第四章5节 SCADA系统控制逻辑

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4.复杂回路控制
4.1串级控制
串级控制回路方块图
干扰 给定值 － 主调节 器 控制信号 调节器 － 副测量、变送 执行器 副对象 副变量 干扰 主变量 主对象
主测量、变送
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• 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。
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• 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。
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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
• （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。
• 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。
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2.联锁保护控制 • 联锁保护系统有3部分组成：
• PV1103A，PV1103B，PV1105 • PV2301、TV2302
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1.阀门的控制
• 1.4 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。
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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。
• 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
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• 3.2 简单控制系统－
• 2.联锁保护控制
• 3、简单PID单回路控制
• 4.复杂回路控制。
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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。
• （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。
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5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
• XV1201,1202,03,04,XV1301
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1.阀门的控制
• 1.3 PID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。 。
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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
典型的压力控制系统框图
PIC 压力控制器 压力调节阀 上游来气 PT 压力变送器
下游供气
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• 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。
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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。
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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,XV1421,25
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• 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%，……
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1.阀门的控制
• 1.1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。
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。
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• 一、 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。
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1.阀门的控制
• 1.2 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
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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。
• （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
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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。
• 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。
简单控制回路方块图
给定值 偏差 调节器 － 测量值 检测变送装置 控制信号 执行器 操纵变量 被控变量 干扰 被控变量
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• 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。
口压力等。
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• 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。
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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
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4.2选择控制
选择控制回路方块图
测量、变送 － 调节器A 选择器 调节器B － 测量、变送 执行器 对象 变量A 变量B
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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。