CN104595713A - 一种无人值守lng加气站站控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人值守LNG加气站站控***及方法，涉及LNG领域，旨在提供一种无人值守的LNG加气站站控***及其自动控制方法，以节省人力成本。本发明技术要点包括：网络交换机、显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、用户身份识别装置、存储器、计算机及控制器。其中显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、存储器、计算机及控制器均与网络交换机具有信号连接。用户身份识别装置与控制器具有信号连接。控制器还与站内的仪表及管道阀门具有信号连接等。

Description

一种无人值守LNG加气站站控***及方法

技术领域

本发明涉及LNG领域，尤其是一种无人值守的LNG加气站站控***及方法。

背景技术

LNG是液化天然气英文Liquefied Natural Gas的缩写。天然气经净化处理（脱除CO2、硫化物、烃、水等杂质）后，在常压下深冷至-162℃，由气态变成液态，称为液化天然气，液化天然气的体积量为同量气态天然气体积的1/625，重量为同体积水的45%左右。

LNG作为清洁能源，被广泛运用到各个领域中，涉及汽车、船只等领域时，也就需要对其进行加注。目前全国设置有大量LNG加气站供使用LNG作为动力的汽车加气，但是基本都是需要工作人员在站内为汽车加气也可称为加液。实际上加气站内的主要工作分为加液、卸车、调压与调温。这些工作过程规范，完全可以实现自动化操作。然而目前国内并没有LNG加气站的自动控制技术，加气站的运营仍然依赖人力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种无人值守的LNG加气站站控***及其自动控制方法，以节省人力成本。

本发明提供的无人值守的LNG加气站站控***包括：

网络交换机、显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、用户身份识别装置、存储器、计算机及控制器。

其中显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、存储器、计算机及控制器均与网络交换机具有信号连接。

用户身份识别装置与控制器具有信号连接。

控制器还与站内的仪表及管道阀门具有信号连接。

本发明还提供了一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，当进行加注时，通过以下步骤实现：

步骤a1：用户身份识别装置识别用户身份，识别成功后进入加液过程；

步骤a2：检测站内储液罐内液位是否高于最低位，若是则提示用户可以进行加液并进行步骤a3；否则在显示屏上提示用户液位低并退出加液过程；

步骤a3：检测潜液泵的温度是否低于设定值，若是则进行步骤a4，重复执行本步骤；

步骤a4：检测加液按钮是否被触发，若是则打开加气管道阀门并控制潜液泵进行加液；同时检测潜液泵是否出现故障，若是则关闭加气管道阀门并控制潜液泵停止加液；否则执行步骤a5；

步骤a5：检测停止加液条件是否被触发，若是则关闭加气管道阀门并控制潜液泵停止加液。

进一步，加注过程中，步骤a4包括检测加液按钮是否被触发，若是则打开加气管道阀门；判断用户选择的泵控制方式是否为恒压控制，若是则按照设定的液体输出压力控制潜液泵加液，否则按照设定的转速控制潜液泵加液。

进一步，加注过程中，步骤a5中检测停止加液条件是否被触发为检测停止加液按钮是否被触发，或者为检测加液量达到用户设定值。

当进行卸车时，通过以下步骤实现：

步骤b1：检测卸车按钮是否被按下，若是则用户身份识别装置识别用户身份，识别成功后进入卸车过程；

步骤b2：提示用户选择卸车方式并接收用户选择的卸车方式；

步骤b3：打开卸车入口阀；

步骤b4：平衡槽车储液罐与站内储液罐内的压力；

步骤b5：对槽车储液罐进行加压；

步骤b6：检测潜液泵的温度是否低于设定值，若是则进行步骤b7，否则重复执行本步骤；

步骤b7：开始卸车，并监测站内储液罐内的液位，若液位超过液位高限，则提示用户卸车满；

步骤b8：检测用户是否按下停止卸车按钮，若是则停止卸车；否则监测站内储液罐的液位是否超过液位高高限，若是则停止卸车，否则重复本步骤。

卸车过程中，步骤b2中所述的卸车方式包括泵撬卸车方式、自增压卸车方式及槽车泵卸车方式。

当进行站内储液罐自动调压时，通过以下步骤实现：

步骤c1：检测***待机时间是否大于一定时间，若是则检测储液罐内的压力是否低于设定最小值，若是则通过计算机询问站内工作人员是否加压，若站内工作人员通过计算机确认加压则开启增压阀进行增压；

步骤c2：监控储液罐内的压力是否达到预设值，若是则结束增压并关闭增压阀；同时监控加压时间是否超时，若是则结束增压并关闭增压阀；若储液罐内的压力没有达到预设值且加压时间也未超时则重复本步骤。

当进行站内储液罐自动调温时，通过以下步骤实现：

步骤d1：检测***待机时间是否大于一定时间，若是则检测储液罐内的温度是否低于设定最小值，若是则通过计算机询问站内工作人员是否增温，若站内工作人员通过计算机确认增温则开启增温阀、开启潜液泵进行增温；

步骤d2：监控潜液泵是否出现故障，若没有故障则执行步骤d3，否则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；

步骤d3：监控储液罐内的温度是否达到预设值，若是则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；同时监控增温时间是否超时，若是则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；若储液罐内的温度没有达到预设值且增温时间也未超时则重复本步骤。

当进行故障处理时，控制器采集站内各仪表上传的参数，将所述参数分别与其预设值进行比较，当仪表上传的参数偏离正常的预设值后，控制器做相应的报警提示；

其中报警提示的方式分为两类，其中一类用于提示一般性警告事件，其步骤为使第一类报警灯闪烁并执行相应保护动作；另一类用于提示重大警告事件，其步骤为控制器将所示重大警告事件通过网络交换机发生给短信模块，短信模块再将所述重大警告事件发送给管理人员手机，同时切断动力电、停止潜液泵并关闭所有管道阀门。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明实现了加气站的无人值守，当司机到站上加液时，首先进行司机的身份识别，识别通过后便能实现自助加油，此过程自动保证加注工序及安全。

当需要卸车时，卸车必须由相应权限的用户通过验证才能操作，在取得操作权限以后，可开启卸车管理气动阀门、***自动检测卸车流量计温度，泵温度等，当完成预冷等准备工作后，会通过指示灯提示司机可以开始卸车，站控***会监视整个卸车过程，发现异常会报警提示司机，当储罐液位达到预设值（储罐满限的95%）时会提示司机停止卸车，当达到储罐满限时会强制关闭卸车阀门等，自动退出卸车操作流程，保障了卸车过程的正常执行及安全。

本发明还实现了实时监测LNG储罐内的压力与温度，当压力、温度低于一定值时，自动实现增压、增温。

本发明还实现了无人值守LNG加气站站控***在运行状态时，实时监视全站各仪器仪表数据，根据各实时值与***预设值做比较等计算，当偏离正常值时PLC控制器做相应报警提示，并对报警信息进行分级，针对不同级别的报警信息，选用不同的应对策略，提高处理警情的效率同时保障了无人值守加气站的安全。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明中无人值守LNG加气站站控***的结构框图。

图2为本发明站控方法中自动加液控制流程图。

图3为本发明站控方法中自动卸车控制流程图。

图4为本发明站控方法中自动调压、调温控制流程图。

图5为本发明站控方法中报警信息与应对策略示例。

图6为本发明站控方法中恒压加液的PID控制原理图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1，本发明提供的无人值守的LNG加气站站控***包括：

网络交换机、显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、用户身份识别装置、存储器、计算机及控制器。

其中显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、存储器、计算机及控制器均与网络交换机具有信号连接。

用户身份识别装置与控制器具有信号连接。

控制器还与站内的仪表及管道阀门具有信号连接。

在一个具体实施例中，显示屏与输入终端为一触摸屏，控制器采用PCL实现，用户身份识别装置为RFID刷卡器。

摄像头分布在加气站的需要监控的区域，如加气区、卸车区等重要区域，摄像头采集到的视频信息通过网络交换机传输到位于监控室的计算机以及存储器上，以便工作人员在监控室中观察到加气站的情况。

触摸屏用于实现用户指令的输入以及向用户输出提示信息、报警信息等。用户指令通过网络交换机传输给控制器，控制器控制现场仪表及阀门执行相应的动作。控制器还用于接收现场仪表输出的状态信息，通过网络交换机输出给计算机和/或触摸屏。

控制器还用于通过网络交换机向触摸屏和/或短信发送模块输出报警信息，短信发送模块用于将报警信息以短信形式发送到指定人员的手机上。

基于上述本发明还提供了一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，如图2，当进行加注时，通过以下步骤实现：

步骤a1：用户身份识别装置识别用户身份，识别成功后进入加液过程；

步骤a2：检测站内储液罐内液位是否高于最低位，若是则提示用户可以进行加液并进行步骤a3；否则在显示屏上提示用户液位低并退出加液过程；

步骤a3：检测潜液泵的温度是否低于设定值，若是则进行步骤a4，重复执行本步骤；

步骤a4：检测加液按钮是否被触发，若是则打开加气管道阀门并控制潜液泵进行加液；同时检测潜液泵是否出现故障，若是则关闭加气管道阀门并控制潜液泵停止加液；否则执行步骤a5；

步骤a5：检测停止加液条件是否被触发，若是则关闭加气管道阀门并控制潜液泵停止加液。

其中，步骤a4包括检测加液按钮是否被触发，若是则打开加气管道阀门；判断用户选择的泵控制方式是否为恒压控制，若是则按照设定的液体输出压力控制潜液泵加液，否则按照设定的转速控制潜液泵加液。

步骤a5中检测停止加液条件是否被触发为检测停止加液按钮是否被触发，或者为检测加液量达到用户设定值。

考虑到加液的恒压控制方式存在这样的问题：潜液泵由于LNG的物理特性决定了很容易发生汽蚀、抽空、供液断续等现象，常规恒压控制的PID算法会因为这些原因造成压力波动大，超调明显，震荡等问题，使得加液过程不稳定。

为此本发明还提供了一种改进后的潜液泵的恒压PID控制流程，如图6：采集潜液泵的泵后压力实际值，也即是潜液泵输出口的压力；将泵后压力实际值与泵后压力设定值作为PID控制环的两个输入量，PID控制环的输出量为潜液泵转速的控制量。

判断泵后压力实际值是否大于泵后压力设定值，若大于则使用a×P作为PID控制环的增益，若小于则使用b×P作为PID控制环的增益；其中0＜a＜b，P为PID控制环的标准增益。

在一个优选实施例中，a取1，b取2。这样的作法是在PID控制的震荡期采用不同的增益，当泵后压力实际值超过设定值时，采用较低的增益使泵后压力实际值缓慢增加，而当泵后实际压力超过设定值时，采用较大的增益使泵后压力实际值快速下降，形成加速下冲的效果从而减少超***况的发生。

进一步还包括以下步骤：判断泵后压力实际值与泵后压力设定值差值的绝对值是否小于设定阈值，例如所述设定阈值为设定值的1%，若小于则将PID控制环的差值设为0。这样的设计思想是当泵后压力实际值与设定值相差小于一定值的时候，我们就认为实际值已经达到了设定值， PID控制管输出恒定，从而使泵后压力快速达到稳定。

加液过程中潜液泵因为液位低、压头不足的原因使供液跟不上泵输出流量，泵输出压力会下降，低于泵后压力设定值，但又不至于达到停机值，这时候常规的PID会自动增大输出值，控制泵加速抽取LNG，实际上却因无液体供给而压力升不上去，最终恶性循环使泵转速很快，此时若断流的液体突然恢复流动，会造成泵的输出压力突然超高，严重者会超过报警值和安全阀起跳，为避免出现此现象，本 恒压PID控制流程还增加了以下步骤：

采集潜液泵的入口压力；将泵后压力限制值减去所述入口压力得到泵当前的允许升压压力，然后根据潜液泵的扬程曲线将允许升压压力转换为当前泵的最大允许转速控制量。所述扬程曲线展示的是每支潜液泵的泵后压力与转速关系的曲线，当潜液泵生产好以后，其扬程曲线也就唯一确定了，扬程曲线可由潜液泵厂家提供，还可以通过工艺***搭建完成后实际测试得到更准确的转速扬程曲线。通过该曲线，我们可以通过允许升压压力得到最大允许的转速控制量。

将所述PID控制环输出的潜液泵转速控制量与所述当前泵的最大允许转速控制量比较，若小于则将所述PID控制环输出的潜液泵转速控制量作为潜液泵转速的最终控制量，若大于则将所述当前泵的最大允许转速控制量作为潜液泵转速的最终控制量；使用潜液泵转速的最终控制量去控制潜液泵的转速。

如图3，当进行卸车时，通过以下步骤实现：

步骤b1：检测卸车按钮是否被按下，若是则用户身份识别装置识别用户身份，识别成功后进入卸车过程；

步骤b2：提示用户选择卸车方式并接收用户选择的卸车方式；

步骤b3：打开卸车入口阀；

步骤b4：平衡槽车储液罐与站内储液罐内的压力；

步骤b5：对槽车储液罐进行加压；

步骤b6：检测潜液泵的温度是否低于设定值，若是则进行步骤b7，否则重复执行本步骤；

步骤b7：开始卸车，并监测站内储液罐内的液位，若液位超过液位高限，则提示用户卸车满；

步骤b8：检测用户是否按下停止卸车按钮，若是则停止卸车；否则监测站内储液罐的液位是否超过液位高高限，若是则停止卸车，否则重复本步骤。

卸车过程中，步骤b2中所述的卸车方式包括泵撬卸车方式、自增压卸车方式及槽车泵卸车方式。

LNG不同于水，按物理形态来说，水是过冷状态的，而LNG在储罐内一般情况下都是饱和状态的，所以LNG潜液泵在运行时对净正压头的要求较高，实际站运行时一般是通过提高储罐液***置和提高储罐压力来实现的，站控***会实时监测储罐LNG的温度和压力，根据LNG饱和曲线表来自动识别其当前状态，当发现液体状态位于饱和区，并且储罐压力不足时，***会自动将回液阀置于上进液位置，反之置于下进位置，通过管路气化产生的BOG气体来调节储罐压力，如果压力太低，***还会开启增压阀，通过汽化器来快速提高储罐压力，以达到提高泵净正压头保证泵的正常运行目的。

如图4，当进行站内储液罐自动调压时，通过以下步骤实现：

步骤c1：检测***待机时间是否大于一定时间，若是则检测储液罐内的压力是否低于设定最小值，若是则通过计算机询问站内工作人员是否加压，若站内工作人员通过计算机确认加压则开启增压阀进行增压；

步骤c2：监控储液罐内的压力是否达到预设值，若是则结束增压并关闭增压阀；同时监控加压时间是否超时，若是则结束增压并关闭增压阀；若储液罐内的压力没有达到预设值且加压时间也未超时则重复本步骤。

当进行站内储液罐自动调温时，通过以下步骤实现：

步骤d1：检测***待机时间是否大于一定时间，若是则检测储液罐内的温度是否低于设定最小值，若是则通过计算机询问站内工作人员是否增温，若站内工作人员通过计算机确认增温则开启增温阀、开启潜液泵进行增温；

步骤d2：监控潜液泵是否出现故障，若没有故障则执行步骤d3，否则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；

步骤d3：监控储液罐内的温度是否达到预设值，若是则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；同时监控增温时间是否超时，若是则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；若储液罐内的温度没有达到预设值且增温时间也未超时则重复本步骤。

当进行故障处理时，控制器采集站内各仪表上传的参数，将所述参数分别与其预设值进行比较，当仪表上传的参数偏离正常的预设值后，控制器做相应的报警提示；

其中报警提示的方式分为两类，其中一类用于提示一般性警告事件，其步骤为使第一类报警灯闪烁并执行相应保护动作；另一类用于提示重大警告事件，其步骤为控制器将所示重大警告事件通过网络交换机发生给短信模块，短信模块再将所述重大警告事件发送给管理人员手机，同时切断动力电、停止潜液泵并关闭所有管道阀门。

图5示出了加气站可能出现的警情及其应对策略。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种无人值守LNG加气站站控***，其特征在于，包括：

网络交换机、显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、用户身份识别装置、存储器、计算机及控制器；

其中显示屏、输入终端、摄像头、短信发送模块、存储器、计算机及控制器均与网络交换机具有信号连接；

用户身份识别装置与控制器具有信号连接；

控制器还与站内的仪表及管道阀门具有信号连接。

2.基于权利要求1所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，当进行加注时，通过以下步骤实现：

步骤a1：用户身份识别装置识别用户身份，识别成功后进入加液过程；

步骤a2：检测站内储液罐内液位是否高于最低位，若是则提示用户可以进行加液并进行步骤a3；否则在显示屏上提示用户液位低并退出加液过程；

步骤a3：检测潜液泵的温度是否低于设定值，若是则进行步骤a4，重复执行本步骤；

步骤a4：检测加液按钮是否被触发，若是则打开加气管道阀门并控制潜液泵进行加液；同时检测潜液泵是否出现故障，若是则关闭加气管道阀门并控制潜液泵停止加液；否则执行步骤a5；

步骤a5：检测停止加液条件是否被触发，若是则关闭加气管道阀门并控制潜液泵停止加液。

3.根据权利要求2所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，加注过程中，步骤a4包括检测加液按钮是否被触发，若是则打开加气管道阀门；判断用户选择的泵控制方式是否为恒压控制，若是则按照设定的液体输出压力控制潜液泵加液，否则按照设定的转速控制潜液泵加液。

4.根据权利要求2所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，加注过程中，步骤a5中检测停止加液条件是否被触发为检测停止加液按钮是否被触发，或者为检测加液量达到用户设定值。

5.基于权利要求4所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，当进行卸车时，通过以下步骤实现：

步骤b1：检测卸车按钮是否被按下，若是则用户身份识别装置识别用户身份，识别成功后进入卸车过程；

步骤b2：提示用户选择卸车方式并接收用户选择的卸车方式；

步骤b3：打开卸车入口阀；

步骤b4：平衡槽车储液罐与站内储液罐内的压力；

步骤b5：对槽车储液罐进行加压；

步骤b6：检测潜液泵的温度是否低于设定值，若是则进行步骤b7，否则重复执行本步骤；

步骤b7：开始卸车，并监测站内储液罐内的液位，若液位超过液位高限，则提示用户卸车满；

步骤b8：检测用户是否按下停止卸车按钮，若是则停止卸车；否则监测站内储液罐的液位是否超过液位高高限，若是则停止卸车，否则重复本步骤。

6.根据权利要求5所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，卸车过程中，步骤b2中所述的卸车方式包括泵撬卸车方式、自增压卸车方式及槽车泵卸车方式。

7.基于权利要求6所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，当进行站内储液罐自动调压时，通过以下步骤实现：

步骤c1：检测***待机时间是否大于一定时间，若是则检测储液罐内的压力是否低于设定最小值，若是则通过计算机询问站内工作人员是否加压，若站内工作人员通过计算机确认加压则开启增压阀进行增压；

步骤c2：监控储液罐内的压力是否达到预设值，若是则结束增压并关闭增压阀；同时监控加压时间是否超时，若是则结束增压并关闭增压阀；若储液罐内的压力没有达到预设值且加压时间也未超时则重复本步骤。

8.基于权利要求7所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，当进行站内储液罐自动调温时，通过以下步骤实现：

步骤d1：检测***待机时间是否大于一定时间，若是则检测储液罐内的温度是否低于设定最小值，若是则通过计算机询问站内工作人员是否增温，若站内工作人员通过计算机确认增温则开启增温阀、开启潜液泵进行增温；

步骤d2：监控潜液泵是否出现故障，若没有故障则执行步骤d3，否则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；

步骤d3：监控储液罐内的温度是否达到预设值，若是则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；同时监控增温时间是否超时，若是则结束增温并关闭增温阀与潜液泵；若储液罐内的温度没有达到预设值且增温时间也未超时则重复本步骤。

9.基于权利要求1所述的一种无人值守LNG加气站站控***的站控方法，其特征在于，当进行故障处理时，控制器采集站内各仪表上传的参数，将所述参数分别与其预设值进行比较，当仪表上传的参数偏离正常的预设值后，控制器做相应的报警提示；

其中报警提示的方式分为两类，其中一类用于提示一般性警告事件，其步骤为使第一类报警灯闪烁并执行相应保护动作；另一类用于提示重大警告事件，其步骤为控制器将所示重大警告事件通过网络交换机发生给短信模块，短信模块再将所述重大警告事件发送给管理人员手机，同时切断动力电、停止潜液泵并关闭所有管道阀门。