《油气储运系统自动化》第四章5节scada系统控制逻辑课件.ppt

第5节  SCADA系统控制逻辑•控制逻辑是指----通过SCADA控制系统实现要求的全线启输停输控制、站启站停控制、批输下载、清管球发送与接收、泵切换、水击联锁保护等控制9/6/20241第5节 SCADA系统控制逻辑控制逻辑是指----通过SC•一、一、 几种常见控制方式几种常见控制方式•1.顺序控制•通常指设备开、停时执行一组人为事先编排好的逻辑动作，这类控制允许由操作人员决定是否投用•2.联锁保护控制•3、简单PID单回路控制•4.复杂回路控制9/6/20242一、 几种常见控制方式9/23/202222.联锁保护控制•信号报警和联锁系统包括信号报警系统和联锁系统•信号报警起到自动监视的作用，当工艺参数超限或运行状态异常时，以灯光或音响的形式发出警报，提示操作员注意，并及时加以处理•联锁保护实际是一种自动操作系统，能使有关设备按照规定的条件或程序完成操作任务，达到消除异常，防止事故的目的•联锁保护的最高级别是ESD保护，ESD是Emergency Shutdown System的简称，中文意思是紧急停车系统，它用于监视装置或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装置或独立单元具有一定的安全度。

 9/6/202432.联锁保护控制信号报警和联锁系统包括信号报警系统和联锁系统2.联锁保护控制•联锁保护系统有3部分组成：•（1）发信元件  •包括工艺参数或设备状态检测接点、控制盘开关、按钮、选择开关，以及操作指令等，它们起到参数检测、发布指令的作用这些元件的通断状态也是系统的输入信号•如泵入口压力开关•（2）执行元件•（3）逻辑元件9/6/202442.联锁保护控制联锁保护系统有3部分组成：9/23/20222.联锁保护控制•（2）执行元件  •也叫输出元件，如阀门的执行机构等•（3）逻辑元件 • 又叫中间元件，它们根据输入信号进行逻辑运算，并向执行机构发出控制信号逻辑元件以前多采用有触点的继电器、接触器线路和无触点的晶体管等，现在普遍采用PLC、DCS、和SCADA系统的控制器9/6/202452.联锁保护控制（2）执行元件 9/23/202253、简单PID单回路控制•3.1  了解几个名词•被控对象－自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等•被控变量－被控变量内要求保持设定数值的工艺参数•操纵变量－受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。

•扰动量－除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素•设定值－被控变量的预定值•偏差－被控变量的设定值与实际值之差 9/6/202463、简单PID单回路控制3.1 了解几个名词9/23/20•3.2   简单控制系统－•通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器、一个调节器和一个执行器所构成的闭环控制系统，也称单回路控制系统9/6/202473.2 简单控制系统－9/23/20227•3.3  调节器的正、反作用•将调节器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的调节器称为“正作用”调节器；反之，调节器的输出信号随偏差的增加而减少的称为“反作用”调节器•（1）现场各种检测仪表一般都认为是正作用的；（不考虑其正反作用） •（2）气动调节阀门的正反特性由阀门定位器、执行机构的特性共同组成9/6/202483.3 调节器的正、反作用9/23/202283.4 在PID调节中，比例作用是根据“偏差的大小”来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例•比例调节及时、有力，但有余差它用比例度来表示其作用的强弱，比例度越小，调节作用越强，比例作用太强时，会引起振荡。

•积分调节积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停止，其作用是消除余差用积分时间T来表示其作用的强弱，T愈小，积分作用愈强，但积分作用太强时，也会引起振荡•微分调节微分调节根据“偏差变化速度”来动作它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其效果是阻止被控变量的一切变化，有超前调节的作用，它使调节过程偏差减少，时间缩短 ，余差也减小（但不能消除）它用微分时间Td来表示其作用的强弱，Td大，作用强，但Td太大，也会引起振荡 9/6/202493.4 在PID调节中，比例作用是根据“偏差的大小”来动作，•3.5 对于一个控制回路，通常由一个PID调节器来实现反馈控制，为了使控制调节的反应速度和开度变化更加快速合理，需要对PID调节器的PID参数进行整定，根据自控回路上的设备的综合系统特性，调试出一个比较合理的P、I、D参数匹配值•在长输管道的单回路控制中，常常用来控制进出站压力、流量和下载流量，在自动调节中一般只用到比例和积分控制 9/6/2024103.5 对于一个控制回路，通常由一个PID调节器来实现反馈控4.复杂回路控制4.1串级控制9/6/2024114.复杂回路控制4.1串级控制9/23/202211•串级控制系统是由其结构上的特征而得名得。

•它是由主、副两个调节器串接工作的主调节器的输出作为副调节器的给定值，副调节器的输出去操作调节阀，以实现对主变量的定值控制 9/6/202412串级控制系统是由其结构上的特征而得名得9/23/202214.2选择控制9/6/2024134.2选择控制9/23/202213•选择性控制选择性控制又叫取代控制，在该系统中，一般有两只或两只以上调节器，它们的输出通过一只选择器后，送往执行器这两只调节器，一只在正常情况下工作，另一只在非正常情况下工作 •在生产处于正常情况时，系统由用于正常工作下工作的调节器进行控制；一旦生产出现不正常情况，用于非正常情况下工作的调节器将自动取代正常情况下工作的调节器，对生产过程进行安全性控制，直到生产自行恢复到正常情况，正常情况下工作的调节器又将取代非正常情况下工作的调节器，恢复对生产过程的正常控制•长输管道   通常的选型控制采用的是低选（超驰）控制选择性控制选择性控制9/6/202414选择性控制又叫取代控制，在该系统中，一般有两只或两只以上调节例如主管道出口压力控制阀例如主管道出口压力控制阀，对于入口压力控制回路来说，只要入口压力高于设定压力，调节器的输出就不断开大，直到100%，这时以低选器选择出口压力调节的输出来控制出口阀，但是，一旦入口压力低于入口的设定压力，调节器的输出不断向下减小，当调节器输出下行到小于泵出口压力调节的输出时，低选器把控制权切换给入口压力控制器，达到选择控制的目的，流量低选回路的工作原理相同。

低选控制的关键是设定值要合理，主输出控制器打在自动状态，要实现全自动控制，还需把各参与低选的调节回路打到自动状态9/6/202415例如主管道出口压力控制阀，对于入口压力控制回路来说，只要入口二、典型泵站的控制逻辑•1.阀门的控制•2.机泵的启停控制•3. 收、发球控制•4.下载控制•5. 站启、停控制•6.全线自动启、停控制•7.联锁保护9/6/202416二、典型泵站的控制逻辑1.阀门的控制9/23/2022161.阀门的控制•1.1开关式阀门开关式阀门•包括：球阀、闸阀、蝶阀等•SCADA系统与现场连接信号包括：•（1）现场过来的DI信号包括：•就地/远程信号，全开信号、全关信号、故障信号•（2）SCADA输出到现场的信号包括：•开阀和关阀信号•部分阀门还有单独一路ESD关阀信号9/6/2024171.阀门的控制1.1开关式阀门9/23/202217阿拉山口站为例•开关量阀的控制逻辑：•阀处于远控/手动状态，无故障，无报警，无停阀命令•在站控（中心）状态，阀门全开未置位，站控开阀命令 置位，2秒后自动复位阀门开DO正常输出，阀门在开状态 •XV1101,02,03,04,05,  XV1111,XV1421,259/6/202418阿拉山口站为例开关量阀的控制逻辑：9/23/2022189/6/2024199/23/2022191.阀门的控制•1.2 模拟量阀门模拟量阀门•各类调节阀•（1）现场过来的信号包括：•就地/远程信号、开到位，关到位，故障信号、阀门开度控制，阀位反馈AI信号。

•（2）SCADA输出到现场的信号•  阀门输出开度AO信号•SCADA系统与现场连接信号9/6/2024201.阀门的控制1.2 模拟量阀门9/23/202220PICPT压力控制器压力控制器压力变送器压力变送器压力调节阀压力调节阀上游来气上游来气下游供气下游供气典型的压力控制系统框图典型的压力控制系统框图9/6/202421PICPT压力控制器压力变送器压力调节阀上游来气下游供气典型•模拟量阀的控制逻辑：•阀处于远控/手动状态，无故障，无报警•在站控（中心）状态，写入阀位设定值，使能开（关）置位后，AO正常输出，2秒后使能开（关）复位，当阀门到达设定的阀位后，阀停止动作无论是就地切换到远控还是远控切换到就地，阀都能停止动作•XV1201,1202,03,04,XV13019/6/202422模拟量阀的控制逻辑：9/23/2022221.阀门的控制•1.3 PID调节阀门调节阀门，•SCADA系统与现场连接信号包括：•（1）现场过来的信号包括：就地/远程信号、故障信号、阀门开度反馈AI信号、手/自、开到位、关到位、SP设定值、使能命令•（2）SCADA输出到现场的信号输出开度AO信号：如出口压力等。

9/6/2024231.阀门的控制1.3 PID调节阀门，9/23/20222•PID调节阀的控制逻辑：•阀处于远控/手动状态，无故障，无报警•在站控状态下调试，使阀处于远控、手动状态，在站控上位机MMI上，输入压力设定值，点击执行后，阀开始动作，当出站压力等于设定值时，阀停止动作；在现场将阀门切换到就地状态后切换回远控，阀不动作，证明没有扰动•PV1103A，PV1103B，PV1105•PV2301、TV23029/6/202424PID调节阀的控制逻辑：9/23/2022249/6/2024259/23/2022251.阀门的控制•1.4 在实施该控制逻辑中，需要注意的几点在实施该控制逻辑中，需要注意的几点：•（1）现场就地与远程信号切换时，应确保无扰动切换，现场动作后切回远程或远程动作后切回就地，阀门都应保位•（2）输出DO信号应为脉冲信号还是长信号根据逻辑要求，就需要与现场阀门执行机构的组态协调一致，相应的阀门执行机构的组态时考虑点动或长动的组态方式•（3）现场反馈信号都失效时，SCADA应没任何输出信号动作阀门，只报警提示•（4）阀门开关超时或故障报警时，SCADA应没任何输出信号动作阀门，只报警提示。

9/6/2024261.阀门的控制1.4 在实施该控制逻辑中，需要注意的几点：2.机泵的启停控制•2.1 SCADA系统与现场信号包括：•（1）现场过来的信号：•就地/远程信号，运行信号•（2）SCADA输出到现场的信号包括：•启泵信号、停泵信号•泵的启停逻辑：•包含的点有就地/远控、启状态、停状态、故障、启动命令、停止命令、ESD命令9/6/2024272.机泵的启停控制2.1 SCADA系统与现场信号包括：泵的•机泵的启停控制逻辑•包含的点有就地/远控、启状态、停状态、故障、就地急停状态、启动命令、停止命令•泵启动•初始条件：泵入口阀门处于全开或全关位，阀处于远控自动状态，无故障，无报警，泵入口压力值达到最低启泵要求，泵处于远控状态，无故障，无保护报警、无连锁报警、无ESD命令、4个罐前阀不在全关位当泵满足初始条件时，启泵条件的信号置位•泵入口阀开到位后，开出口阀到10%后启泵，泵运转后出口阀在10%位置停留3秒，然后继续开至全开位，当泵按照启动程序完成启泵命令后，泵启动成功信号置位•停泵顺序：出口阀关至10%，……9/6/202428机泵的启停控制逻辑9/23/2022282.机泵的启停控制•2.2  基于工艺及设备本身的安全考虑，机泵的启停需要考虑与之相关的压力及泵进出阀门的状态，在实施机泵控制逻辑中，需要注意的几点:•（1）机泵启动前应满足的条件，如压力是否满足，进口阀和出口阀是否已经处于预先考虑好的位置，机泵本身涉及的机械密封、振动条件、温度等条件是否满足。

这个可考虑作为启泵前的一个必要条件加入保护逻辑中•（2）启泵/停泵信号是脉冲信号还是长信号，一般都是脉冲信号，因为通常SCADA输出先到继电器的干触点，触发继电器闭合输出信号到电气柜来动作机泵•（3）需要考虑机泵运行或停止后与阀门动作的联系启泵时，通常阀门开始处于一个小开度的位置，延时一定时间，待机泵运行平稳后，出口阀再慢慢打开停泵时，通常先关小阀门再停泵，避免甩泵造成压力及流量的大波动如果是紧急停泵，如联锁条件触发，那么可考虑另外停泵的方法9/6/2024292.机泵的启停控制2.2 基于工艺及设备本身的安全考虑，机3. 收、发球控制•清管器控制包括清管器自动接收操作和自动发送操作•主要设备包括收发装置，SCADA系统和各种检测仪表组成，其操作控制由站控系统的清管器控制逻辑实现；•可由中心控制室的计算机发出逻辑指令实现，也可站控人员发出指令实现•需要注意的几点：•1）站外指示器 2）进出站阀的开度 3）逻辑失效9/6/2024303. 收、发球控制清管器控制包括清管器自动接收操作和自动发送3. 收、发球控制•3.1收球控制•现场手动导通相关的流程，启动收球程序，待站外清管指示器检测到球进站时，自动打开进筒阀门，进筒阀全开后，慢慢关小进站阀到达设定的开度。

待收球筒上的指示器检测到球进筒后，自动打开进站阀，进站阀全开后，关闭进筒阀 •3.2 发球控制•现场手动导通相关的流程，启动发球程序，自动打开出筒阀门，出筒阀全开后，慢慢关小进站阀到达设定的开度•待出站管线上的指示器检测到球出站后，自动打开出站阀，出站阀全开后，关闭进筒阀 9/6/2024313. 收、发球控制3.1收球控制9/23/2022314.下载控制（1）下载前的准备：包括工艺要求的流程的导通，批输数据的录入，如下载油品种类、介质特性、下载流量、下载总量等2）下载开始：开始的标志，可以分为自动方式和手动方式，考虑人工触发命令还是按照设定时间触发命令，是否加入介质特性判断3）下载结束：如果设定总量，那么到达总量时自动下载；如果下载过程中发现非本次下载的油品到达，那么应启动意外情况停止下载； 下载控制逻辑是长输管道中非常重要的一环，某一站的下载涉及到设备的动作，流量及压力的控制对全线的影响通常来讲，下载控制逻辑包括下载前的准备、下载开始和下载结束3部分 9/6/2024324.下载控制（1）下载前的准备：包括工艺要求的流程的导通，批5. 站启、停控制•站启、停控制主要考虑几台泵的连续启动以及进出站阀的动作。

程序应分几部分来考虑：•（1）启站前，进站阀、出站阀的应处于什么位置，泵的启动条件是否满足，压力条件的判断；•（2）启站程序过程中，几台泵的启动顺序以及中间等待时间；•（3）启站过程如果某一台泵或阀无法动作，应允许人工介入控制；•（4）站停程序需要考虑停的先后顺序，是从后往前停还是从前往后停，以及泵之间发停命令的条件9/6/2024335. 站启、停控制站启、停控制主要考虑几台泵的连续启动以及进6.全线自动启、停控制•全线自动启或停控制是按照一定的顺序自动开启或停全线全线自动启或停控制是按照一定的顺序自动开启或停全线各站的泵及阀门，相当于把各站的站启串联起来，一般来各站的泵及阀门，相当于把各站的站启串联起来，一般来说，全线自动启都是按照从前往后正输方式启说，全线自动启都是按照从前往后正输方式启•（（1）从上一站启动到下一站启动条件的判断，时间和压）从上一站启动到下一站启动条件的判断，时间和压力条件来判断触发力条件来判断触发•（（2）考虑中间某一站无法启动，应确保人工干预不影响）考虑中间某一站无法启动，应确保人工干预不影响后面的站的执行后面的站的执行•（（3）保证程序执行过程中，人工干预自动退出，但不影）保证程序执行过程中，人工干预自动退出，但不影响前面已经执行的站。

响前面已经执行的站9/6/2024346.全线自动启、停控制全线自动启或停控制是按照一定的顺序自动7.联锁保护•7.1站场保护•如发生火灾或可燃气体报警时，可执行紧急停车保护•7.2 油罐保护•液位低报警，液位低低联锁关阀，防止油罐抽空；设立液位高报警，液位高高联锁关阀，防止冒罐 •7.3机泵的保护•对泵机组的工况进行监视和控制 9/6/2024357.联锁保护7.1站场保护9/23/202235三、水击及控制•管线中的液流突然变速必然引起管中压力的突然升高或降低，速度变化过程越快，则瞬时升降的压力就越大，这种压力瞬变现象称为水击水击现象中产生的瞬时压力叫水击压力，它的大小与速度变化过程的快慢及流动质量和动量的大小有关，轻微时只表现为噪音和振动，严重时能使管线破裂•在长输管道的设计和管理工作中，如不能准确地掌握可能发生地不稳定工况参数，则可能因盲目加大安全系数而造成巨额浪费，或因估计不足而引起严重事故尤其是在密闭输送地管道上，更必须按照对不稳定工况地预测和计算，来制定运行规程和调度方案，为自控系统在各种情况下地运行提供依据 9/6/202436三、水击及控制管线中的液流突然变速必然引起管中压力的突然升高三、水击及控制•1.水击工况水击工况•长输管道在输油过程中发生水击的情况大体有：•（1）开泵和停泵，泵机组转速变化或运行不稳，机组因动力故障而自行停机；•（2）线路阀室突然关闭；•（3）站场干线阀门突然关闭或开启，如节流、进出站阀关闭。

•（4）空气进入泵或管道；•（5）站内发生回流；•（6）管道始端或终端倒换油罐；•（7）中间站下载或停止下载，下载顺序输送切换油品；•（8）泄漏、安全阀开启或关闭9/6/202437三、水击及控制1.水击工况9/23/2022372. 水击控制•在长输管道上，各站设有压力自动调节系统，保证各进、出压力稳定在一定范围内，防止水击产生，压力地控制设定值由SCADA系统主机软件根据实际工艺参数计算出一般地站场都在进、出站设有水击泄放阀因此在针对上述工况发生水击时，提出处理预案及处理措施，以消除不安全因素可能产生的危害根据不同地工况，常用保护措施：•（1）泄放保护•（2）调节性保护，调节进出站地压力•（3）停泵或停站保护•（4）管道增强保护9/6/2024382. 水击控制在长输管道上，各站设有压力自动调节系统，保证各END9/6/202439END9/23/202239。