[发明专利]天然气管道分输电动调节阀控制系统及其方法

说明书

本发明提供了一种天然气管道分输电动调节阀控制系统及其方法，只需人工预先设定压力高限值、压力低限值和流量设定值，分输作业中系统将按照控制逻辑自动执行。在管道分输压力超高、过低或分输流量超高时，本发明所提供的控制系统无需人工实时监控和调整管道控制参数及模式，其可以自动切换控制模式，在以管道压力不超高、不过低为前提的安全工况中，按预先设定的流量值优先进行天然气分输作业，保障管道天然气分输过程安全、平稳，同时提升流量分输效率，节约人力资源。另一方面，本发明采用传感器冗余设计模块，降低了因外部单一传感器故障所导致的系统功能失效风险。

技术领域

本发明涉及天然气管道分输技术领域，尤其涉及一种天然气管道分输电动调节阀控制系统及其方法。

背景技术

随着管道天然气在我国的普及和自动化控制水平的提升，管道天然气的储运控制方式也逐渐从最初的就地人工手动控制转变为远程自动控制。现有天然气管道分输电动调节阀控制系统的基本结构由传感器、工控上位机、可编程逻辑控制器(Programmable LogicController,简称PLC)、电动调节阀等设备组成。

根据控制需求的不同，传感器有只选择压力变送器的，用于控制管道分输压力。公开号为103115243A《一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法》的专利申请公开了一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法，属于天然气管道分输技术领域。该控制设备包括数据采集装置、数据处理器、控制装置和输出器；数据采集装置用于通过PLC控制站采集的现场数据；数据处理器用于对现场数据进行数据滤波，得到实时数据；控制装置用于根据实时数据和控制参数，得到电动调节阀的控制量；输出器对电动调节阀的控制量限幅或限流后，通过PLC控制站控制电动调节阀的阀位开度。该发明将被控量的超调量控制在合理范围，提高了天然气分输站场电动调节阀压力和流量的稳定性；降低了阀门开度变化率，减少了电动调节阀动作的频率，从而降低了故障率，节省维护成本。该专利通过系统辨识方法和PID控制算法，控制分输压力，降低阀门在执行压力控制时的开度变化率，从而减少了电动调节阀动作的频率，减少了阀门机械磨损，节省了维护成本。但是，该专利也是有局限性的，由于其控制目的是在控制天然气分输压力的同时减少电动调节阀的动作频率，从而减少因天然气分输压力波动所带来的阀门频繁开关，减少机械磨损，因此它的控制回路仅有压力控制回路，未考虑实际生产运行中用户对流量控制的需求，不能实现流量自动控制，使用范围受到一定限制，该发明适用于与下游门站距离短、管径细、气压剧烈波动的分输站，却难以推广应用于对压力和流量都有控制需求的分输站和下游天然气分输用户。

根据控制需求的不同，传感器也有选择压力变送器、流量计的案例，其控制方法为：采用人为设定和切换控制模式的传感器，在需要压力控制时，人工通过上位机HMI画面设定压力值和压力控制模式，当需要流量控制时，人工再改变控制模式并给定流量设定值。这类产品具有压力和流量控制，但需要人工切换控制模式。如果一直将控制模式设定在压力控制模式，管道会保持压力安全，但分输流量达不到最优控制，分输效率低下。反之，如果将控制模式设定在流量控制模式，流量控制最优，但管道可能会出现超压现象，带来安全风险，因此需要人工24小时监控参数，不利于人力资源优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气管道分输电动调节阀控制系统及其方法，旨在解决现有的天然气管道控制系统只能控制压力、无法自动控制流量，或是需要通过人工切换控制模式来实现对压力和流量的控制的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种天然气管道分输电动调节阀控制系统，包括：

传感器冗余设计模块，与外接的天然气管道水力系统、数据采集和滤波容错模块分别连接，传感器冗余设计模块包括多个压力变送器，用于将天然气管道水力系统中天然气的流量数据和压力数据传感到数据采集和滤波容错模块；