自控基础知识

自控基础知识自动控制系统（automatic control systems）是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的运行操作管理系统。

随着科技的发展，人们的多项生产、生活工作都越来越取向机械化、自动化，不仅大大提高了工作效率，而且极大的保证了生产过程中的安全性和达标性。

输气站场的自动控制系统包括现场仪表、变送器、各种流量仪表及流量计、调压控制器、PLC系统、ESD系统、站控系统、可燃气体/火灾报警系统、色谱分析仪、硫化氢分析仪、水露点分析仪、RMU远程维护系统、与DCC通讯用交换机、路由器等。

一、就地显示仪表1、压力表弹簧管压力表耐震压力表（1）现场压力仪表等级:1.0、1.5(1.6)、2.5、4.0（2）现场仪表读数原则：压力表估读到最小分格值的1/5 ；（3）允许误差:最大允许误差：（量程上限-下限）*精度等级%例如：1块1.0级，量程为6MPa的压力表，最大允许误差为：±6*1.0%=±6*0.01=±0.06MPa（4）压力仪表的维护：巡回检查：仪表指示情况；电源电压（电接点压力表等）；伴热保温情况；清洁状况；隔离液、接口、导压管、阀门有无泄漏、腐蚀。

定期维护：定期检查校验零点、量程；定期排污、排凝、放空；定期吹扫导压管，灌隔离液等。

工程师专业检查：仪表使用质量；仪表零部件的完整性、完好性；检测元件、导压管线、接口等安装情况；技术资料的管理等。

2、温度计：电接点温度计耐震温度计（1）现场温度计等级:1.0、1.5(1.6)、2.5、4.0（2）现场温度计读数原则：估读到最小分格值的1/10 ；（3）允许误差:最大允许误差：（量程上限-下限）*精度等级%例如：1支1.0级，量程为-40至+80℃的温度计，最大允许误差为：±〔80-（-40）〕*1.0%=±120*0.01=±1.2℃（4）温度仪表的维护：巡回检查：仪表指示情况；电源电压（电接点温度计等）；伴热保温情况；清洁状况；隔离液、接口有无泄漏、腐蚀。

定期维护：定期检查示值、校验零点、量程。

工程师专业检查：仪表使用质量；仪表零部件的完整性、完好性；检测元件、接口等安装情况；技术资料的管理等。

二、远传仪表1、压力（绝压）变送器差压变送器表压：测量压力的仪表叫压力计，通常在大气压下校准零点和刻度，其测出的压力称为表压力；其对应的变送器称之为表压变送器；将内部的压力卸去后，其输出为0或4mA;绝对压力：绝对压力是表压力与大气压力之和。

其对应的变送器称之为绝压变送器，绝压变送器主要应用于超声波流量计的压力采集（大多安装在超声波流量计上或流量计后，用以提供绝压参数）；将内部的压力卸去后，其输出不为0而是等于当地的大气压或一个大于4mA的值;在站控机上看到的计量区的变送器示值通常比进站区的压力变送器示值稍高0.1MPa。

2、差压变送器五阀组的操作：（1）差压变送器充压：首先检查放空阀是否关闭；放空阀关闭后，开启平衡阀；平衡阀开到位后，开启进气阀；（2）变送器放空：首先开启平衡阀；平衡阀开到位后，关闭进气阀；进气阀关到位后，开启放空阀。

注意：由于差压变送器的高低压室在正常运行情况下存在较大差压，所以在对差压变送器相关的导压管线进行操作时，必须先开平衡阀，以防压力突变，造成变送器单侧承压超限而损坏膜盒。

3、多参数变送器3095多参数变送器是集温度、压力、差压测量于一体的智能型变送器；它的配置、零点、D/A转换、量程的调整及校准都需要用3095MV随机软件进行操作。

当其用于贸易交接时，由公司有资质的工程师每季度进行一次零点检查及D/A转换测试；每年由生产运行处安排有资质的第三方进行一次校准，公司专业工程师配合校准；如果用于工艺监测，则由仪表站进行测试及校准。

该类变送器虽然功能强大，但是，由于其结构复杂，维护使用较为繁琐，所以在输气站场应用并不多。

4、温度变送器温度变送器主要是测量温度参数（分为能够现场显示又能远传参数和只能远传参数现场不能显示的两种），采集装置现场的温度值，并将温度值远传到值班室的站控机电脑上，根据其输入方式可分为2线制、3线制、4线制以及双传感器的5线制。

根据输出信号型式可分为模拟输出及HART协议输出。

三、站控系统的功能（1）数据采集与传输功能：采集现场设备工艺运行参数，将其传输至站控机。

（2）控制功能：压力、流量控制；站内阀门远控及就地手动控制。

（3）显示功能：动态流程图显示（包括实时运行参数及设备状态）；运行参数的动态显示，参数的实时、历史趋势图显示；报警画面显示。

（4）打印功能：报表打印；故障记录打印（5）ESD关断功能：各分输站设置紧急停车（ESD）系统，在站场发生超压、火灾等紧急情况下自动关闭站场，确保站场安全。

、四、SCADA与PLCSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。

SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。

天然气管道SCADA系统一般由调度控制中心、站控系统（SCS）及远程终端装置（RTU）构成。

SCADA系统对各站实施远距离的数据采集、监视控制、安全保护和统一调度管理。

调度控制中心可向各站控系统发出调度指令，由站控系统完成控制功能；调度控制中心通过通信系统实现资源共享、信息的实时采集和集中处理。

全线采用调度中心控制级、站场控制级和就地控制级的三级控制方式。

在SCADA系统上，值班员能够查看输气现场的工艺流程走向，确认各输气设备的工作状态，读取核对各参数采集点的压力、流量计流量、温度及压差等值，同时能够远程操控电动阀门的启闭及紧急切断等操作。

SCADA系统使用方便，技术成熟，是目前输气系统中应用最普遍的自动化操作系统。

SCADA系统的数据采集是基于PLC采集处理的基础上进行的。

PLC（programmable logical controller）系统，即可编程逻辑控制器，适用于工业现场的测量控制，现场测控功能强，性能稳定，可靠性高，技术成熟，使用广泛，价格合理。

1、PLC系统的组成硬件部分：PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。

其结构框图如图下。

CPU的作用：处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统使之协调的工作。

处理输入模块送来的信号，将处理结果送到输出模块；存储器的作用：存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。

输入单元的作用：对输入信号进行隔离和电平转移，把进入PLC的信号转换成中央处理器能够接收和处理的信号。

将现场压变、温变、流量计等数据采集过来，转换成计算机可以处理的数字信号；输出单元的作用：对PLC的输出结果进行放大和电平转换，把PLC产生的输出信号转换成现场被控设备能够接受的信号，驱动现场设备。

如控制现场电动阀；电源的作用：把交流电源转换成PLC所需的直流电源，使PLC能正常工作。

软件部分：在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分1) 系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行程序和标准程序模块2) 用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的2、输气站PLC介绍输气站场PLC机柜常见模块：CPU模块、输入输出模块（I\O模块）、通信模块、电源模块，MODBUS以太网转换模块。

输气站PLC可连接的现场设备包括：温度变送器、压力变送器、流量计、加臭机、电动阀、可燃气体报警器等设备。

输气站PLC软件系统即上位机（站控机），就我公司站场而言，一般包括西门子PLC 与AB公司PLC，西门子的编程软件是STEP 7 MicroWIN 上位软件是wincc。

AB公司的编程软件是RSlogix5000，上位软件是RSView32，通讯软件是ＲsLinx。

3、PLC的工作原理PLC的工作方式：采用循环扫描方式。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。

循环扫描过程如下：工作过程：主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。

内部处理阶段：在此阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。

通信服务阶段：在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。

输入处理：输入处理也叫输入采样。

在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。

在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序的执行阶段。

程序执行：根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。

若用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。

根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中。

输出处理：程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

五、气体浓度检测仪1.分类按照使用环境可以分为工业用气体报警器和家用燃气报警器，按自身形态可分为固定式可燃气体报警器和便携式可燃气体报警器。

按根据工作原理分别为传感器原理报警器，红外线探测报警器，高能量回收报警器。

大多数使用的是传感器式报警器，高能量回收报警器由于成本太高，现仍在开发研究中。

2.组成工业用固定式可燃气体报警器由报警控制器和探测器组成，控制器可放置于值班室内，主要对各监测点进行控制，探测器安装于可燃气体最易泄露的地点，其核心部件为内置的可燃气体传感器，传感器检测空气中气体的浓度。

探测器将传感器检测到的气体浓度转换成电信号，通过线缆传输到控制器，气体浓度越高，电信号越强，当气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时，报警器发出报警信号，并可启动电磁阀、排气扇等外联设备，自动排除隐患。

便携式可燃气体报警器（MX6、XP3110、XP3140、XP3180等）为手持式，工作人员可随身携带，检测不同地点的可燃气体浓度，便携式气体检测仪集控制器，探测器于一体，小巧灵活。