一种采用单潜液泵输配四台LNG单枪加气机控制方法
技术领域
本发明属于天然气加气技术领域，特别涉及一种采用单潜液泵输配四台LNG单枪加气机控制方法。
背景技术
目前市面上的LNG加气站自控系统(以下简称：控制系统)通常是配套“单LNG潜液泵输配2台LNG单枪加气机(单枪)”(以下简称：一泵二机)使用的。LNG潜液泵的功率通常是11或15KW，出口流量为320L/min。一台泵适合配套2台LNG单枪加气机。
这种控制系统在实际运行时，2台LNG单枪加气机可以随意组合投入或退出运行，控制系统会根据潜液泵的出口压力自动对潜液泵进行变频调速，从而实现定压加气。
加气机实际运行时会有相互互锁的情况，这种互锁通常是两台LNG单枪加气机直接进行通信或硬触点直接连接来实现互锁联络的，当一台LNG单枪加气机运行时，而另一台不运行，则不运行的加气机就会关闭本机的所有气动阀，防止液体偏流影响正常工作的加气机。这种互锁基本是有呼就应，所以速度相对还是很快。
正因为加气机有互锁的功能，尤其在2台LNG单枪加气机同时工作时，其中一台结束加气后立刻进入互锁状态，原本供2台LNG单枪加气机的流量全部都集中在了运行的这台LNG单枪加气机上，这样这条管道的压力就会瞬间增大。这时控制系统会检测到泵的出口压力已经超过了实际的设定值，因此会控制变频调速降低压力。从而保证加气机的稳定工作。
对于这种小流量的一泵二机设备，该控制系统可以达到控制目的。
随着行业的发展，这种一泵二机的设备已经不能满足用户的加气量了。如果按照传统的方式要想增大加气量就需要再投入一套设备，这样不仅成本加大，用户的场地也需要重新规划，还会伴随着各种各样的难题，投资成本远远不止增加设备的成本。面对这样的情况，“单LNG潜液泵输配四台LNG单枪加气机(单枪)”(以下简称：一泵四机)的设备出现了，良好的解决了以上问题。
但是，对于一泵四机的设备，以上的控制系统就不能满足要求了。为了满足四台LNG单枪加气机的流量，该系统的潜液泵的功率就需要加大，一般在25KW以上，流量在660L/min。由于泵的出口流量的加大，加气机变为四台，如果加气机还是像传统的互锁方式直接互锁，当四台LNG单枪加气机同时运行，突然有3台加气结束进入了互锁后，这时所有的流量全部集中到运行的一台LNG单枪加气机上。管道严重超压，加气机直接跳枪，管道的安全阀就会启跳，这种情况很危险，甚至有安全隐患。针对这种情况，一泵二机的控制系统就不能满足要求，从以上对一泵二机控制系统的分析不难看出，这种控制系统的调节是需要一个过程的，先是压力升高，再是变频降压，这个过程的时间长短受多因素的影响，例如：压力变送器的响应速度，管道的长短，变频调速的时间等。在一泵四机的设备中如果还用这种系统控制，这种响应速度是不够的，还没有等系统调速完成可能安全阀就已经工作了，加气机也因为超压停止了工作。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种采用单潜液泵输配四台LNG单枪加气机控制方法，通过采用预降压调整的方式来解决管道超压的问题，通过改变加气机的互锁方式实现了部分流量的卸载，通过泄压功能实现超压保护，可有效保障单LNG潜液泵输配四台LNG单枪加气机的安全。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采用单潜液泵输配四台LNG单枪加气机控制方法，包括控制系统；控制系统包括控制柜和四台LNG单枪加气机；
所述控制柜包括可编程控制器和变频器；可编程控制器分别与变频器、燃气控制器、电磁阀、仪表、急停按钮连接，并通过以太网连接人机界面；可编程控制器通过通信控制器与加气机连接；变频器与潜液泵连接；
所述控制方法包括加气模式、调压模式、自增压卸车模式、泵卸车模式；
在加气模式中，控制系统根据加气机操作状态，并判断投运状况，通过互锁及解除互锁，完成加气；
在调压模式中，根据储罐压力状况，调整储罐阀门；
在自增压卸车模式中，根据储罐压力及储罐调压限定值与储罐保压回差设定值的差的大小，调整储罐阀门；
在泵卸车模式中，根据卸车频率进行泵卸车。
作为优选，所述可编程控制器分别通过RS485总线与变频器、通信控制器、燃气控制器连接；通信控制器通过CAN总线与加气机连接。
作为优选，所述加气模式包括以下步骤：
(1)若储罐压力小于设定储罐调压限定值，则进行加气调压；
(2)若某台LNG单枪加气机有加气操作，开启储罐的出液阀，进入正向投运，判断是否有正在加气的加气机；
(3)若有，直接进入稳压调速流程；若没有，先启动泵，然后再进入稳压调速流程；
(4)当某台LNG单枪加气机加气结束，判断是否为逆向投运；
(5)若是逆向投运，则进入变频降速，根据当前加气机运行的台数降低相应的频率，然后发送互锁信号给加气结束的加气机，让该加气机进入休眠状态，进入稳压调速流程；
(6)判断是否有超压现象，若有则进行超压放散；
(7)若不是逆向投运，则说明所有加气机都加气结束，控制系统向加气机发送解除互锁的命令，加气机全部进入待机状态，潜液泵停止工作，控制系统延时返回待机模式，整个加气模式结束。
作为优选，所述调压模式包括以下步骤：
(1)判断储罐压力是否小于设定储罐调压限定值；
(2)若小于，开启相关阀门进行调压；
(3)若不小于或手动停止时，关闭相关阀门；返回待机模式。
作为优选，所述自增压卸车模式包括以下步骤：
(1)当储罐压力小于储罐调压限定值与储罐保压回差设定值的差时，延时打开储罐下进液阀，关闭储罐上进液阀，进入保压状态；
(2)当储罐压力大于储罐调压限定值与储罐保压回差设定值的差时，延时恢复下进液阀和上进液阀的原状态。
作为优选，所述泵卸车模式包括以下步骤：
(1)根据卸车频率进行泵卸车操作；
(2)判断是否有加气操作；
(3)若有加气操作，关闭卸车阀打开加气阀进行加气操作；加气结束后自动返回卸车模式。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过采用预降压调整的方式来解决管道超压的问题，通过改变加气机的互锁方式实现了部分流量的卸载，通过泄压功能实现超压保护，可有效保障单LNG潜液泵输配四台LNG单枪加气机的安全。
附图说明
图1为本发明的控制系统示意图；
图2为本发明中控制方法示意图；
图3为本发明中加气模式示意图；
图4为本发明中变频降速示意图；
图5为本发明中稳压调速示意图；
图6为本发明中调压模式示意图；
图7为本发明中卸车模式示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例公开了一种采用单潜液泵输配四台LNG单枪加气机控制方法，如图所示，其包括控制系统；控制系统包括控制柜和四台LNG单枪加气机；
控制柜包括可编程控制器和变频器；可编程控制器分别与变频器、燃气控制器、电磁阀、仪表、急停按钮连接，并通过以太网连接人机界面；可编程控制器通过通信控制器与加气机连接；变频器与潜液泵连接；
可编程控制器分别通过RS485总线与变频器、通信控制器、燃气控制器连接；通信控制器通过CAN总线与加气机连接。
本申请中加气机与现有加气机真值表对照如下：
控制方法包括加气模式、调压模式、自增压卸车模式、泵卸车模式。
待机模式是控制系统的一个初始准备状态，为其他模式做好准备工作；在该模式下，加气机全部在待机模式，默认开启上进液阀、泵回气阀、出液1阀和出液2阀；潜液泵处于停止状态。
加气模式包括以下步骤：
(1)若储罐压力小于设定储罐调压限定值，则进行加气调压；
(2)若某台LNG单枪加气机有加气操作，开启储罐的出液阀，进入正向投运，判断是否有正在加气的加气机；
(3)若有，直接进入稳压调速流程；若没有，先启动泵，然后再进入稳压调速流程；
(4)当某台LNG单枪加气机加气结束，判断是否为逆向投运；
(5)若是逆向投运，则进入变频降速流程，根据当前加气机运行的台数降低相应的频率，然后发送互锁信号给加气结束的加气机，让该加气机进入休眠状态，进入稳压调速流程；
(6)判断是否有超压现象，若有则进行超压放散；
(7)若不是逆向投运，则说明所有加气机都加气结束，控制系统向加气机发送解除互锁的命令，加气机全部进入待机状态，潜液泵停止工作，控制系统延时5分钟返回待机模式，整个加气模式结束。
采用预降压调整的方式来解决管道超压的问题；
在这里把加气机的投切顺序分成2类：正向投运和逆向投运；
正向投运：所有的加气机不断的投入运行，这个过程没有任何一台LNG单枪加气机结束加气；如果是正向投运，系统直接进入稳压调速流程，根据预设的变频定压值自动调节潜液泵的转速；具体调节过程为：当潜液泵的出口压力小于变频定压值与变频死区值的差时，变频器进行加速运行；当泵的出口压力大于变频定压值与变频死区值的和时，变频器进行减速运行；当潜液泵的出口压力在变频定压值加减变频死区值的区间内时，变频器在当前转速运行；与调速有关的参数还有以下参数：变频上限频率和变频下限频率为变频调速的频率上下限，上限频率设定值不超过潜液泵的额定频率，下限一般设置为0；变频脉冲值和变频步长值可以调节变频调节的速度，步长越大频率调节速度越快，但速度快稳定性差，一般设置为5；脉冲值一般设置为1，脉冲越大调节速度越慢。
逆向投运：运行的加气机不断的结束加气，这个过程中没有要启动的加气机(例如：四台LNG单枪加气机运行突然停止1台或2台或3台；3台LNG单枪加气机运行突然停止1台或2台；2台LNG单枪加气机运行突然停止1台)；
预降压调整方案主要是针对“加气机逆向投运”的运行方式，因为“加气机正向投运”方式不存在超压问题；以下为预降压调整方案执行的基本原理：
首先要读取加气机的运行状态；当有加气机的状态从加气变为待机且至少还有一台其他加气机在运行状态时认为是“逆向投运”；如果确认是“逆向投运”，控制系统首先通过降低潜液泵的运行频率来降低出口压力，如果是3台在运行，系统降频率5HZ；如果是2台在运行，系统降频率10HZ；如果是1台在运行，系统降频率15HZ；当频率降到预设值后(上位机系统可以设定)，然后发送互锁命令给刚停止的加气机，加气结束的加气机收到互锁信号后进入休眠状态。
加气机收到互锁命令后关闭本机所有的气动阀，然后返回休眠状态；控制系统检测到休眠状态后证明互锁完成；然后控制系统再根据潜液泵的出口压力来自动调节到预设的压力进行加气；当加气机的状态都为待机状态后，控制系统停止潜液泵运行，之后根据上位机设定的返回待机时间返回到待机模式。
通过改变加气机的互锁方式实现了部分流量的卸载；
加气机中都有2个气动阀切断阀，一个是加气阀(F1)，另一个是回气阀(F2)，当加气机在加气状态时，F1打开，F2关闭，这样LNG只能向外部加注，不能反回储罐；当加气机在待机状态时，F1关闭，F2打开，这样LNG可以通过加气机的回气流程反回到储罐；当加气机在休眠状态时，F1关闭，F2关闭，LNG没有流向只能残留在管道中。
为了避免高压问题，控制系统要与加气机实现的关联互锁，具体实现方法是，当加气机加气结束后，不会立刻进入休眠状态，而是等待控制系统的互锁命令；在控制系统的互锁命令到来之前加气机保持在待机状态，这样LNG可以通过加气机的回气阀返回储罐，实现了部分流量的卸载，避免压力的急剧上升；与此同时控制系统对潜液泵要进行降压预处理，当控制系统降压结束后通知加气机互锁，然后加气机进入休眠状态；该系统中四台LNG单枪加气机是相互互锁的，也就是只要有一台加气，另三台如果都不在加气状态都将进入休眠状态进行互锁。
然后系统进入稳压调速流程；当所有加气机都加气结束，系统向加气机发送解除互锁的命令，加气机全部进入待机状态，潜液泵停止工作，系统延时5分钟返回待机模式，整个加气模式结束。
通过泄压功能实现超压保护；
该功能主要是防止意外情况的出现，所以当压力预调整功能正常工作的情况该功能不会工作；
泄压功能的工作原理为：控制系统实时判断潜液泵出口的压力是否大于超压放散的预设值，如果大于，则开启超压放散阀；超压放散阀开启后，进行延时，当延时时间到达后关闭超压放散阀；在整个放散的过程中，如果潜液泵出口的压力小于了超压放散的预设值，超压放散阀也会关闭；所以超压放散阀的关闭有2个条件，一个是放散时间到达，一个是压力小于设定值，这两个条件只要有一个满足条件就可以关阀，是串联运行模式。
控制系统为了适应每一种工况特意设置了频率模式选择功能；因为有些工况条件下，潜液泵的出口压力波动比较大，采取变频调速不太适合，所以设置了定频模式；在定频模式下的加气频率可由参数中泵加气频率决定，预冷频率可由参数中泵预冷频率决定；具体模式选择可在参数设置中设置。
调压模式包括以下步骤：
(1)判断储罐压力是否小于设定储罐调压限定值；
(2)若小于，开启相关阀门进行调压；
(3)若不小于或手动停止时，关闭相关阀门；返回待机模式。
调压模式包括3种情况：调压模式调压，加气调压和自增压卸车调压；
当点击储罐增压按钮后，系统自动打开下进液阀和调压阀，进入增压模式，当储罐压力大于储罐调压限定值设定后，系统自动还原上进液阀和下进液阀的状态和关闭调压阀，从而结束调压模式调压，也可以随时通过手动点击停止增压按钮结束调压；
加气调压是系统在加气模式下当储罐压力小于储罐调压限定值设定后自动打开下进液阀和调压阀，关闭上进液阀进行调压；当储罐压力大于储罐调压限定值设定后系统自动还原上进液阀和下进液阀的状态，然后延时20秒关闭调压阀，从而结束加气调压模式；这种调压是为了在加气量大的情况下储罐压力的维持；
自增压卸车调压是在自增压卸车的情况下，储罐压力难以维持正常加气时使用；因为卸车的时候一般要求储罐压力越低越好，而且储罐压力在卸车的过程中会不断降低，这样如果再加气，潜液泵的出口压力很难达到要求的值，所以需要调压；但是一直调压也会影响正常卸车，为了既不影响卸车又可以满足加气的需求，特意增加了该流程；在自增压卸车的情况下如果储罐压力小于储罐调压限定值设置与储罐保压回差设定值的差时，延时10秒，打开下进液阀，关闭上进液阀，进入保压状态；如果储罐压力大于储罐调压限定值设置与储罐保压回差设定值的和时，延时10秒，恢复下进液和上进液阀的原状态，结束保压。
自增压卸车模式包括以下步骤：
(1)当储罐压力小于储罐调压限定值与储罐保压回差设定值的差时，延时打开储罐下进液阀，关闭储罐上进液阀，进入保压状态；
(2)当储罐压力大于储罐调压限定值与储罐保压回差设定值的差时，延时恢复下进液阀和上进液阀的原状态。
泵卸车模式包括以下步骤：
(1)根据卸车频率进行泵卸车操作；
(2)判断是否有加气操作；
(3)若有加气操作，关闭卸车阀打开加气阀进行加气操作；加气结束后自动返回卸车模式。
卸车包括泵卸车和自增压卸车2种情况；
泵卸车是通过潜液泵进行卸车
在泵卸车的过程中如果关闭了上进液或下进液阀后，泵自动停止运行；在泵卸车的模式下，如果有加气操作将立刻进入加气流程，当加气结束后自动返回卸车流程，在该过程中储罐的出液1和出液2阀是不会打开的，这时是用槽车中的LNG直接加注的，而不是用的储罐中的LNG；退出卸车模式时，先点击停泵按钮，再点击退出按钮；
如果加气量特别大时或为了延长潜液泵的使用寿命可以采取自增压卸车的方式卸车；自增压卸车是通过给槽车增压到大于储罐的压力后，通过压力将槽车中的LNG注入到储罐中；只要将自增压卸车使能选择在允许的位置，然后开启储罐上下进液阀的任意一个阀，以及开启相关的手动阀即可自增压卸车；
不管是泵卸车还是自增压卸车，都可以让储罐上下进液阀根据储罐液位自动切换；如果储罐容积小于上下进液切换容积的设定值时，开启上进阀，关闭下进阀；如果储罐容积大于上下进液切换容积的设定值时，开启下进阀，关闭上进液阀；当上下进液切换使能选择了禁止后上下进液不进行自动切换。
报警在整个系统中起到了危险警示和系统切断的作用；
当现场设备的急停按钮、控制柜上的急停按钮、可燃气体报警器有高高限报警时，系统进紧急切断状态，声光报警器报警；在紧急切断状态中，设备阀门全部关闭，泵停止运行；
储罐压力和储罐液位的报警分别有4个等级的报警，高高限，高限，低低限和低限报警；系统默认储罐压力高于1Mpa低于1.2Mpa时进入压力高报警，高于1.2Mpa时进入压力高高报警；储罐压力低于0.3Mpa高于0.1Mpa时进入压力低报警，低于0.1Mpa时进入压力低低报警；储罐液位高于52M3低于54M3时进入液位高报警，高于54M3时进入液位高高报警；储罐液位低于3M3高于1.5M3时进入液位低报警，低于1.5M3时进入液位低低报警；当储罐液位低低报警时系统自动关闭储罐的出液1、出液2阀以及潜液泵；当储罐液位高高报警时系统自动关闭储罐的上下进液阀；当储罐压力高高报警时如果有储罐放散阀将会开启放散；
为了保护潜液泵，系统设置了潜液泵的压差低报警和相关的切断操作；当潜液泵进入运行后，延时30秒，首先判断潜液泵泵的实际电流是否小于泵的空转电流，如果小于直接停止潜液泵泵运行；接着判断泵池的出口压力与进口压力之差(以下简称泵池压差)是否小于泵压差低报警设定值，如果小于设定值进入压差低报警，压差低报警后再延时30秒(该时间是由泵压差低延时停泵参数决定的)，继续判断泵池压差是否小于泵压差低报警设定值，如果还小于，停止泵运行；另外当泵出口压力大于泵出口压力高停机参数设定值时，泵也将进入停止状态；以上的所有限定值都可以在LNG参数界面中设置；
系统中报警查询界面可以查看相关的报警信息，有报警时显示，没有报警时不显示；具体显示的报警信息包括：潜液泵撬急停、卸车急停、控制柜急停、储罐液位低低报警、储罐液位低报警、储罐液位高高报警、储罐液位高报警、储罐压力高高报警、储罐压力高报警、触摸屏急停、泵空转停泵报警、泵压差低、泵出口压力高、燃气泄漏连锁报警和泵急停(这个急停信号是由上位机界面中的泵急停按钮触发的)；当泵急停按钮按下后泵就不能启动，系统状态中的泵急停状态变为绿色显示。
在加气机与控制柜之间加入了通信控制器模块，该模块为控制柜与加气机之间的桥梁模块，不仅有数据采集功能，还有数据处理计算，以及接收控制柜的信号，控制加气机等功能。加入了通信管理模块不仅实现了对加气机的统一调度管理，也方便了以后系统的扩展功能。加气机之间以及加气机与通信控制器的通信连接，采用了CAN总线通信，不仅增加了通信的稳定性，也节约了加气机之间，加气机与控制柜之间的通信电缆的。PLC与通信控制器之间的通信采用的是RS485通信，这样符合大部分PLC的标准接口，实现了通信的便利连接。正因为实现了控制柜与加气机之间的双向通信，才可以实现一泵四机系统中四台LNG单枪加气机复杂的互锁功能。
本申请中采用的是RS485通讯的方式进行控制系统和加气机的通讯；这样控制系统不仅可以读取加气机的各种状态以及加气机的实时流量和压力，也可以实现控制系统向加气机发送控制命令来控制加气机；这其中控制加气机尤为重要，控制系统是通过给加气机发关阀命令来实现互锁的，也是互锁实现的基本前提。
加气模式和泵卸车模式不能同时运行，加气模式优先，控制系统会自动切换，但是调压模式和自增压卸车模式可以同时运行，没有先后顺序。泵卸车模式、自增压卸车模式、调压模式不能同时运行，而且同时只能运行其中一种流程，卸车优先，但是卸车时可以进入保压流程。
在待机模式下可以通过点击相关按钮进入：加气模式，调压模式，泵卸车模式和自增压卸车模式。但是加气模式比较特殊可通过加气机面板的操作按钮自动进入。在加气模式下如果储罐压力低会自动进入加气调压模式，储罐压力达到预设值自动结束加气调压模式。
当在泵卸车模式下，如果有加气信号会自动切换加气模式，当加气结束自动返回泵卸车模式。在该模式下自动关闭调压模式，不能调压。
自增压卸车模式会自动关闭调压模式，不能调压，但如果储罐压力低会开启储罐相关阀门进入保压流程。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。应当注意，为了清楚的进行表述，本发明的说明中省略了部分与本发明的保护范围无直接明显的关联但本领域技术人员已知的部件和处理的表述。
