、模拟量的输入及输出模块，配置适宜的元件。例如，数字量输出模块的功能以驱动布设于天然气管道运输现场的负载装置为主，根据其功能，可选择包含16个不同数字量输出点数的SM322作为PLC数字量的输出模块。

3.4通讯模块选择方面

在PLC控制系统中，通讯模式的作用为：实现控制系统内部的信息传输（包含来自天然气管道的原始信息资料、转化后的信号等）、发现干扰源或识别出异常时向工作人员报警。为确保控制系统的通讯功能，可按照如下模式，开展系统内部通讯模块的配置：第一，点到点串行通讯方面。PLC运行期间，点到点串行通讯对通讯功能效率的要求较高，为实现高效通讯目的，可采用CP-341型号通信模块完成PLC控制系统的配置。第二，主站与PROFIBUS-DP方面。对于控制系统在主站（S7-400）与PROFIBUS-DP间的通讯传输，则可考虑以CP443-5型号通讯元件，维持二者间的信息传输质量。

3.5其他元件配置方面

为保障天然气管道运输管理质量，可按照如下模式，做好PLC控制系统上述两类元件的选择与配置：第一，存储容量。存储容量的设置需参照天然气管道运输管控流程（是否复杂）、I/O点数量以及整个控制系统规模等相关信息来完成。通常情况下，大型PLC控制系统对存储容量的要求较高，而小型PLC其所需存储容量参数则相对较小。结合天然气管道运输管理工作质量来看，系统存储容量需满足系统内部定时器占用、通讯接口占用及模拟量传输占用等的要求。第二，交互设备配置。PLC控制系统的交互设备，是决定工作人员干预控制系统便捷性的关键所在。考虑到实践监管应用要求，可按照如下标准配置自动化PLC控制系统的交互设备：交互模式选择触摸屏形式，以电缆线实现PLC系统与触摸屏间的信息传输。

3.6应用效果分析方面

某天然气公司于2019年9月下旬正式在天然气管道运输管理工作中引入PLC控制系统后，该公司的PLC控制系统应用效果显示：第一，流量监控方面。该控制系统通过布设于各区域天然气管道中传感器所提供原始数据的收集与分析，为工作人员提供天然气流量信息。系统运行6个月内，所提供流量参数的准确性达到99%以上。表明该控制系统的流量监控结果可靠性水平较高。第二，异常报警方面。天然气管道运输质量，是决定天然气公司经营利润及发展状况的关键所在。到目前为止，该公司所采用的PLC监管模式共发出6次报警，每次系统报警后，工作人员均能够在最短时间内定位故障原因，并通过对天然气管道的全面检修，保障天然气传输的安全性。第三，抗干扰方面。PLC控制系统布设于该公司天然气集气站内，控制系统运行期间，主要面临集气站电源干扰、导线耦合干扰等因素的影响。而从PLC控制系统的实际应用状况来看，运行期间，控制系统的通讯功能、控制功能均能够正常发挥。上述结果提示：PLC控制系统具有良好的抗干扰能力。

4结语

加强PLC在天然气管道运输管理体系中的普及具有一定现实意义。此外，为进一步提升天然气管道运输质量，还可结合PLC控制器的应用成效，提出更多可行的优化建议，以借助完善的运输管理体系保障天然气的安全运输。

参考文献

[1]黎燕.PLC在天然气输送自控系统中的应用研究[J].化工管理，2020（12）：123-124.

[2]景治强.PLC在天然气调压站控制系统中的应用探究[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（18）：107-108.

[3]田志刚，姜涛.PLC应用于天然气自动化管道运输中的作用探讨[J].化工设计通讯，2017，43（2）：144-145.

作者：赵一帆 单位：河南省中原石油天然气集团有限公司