AB冗余1756系统

工艺功能

1）BPCS基本过程控制系统

a.本项目设置3路计量支路，其中1路为小流量计量支路；

b.顺序控制器应当对3个支路分别进行控制。

c.流量计量能根据指定日输气总量控制和指定高峰瞬时输气量控制，或者同时指定输气总量和高峰瞬时输气量。

d.流量计量支路的切换逻辑当按照下述要求执行：

（1）起始状态为DN100计量支路计量，当下游用气量持续10min超过该流量计计量精度（0.5%）上限的80%流量时，关闭该支路电动阀；开启大流量DN300计量支路电动阀进行计量。当下游用气量减小时，连续10min达到DN300计量支路计量精度（0.5%）下限的1.2倍时，关闭该计量支路，开启DN100计量支路。

（2）当指定高峰瞬时输气量控制时，应当按照（1）进行控制，当计量流量达到指定高峰瞬时输气量的95%时，动作该支路电动流量调节阀进行PID（比例、积分、微分）

（3）当指定日输气总量控制时，当到达日输气量达到设定值时，关闭三个支路的电动阀。并将状态反馈给上游控制系统。

（4）切换逻辑还能够智能判断任意一路计量支路的可用性（包括流量计故障状态、电动阀故障状态等判断），在正确判断可用性后方可进行切换计量。当判断DN300主计量路出现故障时，能自动启用备用支路进行计量。

（5）DN100流量计计量精度（0.5%）上限的80%流量应当大于DN300计量精度（0.5%）下限的1.2倍，以保证在随着下游用气量的变动能够实现宽范围0.5%计量精度。

附件三、增强功能

1）概述

在天然气管道调控过程中，管线输送压力、流量和分输的压力、流量的控制是天然气管道自动化控制中重要的环节，它保证了管道运行的高效、平稳和安全。

分输站压力控制系统具备压力/流量控制选择功能，并具有限流/限压保护能力。压力控制系统一般包括压力检测、压力调节、安全截断功能。调压系统配置方式主要有三种：

 安全截断阀+安全截断阀+工作调节阀；

 安全截断阀+监控调节阀+工作调节阀；

 安全截断阀+工作调节阀+安全泄放阀。

2）现状

目前天然气管道分输站控制PLC中运行分输启动控制逻辑、分输关闭控制逻辑，分输启动控制逻辑过程如下：

① 条件判定：检查分输ESD、分输关闭反馈、出站阀门、放空ESD的状态，判定逻辑条件是否满足；

② 打开去用户出站阀；

③ 检测到用户出站阀全开到位后，根据用气量自动打开一路或多路安全截断阀上游的电动调节阀；

④ PID控制逻辑自动触发，根据设定压力/流量打开调节阀。

在SCADA系统上位机，配置有用户分输启动命令和关闭命令执行界面。调控人员日常的用户供气调度操作如下：

① 接到某个天然气用户请求供气的电话通知，调度员在相应的用户分输控制界面点击分输启动操作按钮，开始相应用户的天然气供应；

② 以用户日指定数据为监测目标，监测相应用户当日的供气量；

③ 当供气量达到日指定量后，根据用户特点、供气要求及制定的供气策略，采取如下的相应措施：点击分输停止操作按钮，停止用户供气；改变用户压力设定值，按照最低保护压力供气；改变用户流量设定值，按照最小流量供气。

④ 每日的用户过程都按照以上步骤周期进行。

⑤ 调度人员每日9:30完成PPS日指定下载，且根据需要进行远控分输站用户分输回路调压系统参数设置，包括工作压力、最大流量、最低保护压力等调压撬PID控制设定值。

由于分输日指定设定值由调控中心调度人员逐个手动输入，按照每日录入约五百个用户日指定数据计算，全年共需手工录入操作逾18万次。工作效率低且容易出错。因此采用自动分输功能，将日指定数据批量自动导入，通过PLC中设置的多种分输模式选择来实现自动分输控制，有效减轻调度人员的工作强度并提高数据准确性。

2）实施方案

分输站场应具备自动分输功能，站控制系统接收北京调控中心日指定量设定值，并根据日指定分输逻辑控制分输量。调控中心通过下发日指定设定值对分输调节阀进行远程分输控制。

站控系统根据中心下发日指定设定值、站场流量/压力测量值和分输控制逻辑进行PID调节。在站控制系统内集成四种分输控制逻辑，即日指定到量自动关阀控制、分输权重系数控制、剩余平均流量控制、恒压控制，按照用户实际用气情况在站控系统中选择对应控制方式。

自动分输控制功能的实现无需增加硬件和软件工程量。四种分输控制逻辑在站控制系统数据单中明确控制要求，由站控制系统厂家负责实现该功能。具体如下：

（1）日指定自动分输控制原理

图 4.2.1-12自动分输控制功能数据流向图

（2）调控中心操作界面

调控中心日指定操作管理和控制的HMI界面见图4.2.1-13和图4.2.1-14。

图4.2.1-13 日指定操作管理界面

注：

1) 通过OPC协议批量导入、批量下发。

2) 计算各类数据合计，方便数据比对。

3) 日指定下发值和日指定实际值要具备偏差报警功能。

4) 实际值为日指定在PLC实际运算时的值。

图4.2.1-14 日指定控制界面

注：

1) 用户调节阀为此用户所有调节阀的状态（开度示意）。

2) 标黄色的数据点为新增数据点。

3) 按照调度台和不同系统每台分别制作对应表格。

4) 剩余平均流量=（日指定-天累计）/剩余小时，可定期计算（例：10分/次）。

5) 日指定完成百分比=（天累计流量/日指定实际值）%，属于模拟量，调度可以设置高高、高、底底、底报警。

6) 最低小时流量是调度手动设定值。

7) 实际下发流量按剩余小时平均法自动下发，以下为剩余小时平均量法：

8) 通过写入SCADA系统的日指定量，逻辑上完成对用户日指定的控制，按照日指定剩余平均气量分阶段供气，并以压力和最低流量作为保护。

（3）日指定自动分输控制方式

a）日指定到量自动关阀控制逻辑

日指定到量自动关阀控制逻辑，在间断供气用户使用，程序控制当日日指定到量后自动关断调节阀门，第二日早8：00后，根据下游压力或设定时间为判断条件，并按照提前设定的调压支路优先级、压力、流量启动用户分输。

对于间断供气用户，采取流量保护条件下的压力控制，在流量设定值限值下，进行压力控制。当流量达到高限值时，程序自动以流量高限值作为控制流量并显示报警。当流量下降到低限值时，自动关闭分输调节阀，利用管容气给下游用户供气。程序判断下游压力下降到低设定值时，重新开启分输调节阀给下游供气。当供气量达到日指定的 90%时产生提示性报警，当供气量达到日指定量后自动关闭分输调节阀。

为了避免开启分输调节阀速度过快，在开启阀门阶段，分输电动调节阀的压力设定值按梯级写给PLC（梯级值根据项目确定，例如取0.1MPa，设定值上限为正常输气时的压力设定值）。

b）分输权重系数控制逻辑

分输权重系数控制逻辑，在连续供气用户使用，将用户24小时用气分为12个时段，每天早8点程序根据过去4天各时段累计流量与前一日累计流量的对比，通过加权平均计算出当日权重系数，每个时段按日指定气量与相应的权重系数乘积进行气量控制，从而反向拟合用户用气规律，最终达到在一定压力范围内日指定气量控制的目的。

权重系数=2小时用气量/24小时累计用气量，权重系数由站控PLC或中控SCADA系统完成计算。2小时用气量为过去7天同一时间段2小时用气量的合计值；24小时累计用气量为过去7天24小时累计用气量的合计值。

每个时段分输完毕后，预计时段分输量与实际时段分输量进行比较得到ΔQ。ΔQ补偿在下一时段中，则下一时段接受流量补偿后根据时段权重值重新调整该阶段的流量设定值。

为保证供气的平稳性，每小时分输量应确定一个波动范围，如3%-5%。

图 4.2.1-15调控中心画面-分输权重系数画面

红色区域为分输权重系数控制的中控HMI画面，主要内容包括启用/停用状态、今/明两日日指定录入、压力/流量限值、计算流量和真实流量、权重系数、压力/流量趋势等。

分输权重系数控制逻辑广泛适用于各类用户，但用户小时不均衡系数宜不高于2.3。

c）剩余平均流量控制逻辑

剩余平均流量控制逻辑，在连续供气用户使用，用户早8：00开始使用日指定气量除以剩余时间后的平均气量进行控制，且程序自动计算剩余平均流量并每间隔4小时下发一次，以纠正调压设备执行误差或日指定变更误差，最终达到日指定气量控制的目的。

按照剩余量平均量控制，即：（日指定量—已完成量）/剩余时间，每4小时下发一次并对应调整供气量。当剩余小时量低于单路流量计最低流量时，按照流量计最低流量设定供气；当压力高于或低于最高、最低压力时，按照压力控制。直到用完当日日指定量，产生报警提示信息或根据需要关闭阀门。

图 4.2.1-16调控中心画面-剩余平均流量控制画面

红色区域为剩余平均流量控制的中控HMI画面，主要内容包括启用/停用状态、今/明两日日指定录入、启用条件输入、压力/流量限值、计算流量和真实流量、压力/流量趋势等。

剩余平均流量控制逻辑适用于小时用气较为均衡的用户，没有明显的用气高峰和用气低谷的，多为工业用气比例较大的用户，用户小时不均衡系数宜不高于1.5。

d）恒压控制逻辑

恒压控制，即对用户按恒压控制，向用户敞开气量供气。针对特殊用户，不进行日指定流量限制，始终按一定压力给用户供气。

（4）日指定自动分输逻辑框图

通过与北京油气调控中心以及系统调试单位的交流研讨，设计单位已完成四种分输模式的逻辑框图，具体如下：

图4.2.1-17日指定到量自动关阀逻辑框图

图4.2.1-18分输权重系数法逻辑框图

图4.2.1-19剩余平均流量控制逻辑框图

图4.2.1-20恒压控制逻辑框图

5）压力流量保护

为确保分输的安全性，在图示红色区域，特别设定了压力/流量的高/低限值保护。

当压力达到高限值时，程序自动以压力高限值作为控制压力并显示报警，同时进行流量补偿（即降低分输流量），以保证压力不超过该安全范围；当压力达到低限值时，程序自动以压力低限值作为控制压力并显示报警，同时进行流量补偿（即增加分输流量），以保证压力不超过该安全范围。

当压力达到高高限值时，程序自动切换为压力调节并显示报警，当压力恢复正常范围后，再切换为流量调节。此功能通常在PLC或阀门控制器设置，自动分输系统不需要重复设置，只需给出压力调节/流量调节的切换命令。

当流量达到高限值时，程序自动以流量高限值作为控制流量并显示报警，如果有备用流量支路可用且已与地区公司达成一致意见的前提下，系统会自动增开备用支路，以保证压力不超过该安全范围；当流量达到低限值，程序自动以流量低限值作为控制流量并显示报警，以保证压力不超过该安全范围。

流量补偿仅在当前小时起作用，进入下一小时，自动恢复至自动分输技术控制。

6）自动分输控制功能数据点表

表4.2.1-6自动分输控制功能数据点表

7）管存量修正

对于分输站与下游站场之间管容比较大时，就会出现分输站输气量与下游用户用气量并不一致的情况，此时，就需要对输气量进行管存量修正，从而更准确地计算出用户用气量。

根据输气压力Pt、温度T计算天然气密度ρ，再使用管存体积V和密度ρ计算得出质量差值Δm及体积差值ΔV，最终转换为标况后加上输气量即为计算所得用户用气量。

8）异常值处理

在进行输入参数的数据采集过程中，为了防止由于输出数据错误造成最终自动分输控制出现问题，对主要的输入参数如压力、流量都采取了异常值处理，保证最终采集数据的有效性，主要方法包含数字滤波和瞬时量有效性判断。

9）计量支路切换

自动分输控制功能在投用过程中，当计量支路分输量出现较大变化时，计量支路自动切换逻辑自动投用，根据流速变化自动增开计量支路或关闭计量支路。对各条计量支路人工设定优先级，优先级别高的支路在增开时优先选择开，关闭时延后选择关闭。

以超声波流量计为例：

（1）当任一计量支路的流速大于20 m/s，并持续30s时，根据设定好的优先级别，判定最高优先级支路的状态。若此支路设备状态正常且处于自动状态，则触发此支路的导通命令。

如果此支路顺利导通，显示计量支路增开提示。如导通失败，显示某条计量支路增开失败，复位命令后，按照优先级别设置导通优先级第二高的支路。

（2）当任一计量支路的流速降低，低于15 m/s大于10 m/s并持续30s时，根据设定好的优先级别，判定最低优先级支路的状态。若此支路设备状态正常且处于自动状态，则触发此支路的关闭命令。

如果此支路顺利关闭，显示计量支路关闭提示。如关闭失败，显示某条计量支路关闭失败，复位命令后，按照优先级别设置关闭优先级第二低的支路。

（3）当任一计量支路的流速低于5 m/s并持续30s时，只运行优先级最高的一条支路。

（4）站场人员可根据现场情况，人工修改各支路的优先级。

超声流量计、涡轮流量计和孔板流量计的切换限值如下：

超声流量计测量流速20m/s为增开支路限值，5m/s为减少支路限值。

涡轮流量计管路开启数量与通过每路流量计的工况体积流量有关。按0.8Qmax 值为增开支路限值，5Qmin为减少支路限值。

孔板流量计管路开启数量与通过每路流量计的测量差压有关。按流量计测量差压40kPa为增开支路限值，5kPa为减少支路限值。

上述自动支路切换仅限于同等口径、同类设备的支路切换。设有小口径计量、调压管路的站场，小口径支路应设置最大流量保护控制功能。

10）对PID调节的技术要求

（1） PID算法及参数设定要考虑天然气管道分输站用户供气回路的调压撬配置方式、工作调节阀调节曲线、用户管存大小、调节阀响应速度、调节阀死区等各个因素的影响，对天然气分输站PID控制算法进行适应性优化是自动分输的基础条件。

（2） 调节回路的控制算法主要以大偏差开度计算+小偏差多回路PID控制为主，辅助以流量计算、死区输出调节、到位时间调节、用气量预判等环节。开度计算实时进行，可用计算开度和目前开度检测值对比作为偏差。大小偏差的分界点可在控制调试过程中确定。

（3）为保证控制算法对分输管道容积小情况的适用性，可以根据管容系数的不同采用不同的控制策略和方法。在常规PID控制方法的基础上，通过管道管容和调节阀调节特性（控制量与流量关系、死区、响应时间）对单步控制信号进行修正，从而实现控制量变化情况下的稳定输出。