專利名稱：油氣管道控制閥無線控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線控制裝置，用于油氣管道控制閥遠距離監(jiān)控。
背景技術(shù)：
大口徑油氣管道閥門是管道遠距離輸送石油、天然氣的大型關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，具有截止、開啟、配送和調(diào)壓等多種功能，也是保證油氣輸送管道正常運行和安全防護的重要設(shè)備。為保證設(shè)備正常工作、資源安全運輸及人員生命安全，對油氣管道及閥門的全程監(jiān)控是一項長期而重要的工作。大口徑油氣管道閥門一般都安裝于遠離城市的郊外，自然環(huán)境較為惡劣，因此基本上都采用無人值守，定期派員巡視的方式。
油氣管道遠程監(jiān)控系統(tǒng)是一套針對油氣管線中閥門狀態(tài)及管道參數(shù)的數(shù)據(jù)采集及閥門控制的系統(tǒng)，可將管道內(nèi)油氣流量、壓力、溫度等參數(shù)集中送往遠程監(jiān)控中心計算機進行處理，以實現(xiàn)顯示、打印、貯存、報警、控制及繪制歷史記錄曲線等功能，省掉了大量的記錄儀、數(shù)顯表，既降低了投資成本，又可使采集的數(shù)據(jù)更直觀、準(zhǔn)確、可靠。當(dāng)系統(tǒng)處于遠程監(jiān)控狀態(tài)時，操作員可在監(jiān)控中心直接對各閥門站進行遠程監(jiān)測與控制，及時了解管道中的溫度、壓力等參數(shù)的變化與發(fā)展趨勢，掌握各參數(shù)對油氣輸送效率的影響。由于可編程邏輯控制器PLC內(nèi)置有監(jiān)控程序，當(dāng)閥門站出現(xiàn)緊急情況時，PLC可不需監(jiān)控中心指令直接打開或關(guān)閉閥門，減少了因電臺的時延或通訊故障帶來的危險性，增強了系統(tǒng)的可靠性；系統(tǒng)中關(guān)鍵參數(shù)自動記錄，根據(jù)設(shè)置的參數(shù)實現(xiàn)自動開、關(guān)閥，及自動報警，避免人工干預(yù)，大大減少操作誤操作引起事故的可能，提高系統(tǒng)的安全性。
遠程監(jiān)控系統(tǒng)可采用很多方式，可以建專網(wǎng)、拉專線、利用通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS(General Packer Radio Service)或碼分多址CDMA(Code Division Multiple Access)，但這些方式都存在初始投資大、運行成本高或可維護性差等問題。經(jīng)資料檢索，發(fā)現(xiàn)大口徑油氣管道閥門遠距離監(jiān)控還沒有采用過無線數(shù)傳控制模式，同時經(jīng)方案比較篩選，認(rèn)為無線數(shù)傳模式能滿足系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)更新率等方面的要求，且投資及運行成本低、可移植性好、免維護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種油氣管道控制閥無線控制器，針對油氣管道控制閥門特殊的運行環(huán)境和控制條件，采用無線數(shù)傳控制模式，滿足油氣管道遠程監(jiān)控系統(tǒng)的要求。
本發(fā)明的一種油氣管道控制閥無線控制器，包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、PLC模塊、485接口模塊、數(shù)傳電臺、開關(guān)電源和功放模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊與PLC模塊電信號相連，數(shù)傳電臺通過485接口模塊與PLC模塊相連，開關(guān)電源和功放模塊配置于數(shù)傳電臺以滿足系統(tǒng)遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?；A/D轉(zhuǎn)換模塊從控制現(xiàn)場采集壓力、溫度信號并進行A/D轉(zhuǎn)換，再輸入PLC模塊檢測處理；數(shù)傳電臺將PLC模塊檢測到的信號傳送到監(jiān)控中心上位機，同時從監(jiān)控中心上位機接收控制指令，對閥門站進行控制。
本發(fā)明從控制現(xiàn)場采集壓力、溫度信號并進行A/D轉(zhuǎn)換，檢測閥門開啟、關(guān)閉、開到位、關(guān)到位、提升到位、下降到位以及閥門開、關(guān)過力矩等信號，并將檢測到的信號通過數(shù)傳電臺傳送到監(jiān)控中心上位機，同時也通過數(shù)傳電臺從監(jiān)控中心上位機接收控制指令，對閥門站進行控制。
本發(fā)明根據(jù)上位機、數(shù)傳電臺和PLC等設(shè)備的具體情況對數(shù)據(jù)鏈進行了優(yōu)化，使系統(tǒng)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)碼型，同時根據(jù)系統(tǒng)的刷新要求、數(shù)據(jù)延遲和無線通訊誤碼率確定了數(shù)據(jù)傳輸速率，確保本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、可靠。
針對惡劣的工作環(huán)境，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)和散熱方面進行了特殊設(shè)計，控制現(xiàn)場的傳感器、行程開關(guān)的防爆等級為Exed II CT4，防護等級在IP56以上。
本發(fā)明采用點對多點無線數(shù)傳方式實現(xiàn)了對閥門站遠程數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)視與控制。本發(fā)明提供的方法還能對極度分散的油氣管網(wǎng)、基站、轉(zhuǎn)壓站實現(xiàn)集中管理，對油氣管網(wǎng)的交流高、低壓配電設(shè)備，控制柜、智能儀表，空壓機，閥門組等設(shè)備以及周圍環(huán)境的防盜、過壓、泄露、停電狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集、反向控制、故障診斷、遠程啟動，使之具有遙測、遙控、自動報警等功能。


圖1為油氣管道遠程監(jiān)控系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明原理框圖；圖3為本發(fā)明的實施例接線圖；圖4為本發(fā)明的實施例后視圖；圖5為本發(fā)明的實施例側(cè)視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明。
圖1所示為油氣管道遠程監(jiān)控系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)由監(jiān)控中心(上位機)、監(jiān)控中心數(shù)傳模塊、現(xiàn)場數(shù)傳模塊、控制單元、輸入輸出模塊、傳感器組及閥門驅(qū)動裝置組成，系統(tǒng)采用點對多點、多地址無線網(wǎng)絡(luò)，組成一個完整的設(shè)備監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA(Supervisory Control AndData Acquisition)系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明原理框圖。本發(fā)明在油氣管道遠程監(jiān)控系統(tǒng)中屬于下位機，由A/D轉(zhuǎn)換模塊、PLC、485接口模塊、數(shù)傳電臺、開關(guān)電源和25W功放模塊構(gòu)成，加上外圍的溫度、壓力、力矩傳感器，限位開關(guān)組，閥門驅(qū)動電路和天線就構(gòu)成了一個完整的遠距離控制子系統(tǒng)。
如圖3所示，本發(fā)明選用三菱FX2N-32MR型可編程控制器做PLC控制單元，并擴充了485BD通訊接口模塊。數(shù)傳電臺選用MDS公司的2710C型數(shù)傳電臺，設(shè)定發(fā)射頻率TX為230MHz，接收頻率RX為235MHz，帶寬25kHz，另配有2710P型內(nèi)置25W功放模塊和TDJ-230Y7型定向天線以滿足系統(tǒng)遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?shù)傳電臺通過232←→485轉(zhuǎn)換器與PLC相連，因為采用串行數(shù)據(jù)鏈模式，鏈中所有設(shè)備都應(yīng)具有相同的數(shù)據(jù)格式，而2710C型數(shù)傳電臺不支持7N1、8E2和8O2這三種碼型，故選定速率9600bps，碼型7E1。PLC中的通信參數(shù)寄存器D8120設(shè)置為8058，詳細含義如下協(xié)議Link，數(shù)據(jù)位7，校驗偶校驗，停止位1，傳輸波特率9600，硬件RS-485，數(shù)目檢查yes，控制format4，并在站號寄存器D8121中設(shè)定PLC的設(shè)備地址。
在本發(fā)明中，PLC通過FX2N-4AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的CH1、CH2分別與HT-130型溫度變送器和HT-806型壓力變送器相連，采集油氣管道溫度和壓力的變化。溫度、壓力變送器工作電壓為DC24V，輸出為4～20mA，溫度測量范圍-20～70℃，壓力測量范圍0～6MPa。為滿足環(huán)境的苛刻要求，溫度、壓力變送器均選用隔爆型產(chǎn)品，防爆等級為Exed II CT4，防護等級為IP56。
圖中SA為控制模式選擇開關(guān)，本發(fā)明的PLC檢測X0和X1輸入端口的狀態(tài)，來判斷是執(zhí)行就地控制程序還是監(jiān)控中心的指令，但在兩種模式下，PLC都將現(xiàn)場的狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，當(dāng)出現(xiàn)超溫、過壓和過力矩等緊急情況時PLC都將執(zhí)行緊急處理程序。PLC接收監(jiān)控中心指令或本地SB1～SB3的控制信號，同時檢測閥門開到位SOD、關(guān)到位SOC、提升到位SOD1、下降到位SOC1以及閥門開過力矩STD、關(guān)過力矩STC、風(fēng)門運行BL等行程開關(guān)和壓力、溫度傳感器，信號燈HL1～HL6指示對應(yīng)工作狀態(tài)，并通過接觸器KMO、KMC驅(qū)動閥門電動機完成相應(yīng)的任務(wù)。圖3中，COM為PLC的輸入公共端，COM0、COM1、COM2為PLC的輸出公共端，PE為PLC的保護接地。
本發(fā)明工作環(huán)境較為嚴(yán)酷，且2710C型數(shù)傳電臺發(fā)熱較大，散熱問題關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為此本發(fā)明在結(jié)構(gòu)和風(fēng)扇控制方面進行了特別設(shè)計。本發(fā)明的機箱采用雙風(fēng)扇設(shè)計(圖4)，控制風(fēng)扇FAN1、FAN2的兩個溫控器PCT1、PCT2分別為40℃和55℃，為避免產(chǎn)生固定風(fēng)場影響散熱效果，本發(fā)明在機箱兩側(cè)后部設(shè)計了蝶形散熱孔(圖5)，蝶形散熱孔具有很好的紊流效應(yīng)，經(jīng)試驗測試散熱效果良好，滿足了系統(tǒng)的要求。
權(quán)利要求
1.一種油氣管道控制閥無線控制器，包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、PLC模塊、485接口模塊、數(shù)傳電臺、開關(guān)電源和功放模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊與PLC模塊電信號相連，數(shù)傳電臺通過485接口模塊與PLC模塊相連，開關(guān)電源和功放模塊配置于數(shù)傳電臺以滿足系統(tǒng)遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?；A/D轉(zhuǎn)換模塊從控制現(xiàn)場采集壓力、溫度信號并進行A/D轉(zhuǎn)換，再輸入PLC模塊檢測處理；數(shù)傳電臺將PLC模塊檢測到的信號傳送到監(jiān)控中心上位機，同時從監(jiān)控中心上位機接收控制指令，對閥門站進行控制。
全文摘要
油氣管道控制閥無線控制器，屬于無線控制裝置，針對油氣管道控制閥門特殊的運行環(huán)境和控制條件，采用無線數(shù)傳控制模式，滿足遠程監(jiān)控系統(tǒng)的要求。本發(fā)明A/D轉(zhuǎn)換模塊與PLC模塊電信號相連，數(shù)傳電臺通過485接口模塊與PLC模塊相連，開關(guān)電源和功放模塊配置于數(shù)傳電臺；A/D轉(zhuǎn)換模塊從控制現(xiàn)場采集壓力、溫度信號并進行A/D轉(zhuǎn)換，再輸入PLC模塊檢測處理；數(shù)傳電臺將PLC模塊檢測到的信號傳送到監(jiān)控中心上位機，同時從監(jiān)控中心上位機接收控制指令，對閥門站進行控制。本發(fā)明能夠?qū)Ψ稚⒌挠蜌夤芫W(wǎng)實現(xiàn)集中管理，對油氣管網(wǎng)的設(shè)備以及周圍環(huán)境的狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集、反向控制、故障診斷、遠程啟動，具有遙測、遙控、自動報警等功能。
文檔編號F17D3/01GK1624370SQ200410061400
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者喻道遠, 李培根, 張錚, 李朝暉 申請人:華中科技大學(xué)