阅读说明：本技术 一种lng供气单元低压控制系统 (Low-pressure control system of LNG (liquefied Natural gas) supply unit ) 是由 陆恒 吴晓明 高丽燕 张佳妮 屈继强 刘海莹 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种LNG供气单元低压控制系统,包括：压缩机模块,其包括若干个压缩机,每一所述压缩机设有一PLC控制柜,所述PLC控制柜用于对若干个压缩机的并联或单台的运行状态的逻辑控制；通信模块；监测控制模块,所述监测控制模块通过所述通信模块与每一所述PLC控制柜连接；所述监测控制模块用于对所述压缩机进行监测。本发明实现了对天然气进行监测与控制的目的。(The invention discloses a low-pressure control system of an LNG gas supply unit, which comprises: the compressor module comprises a plurality of compressors, each compressor is provided with a PLC (programmable logic controller) cabinet, and the PLC cabinets are used for logically controlling the parallel connection of the compressors or the running state of a single compressor; a communication module; the monitoring control module is connected with each PLC control cabinet through the communication module; the monitoring control module is used for monitoring the compressor. The invention realizes the purpose of monitoring and controlling the natural gas.)

一种LNG供气单元低压控制系统

技术领域

本发明涉及天然气供气技术领域，特别涉及一种LNG供气单元低压控制系统。

背景技术

LNG供气低压控制系统常应用于船舶行业以及城市天然气供气工程。天然气作为一种新型能源，相较柴油等能源，其更低的价格，更低的有害物质及颗粒物排放量势必在未来很长的一段时间大放异彩。但天然气本身具有一定的危险，在空气中浓度达到5％～15％时会被点燃，从而发生***。当以LNG(液化天然气)存在发生泄漏时，会对接触的人体造成冻伤。为保证有关天然气工程的安全性，必须对天然气进行监测与控制。于是，研发一种LNG供气单元低压系统就显得极其重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种LNG供气单元低压系统，以实现对天然气进行监测与控制的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种LNG供气单元低压控制系统，包括：压缩机模块，其包括若干个压缩机，每一所述压缩机设有一PLC控制柜，所述PLC控制柜用于对若干个压缩机的并联或单台的运行状态的逻辑控制；通信模块；监测控制模块，所述监测控制模块通过所述通信模块与每一所述PLC控制柜连接；所述监测控制模块用于对所述压缩机进行监测。

可选地，所述监测控制模块用于选择每一所述压缩机的工作模式。

可选地，每一所述压缩机的工作模式有以下三种：主机模式、从机模式和单机模式。

可选地，所述监测控制模块用于判断每一所述压缩机的运行状态。

可选地，所述运行状态通过接收以下信号进行获取：压缩机的零载位信号、满载位信号、运行信号、故障信号；每一所述压缩机的投入退出信号、主从模式的启动信号、主从模式的停止信号、单机开机信号、单机停机信号、ESD急停信号和连锁停机信号。所述压缩机模块中的每一所述压缩机的进气端通入天然气，其出气端通过一自动调节阀与对应的车间内的双燃料发动机试车台位内。

可选地，在本实施例中，界面操控模块，其与所述监测控制模块连接，所述界面操控模块用于通过人机交互的方式控制每一所述压缩机的工作模式，以及显示所述监测控制模块监测得到监测数据。

可选地，界面操控模块包括具有现场设备的模拟界面和流程界面，所述具有现场设备的模拟界面包括压缩机的三种模式选择以及自动调节阀的状态的切换；所述流程界面用于显示所述监测数据；所述监测数据包括被监测的所述压缩机的压力、温度、液位、天然气浓度、流量的实时数据动态曲线；每一所述实时数据动态曲线在独立窗口显示，支持添加或删除需要显示实时数据动态曲线的数据，同一时刻支持1～20个通道数据的实时显示，并以不同的颜色曲线区分。

可选地，还包括：数据打印模块，其与所述监测控制模块连接，用于根据预设的时间间隔记录、保存并打印相应的时间点上的所述监测数据。

可选地，安保模块，其与所述监测控制模块连接，所述安保模块设有存储卡或所有模块的序列号，当需要运行的程序块没有链接到对应的存储卡或所有模块的序列号时，则需要运行的程序块无法运行。

本发明至少具有以下优点之一：

本发明提供的LNG供气单元低压控制系统为天然气供气系统提供直接或间接的参数监测(监测数据)、机电设备控制和自动安全保护功能，并实现人机信息交互。天然气供气系统的核心设备为两套压缩机(撬装天然气压缩机)，本发明提供的LNG供气单元低压控制系统通过与压缩机的PLC控制柜通讯和硬线连接实现对压缩机的控制、监测和安保。实现对天然气供气系统的天然气进行监测与控制的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的LNG供气单元低压控制系统的结构框图；

图2为本发明一实施例提供的LNG供气单元低压控制系统的通信模块的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图1和2和具体实施方式对本发明提出的一种LNG供气单元低压控制系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合图1和图2所示，本实施例提供的一种LNG供气单元低压控制系统，包括：压缩机模块100，其包括若干个压缩机，每一所述压缩机设有一PLC控制柜，所述PLC控制柜用于对若干个压缩机的并联或单台的运行状态、符合的调节，信号的互锁的主要逻辑进行控制；通信模块200；监测控制模块300，所述监测控制模块300通过所述通信模块200与每一所述PLC控制柜连接；所述监测控制模块300用于对所述压缩机进行监测。

压缩机模块100通过压缩机对供入的气体进行压缩，增加至LNG供气单元低压控制系统所设定的压力值。

所述监测控制模块300用于选择每一所述压缩机的工作模式。每一所述压缩机的工作模式有以下三种：主机模式、从机模式和单机模式。所述监测控制模块300用于判断每一所述压缩机的运行状态。监测控制模块300主要由PLC控制柜和上位机CPU组成。

所述运行状态通过接收以下信号进行获取：压缩机的零载位信号、满载位信号、运行信号、故障信号；每一所述压缩机的投入退出信号、主从模式的启动信号、主从模式的停止信号、单机开机信号、单机停机信号、ESD急停信号和连锁停机信号。

具体的，监测控制模块300采用PLC控制柜通过通信模块以及硬线的连接与压缩机进行通信连接，控制单台或两台压缩机(并联)启动停止，负荷的调节，信号的互锁等主要逻辑。输出和接收压缩机的关键信号，选择压缩机的工作模式，判断压缩机的运行状态。主要的监测点有：压缩机的零载位信号，满载位信号，运行信号，故障信号等。主要控制安保点有：压缩机投入退出信号，启动信号(主从模式)，停止信号(主从模式)，单机开机信号，单机停机信号，ESD急停信号，连锁停机信号等。上述信号均通过硬线与PLC控制柜连接，其它压缩信号通过MODBUS通讯的方式进行采集。

所述压缩机模块100中的每一所述压缩机的进气端通入天然气，其出气端通过一自动调节阀与对应的车间内的双燃料发动机试车台位内。

所述通信模块200主要由IM 155-5PN，MODBUS通信协议等组成，IM155-5PN等通信接口以及所能使用的MODBUS通信协议帮助本系统将各个模块通过相互间的信号的传递联系起来。具体的包括：交换机和与交换机连接的各类接口，例如：AO、AI、DO和DI模块的I/O口。

本实施例提供的一种LNG供气单元低压控制系统，主要工作过程为：压缩机模块对天然气进行压缩，增加天然气供气系统压力直至设定值，经除油、除水和降温装置的处理，输出到车间各双燃料发动机试车台位。每个台位进主机前均设置自动调节阀，当主机需求的流量压力超过压缩机的最大调节范围，且不能满足主机工况需求时，通过调整自动调节阀的开度改变进进机压力。同时，通过与压缩机控制柜通讯和硬线连接实现对压缩机的控制，监测和安保，并对现场的数据进行采集和处理，实现单个或多个台位同时供气。本LNG供气单元低压控制系统可在运行前对需要供气的台位进行选择，对选中台位的压缩机进行控制与监测。

界面操控模块400，其与所述监测控制模块300连接，所述界面操控模块400用于通过人机交互的方式控制每一所述压缩机的工作模式，以及显示所述监测控制模块监测300得到监测数据。界面操控模块400由上位机操作控制界面组成。

界面操控模块400包括具有现场设备的模拟界面和流程界面，所述具有现场设备的模拟界面包括压缩机的三种模式选择以及自动调节阀的状态的切换；所述流程界面用于显示所述监测数据；所述监测数据包括被监测的所述压缩机的压力、温度、液位、天然气浓度、流量的实时数据动态曲线；每一所述实时数据动态曲线在独立窗口显示，支持添加或删除需要显示实时数据动态曲线的数据，同一时刻支持1～20个通道数据的实时显示，并以不同的颜色曲线区分。

具体的，界面操控模块400控制系统界面具有现场设备的模拟界面和流程界面(手动模式下，可通过人机界面进行开关的启停)，包括压缩机的三种模式选择(每台压缩机均有主、从、单机三种运行模式)，调节阀状态的切换，压力、温度、液位、燃气浓度、流量等的实时数据动态曲线(曲线可在独立窗口显示，支持添加或删除需要显示曲线的数据，同一时刻最高可支持20个通道数据的实时显示，并以不同的颜色曲线区分。显示曲线的X轴为时间轴，Y轴为测量值，支持X,Y轴单独放大缩小的功能并具有一键恢复曲线原始设定的功能)等。

可选地，本实施例还包括：数据打印模块600，其与所述监测控制模块300连接，用于根据预设的时间间隔记录、保存并打印相应的时间点上的所述监测数据。数据打印模块600主要由打印机和显示器组成。

数据打印模块600显示采集到的监测数据，包括压力、温度、液位、燃气浓度和流量等数据。保存记录的监测数据，可通过控制台中的打印机打印出来(根据设置的时间间隔保存相应的时间点上的数据，记录开始条件为供气系统运行信号，记录停止条件为供气系统停止信号)。

可选地，本实施例还包括：安保模块，其与所述监测控制模块300连接，所述安保模块设有存储卡或所有模块的序列号，当需要运行的程序块没有链接到对应的存储卡或所有模块的序列号时，则需要运行的程序块无法运行。

安保模块主要由SIMATIC存储卡或模块的序列号等组成。：使用的PLC控制器具有防拷贝保护功能。用户程序块链接到SIMATIC或模块的序列号。如果没有对应的SIMATIC存储卡或模块，则用户程序就无法运行(1.访问保护扩展访问保护提供了全面的保护措施，可防止未授权的组态更改。2.授权级别可用于向不同的用户组分配不同的权限。3.可以防止传输到CPU的数据受到未授权的操纵)。安全等级和处理速度高于控制监测系统模块的相对独立的安保功能硬件设备和控制监测功能硬件设备为紧急状况的出现提供了安全保障。同时安保模块提供安保信号的独立指示界面及按钮复位和急停功能也为整个系统提供了巨大的安全保障。

电源模块500，用于对本实施例的一种LNG供气单元低压控制系统进行供电。电源模块500主要由供电系统及UPS电源组成。由使用方提供的配电柜对系统进行供电，并备有UPS电源，在出现停电的情况，UPS自带的电源就会启动，对系统进行供电。

本实施例提供的LNG供气单元低压控制系统为天然气供气系统提供直接或间接的参数监测(监测数据)、机电设备控制和自动安全保护功能，并实现人机信息交互。天然气供气系统的核心设备为两套压缩机(撬装天然气压缩机)，本发明提供的LNG供气单元低压控制系统通过与压缩机的PLC控制柜通讯和硬线连接实现对压缩机的控制、监测和安保。实现对天然气供气系统的天然气进行监测与控制的目的。

对压缩机的具体控制安保和监测要求：两台压缩机的并联或单台启动停止，负荷的调节，信号的互锁等主要逻辑已由压缩机控制柜实现。本控制安保系统仅需输出和接收压缩机的关键信号，选择压缩机的工作模式，控制压缩机的总启停，判断压缩机运行的状态。主要监测点(单台压缩机)有：压缩机的零载位信号，满载位信号，运行信号，故障信号等。主要控制安保点(单台压缩机)有：压缩机投入退出信号，起动信号(主从模式)，停止信号(主从模式)，单机开机信号，单机停机信号，ESD急停信号，连锁停机信号等，上述信号均通过硬线与压缩机控制柜连接。其它压缩机信号均可以通过MODBUS通讯的方式采集，需要采集的数据和通讯协议由买方提供。此外，本系统应具有压缩机运行模式的选择功能，每台压缩机均有主、从、单机三种运行模式。系统每次运行前，均需选择每台压缩机的运行模式。且当操作人员选择其中一台为主机模式时，系统应自动把另一台切换为从机模式。在功能上，天然气供气系统是通过压缩机模块将市政管道天然气加压到一定压力供应到车间各双燃料发动机试车台位，并在进车间前利用压力调节阀对天然气进行精确压力调节、计量、应急切断。并对现场数据进行采集和处理，实现对系统内相关设备和参数的控制和监测，实现单个或多个台位同时供气的需求。控制系统可在运行前对需要供气的台位进行选择，并对选中台位的相关设备进行控制和监测。采集控制箱的设计应能有效区分本安信号和其他信号。

本实施例所提供的的系统预留分布式系统的功能，且应在一个共同的和冗余的网络里通讯。

综上，本实施例所提供的系统通过通信模块的通信协议将控制台模块、监测控制模块、压缩机模块、界面操控模块和安保模块联系起来。电源模块给整个系统提供了电力支持。界面操控模块是对整个系统的概括，此模块是与控制台模块成对的，用户通过显示器对界面操控模块中的属性进行更改从而改变其他模块的状态，如压缩机模块、监测控制模块等。监测控制模块则能对压缩机模块的状态进行状态的改变。整个系统通过对AO、AI、DO和DI模块的I/O口的配置，通讯接口的连接等实现所需要的各项功能。

CPU 1515-2PN有两个接口，这两个接口具有相同的IP地址，共同形成现场总线级别的接口(开关输入功能)。第二个PROFINET接口具有一个带有自身IP地址的端口，用于集成到网络。上位机通过交换机根据不同的IP地址读取发送数据。

具体的是，CPU 1515-2PN扩展两个接口模块IM155-5PN,使得CPU能拓展更多的通信模块。上位机直接发出操作命令，下位机PLC将此命令解析成相应的时序信号直接控制相应的设备(CPU解析的上位机的命令通过配置的DO/AO来给予设备运行的命令)。CPU再通过配置的AI/DI(AI配置为一些如流量计反馈来的电流信号，DI配置为一些阀开关反馈来的开关量信号)反馈来的信号，发送到上位机，上位机解析传来的信号，显示数据与设备开关状态。

另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。