天然气能量计量随动控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及天然气计量技术领域，特别涉及一种天然气能量计量随动控制系统。


背景技术：

2.通常天然气计量主要以体积计量方式为主，但天然气体积会受温度、压力等因素影响，变化较大，同时由于地质原因我国各地天然气的热值差别较大，因此采用体积计量的方式对贸易双方都不尽合理。由于天然气能量计量可以避免上述各种因素的干扰，对贸易双方都比较合理，因此天然气能量计量方式正在逐渐替代天然气体积计量方式。
3.目前主要采用色谱分析仪测定组分，声速检测法等进行天然气能量的计量，缺乏有效精确的计量手段。同时目前的天然气控制系统主要采用流量计测量瞬时流量和累积流量来进行调节阀的控制，由于流量计成本较高，导致控制成本较高；并且流量计不能检测天然气热值，仅通过流量来控制调节阀，会造成天然气使用过程中热量不够用或者热量过量产生浪费等情况。


技术实现要素：

4.针对以上缺陷，本实用新型的目的是提供一种天然气能量计量随动控制系统，此天然气能量计量随动控制系统能够准确的实现天然气的能量计量，同时不需要流量计，根据用户使用热值即可实现对调节阀的随动控制，控制成本低，且不会出现天然气使用过程中热量不够或热量过量产生浪费等情况。
5.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
6.一种天然气能量计量随动控制系统，包括安装在天然气管路上的调节阀，位于所述调节阀上游和下游的所述天然气管路上各安装有一台压力变送器，所述天然气管路上还安装有热值仪；所述调节阀、所述压力变送器和所述热值仪均电连接控制器，所述控制器接收所述调节阀反馈的阀开度值数据、所述压力变送器采集的天然气瞬时压力值数据及所述热值仪采集的天然气瞬时热值数据，对所述数据进行运算，实现对天然气的能量计量及对所述调节阀的开度进行控制。
7.其中，所述控制器无线通信连接有上位机。
8.其中，所述控制器为plc。
9.其中，所述控制器通信连接有dtu模块，所述dtu模块无线通信连接所述上位机。
10.其中，所述控制器通信连接有触摸屏。
11.其中，所述天然气能量计量随动控制系统还包括开关电源，所述开关电源的输入端电连接电源，所述开关电源的输出端电连接有第二开关，所述第二开关电连接有第二热继电器，所述第二热继电器电连接所述控制器、所述dtu模块、所述触摸屏和所述热值仪的电源输入端子。
12.其中，所述电源电连接有第一开关，所述第一开关电连接有第一热继电器，所述第
一热继电器电连接有隔离变压器，所述隔离变压器电连接所述开关电源的输入端。
13.其中，所述第一热继电器还电连接有第三开关，所述第三开关电连接有第三热继电器，所述第三热继电器电连接有变压器，所述变压器电连接所述调节阀的电源输入端子。
14.其中，所述控制器包括主模块和模拟量输入输出模块。
15.其中，所述热值仪通过modbus协议与所述主模块通信连接，所述调节阀的反馈输出端和两台所述压力变送器的数据输出端分别电连接所述模拟量输入输出模块的三路输入通道，所述调节阀的控制输入端电连接所述模拟量输入输出模块的一路输出通道。
16.采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：
17.由于本实用新型天然气能量计量随动控制系统包括安装在天然气管路上的调节阀，位于调节阀上游和下游的天然气管路上各安装有一台压力变送器，天然气管路上还安装有热值仪；调节阀、压力变送器和热值仪均电连接有控制器。控制器接收调节阀反馈的阀开度值数据、压力变送器采集的天然气瞬时压力值数据及热值仪采集的天然气瞬时热值数据，控制器将接收的调节阀反馈的阀开度值数据及两台压力变送器采集的调节阀两侧的天然气瞬时压力值与阀门压力—流量特性曲线（由阀门生产厂家提供）进行对照，得出天然气的瞬时流量值，将瞬时流量值与热值仪采集的瞬时热值相乘，得出的乘积即为天然气的瞬时热量值，通过对瞬时热量值的累加即实现了对天然气能量的准确计量。同时控制器将当前的瞬时热量值与系统中的瞬时热量设定值进行比较，得出二者的偏差后经过pid运算（结合比例p、积分i和微分d三种环节于一体的控制算法），根据运算结果对调节阀的开度进行实时调节，若用户侧需要热量增大时，则控制调节阀开度增大；若用户侧需要热量减少时，则控制调节阀开度减小，从而实现对天然气的随动控制，能够有效的避免天然气使用过程中热量不够用或者热量过量产生浪费的情况。
18.综上所述，本实用新型天然气能量计量随动控制系统解决了现有技术中天然气能量计量不准确、天然气控制成本高、易造成天然气使用过程中热量不够或者热量浪费等技术问题，本实用新型天然气能量计量随动控制系统能够实现天然气能量的准确计量，同时控制成本低，在天然气使用过程中不会出现热量不够用或者热量过量浪费的情况。
附图说明
19.图1是本实用新型天然气能量计量随动控制系统的结构框图；
20.图2是本实用新型天然气能量计量随动控制系统的电路原理图；
21.图3是本实用新型天然气能量计量随动控制系统的原理框图；
22.图中：10、天然气管路，20、调节阀。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。
24.本说明书中涉及到的方位均以附图所示方位为准，仅代表相对的位置关系，不代表绝对的位置关系。
25.如图1所示，一种天然气能量计量随动控制系统，包括安装在天然气管路10上的调节阀20，位于调节阀20上游和下游的天然气管路10上各安装有一台压力变送器，即两台压力变送器分别安装在调节阀20的两侧，用于采集调节阀20两侧的瞬时压力值。天然气管路
10上还安装有热值仪，用于采集天然气的瞬时热值。还包括控制器，调节阀20、热值仪和两台压力变送器均与控制器电连接，控制器接收调节阀20反馈的阀开度值数据、压力变送器采集的天然气瞬时压力值数据和热值仪采集的天然气瞬时热值数据，并对上述数据进行运算，根据运算结果实现对天然气的能量计量，及对调节阀20开度进行控制。
26.如图1所示，控制器通信连接有上位机，本实施方式优选控制器通过无线通信与上位机连接，进行数据的传输。控制器将得出的天然气能量计量数据上传给上位机，用户通过上位机给控制器下发需要的瞬时热量值，此需要的瞬时热量值即为控制器系统中的瞬时热量设定值，控制器将此瞬时热量设定值与实际采集运算得出的瞬时热量实际值进行比较，对得出的偏差进行pid运算，根据运算结果对调节阀20的开度进行实时调节，若用户侧需要热量增大时，则控制调节阀开度增大；若用户侧需要热量减少时，则控制调节阀开度减小，从而实现对天然气的闭环随动控制，能够有效的避免天然气使用过程中热量不够用或者热量过量产生浪费的情况。
27.如图1和图2共同所示，本实施方式优选控制器为plc（可编程逻辑控制器），包括主模块cpu和模拟量输入输出模块em。本实施方式进一步优选主模块cpu为西门子st40系列cpu模块，模拟量输入输出模块em为西门子em am06模块。
28.如图1和图2共同所示，控制器通信连接有dtu模块（是专门用于将串口数据转换为ip数据或将ip数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备），本实施方式优选dtu模块为西门子4g dtu，dtu模块通过数据线与主模块cpu的一个通信口连接，同时dtu模块还通过无线网络与上位机无线通信连接，以实现控制器与上位机之间的数据传输。
29.如图2所示，控制器通信连接有触摸屏，本实施方式优选触摸屏为西门子触摸屏，触摸屏通过数据线与主模块cpu的另一个通信口连接，用于现场的人机交互。
30.如图1和图2共同所示，本实用新型天然气能量计量随动控制系统还包括用于给控制器、调节阀20、热值仪、dtu模块和触摸屏供电的供电装置。供电装置包括开关电源g1，开关电源g1的输入端电连接220v交流电源，开关电源g1将220v交流电整流降压后输出24v直流电源，给控制器、热值仪、dtu模块和触摸屏供电。
31.如图1和图2共同所示，220v交流电源电连接第一开关q1，第一开关q1电连接第一热继电器fr1，第一热继电器fr1同时电连接有隔离变压器t2和第三开关q3。隔离变压器t2电连接开关电源g1的输入端，隔离变压器t2起隔离保护作用。开关电源g1的输出端电连接有第二开关q2，第二开关q2电连接有第二热继电器fr2，第二热继电器fr2电连接主模块cpu、模拟量输入输出模块em、dtu模块、触摸屏和热值仪的电源输入端子。第三开关q3电连接有第三热继电器fr3，第三热继电器fr3电连接有变压器t1，变压器t1电连接调节阀20的电源输入端子。
32.如图1和图2共同所示，热值仪的数据端口与主模块cpu的tx/b和rx/a两个端子电连接，通过modbus协议（一种串行通信协议）与主模块cpu通信连接，将其采集的天然气瞬时热值传输给主模块cpu。调节阀20的开度反馈输出端电连接模拟量输入输出模块em的第一输入通道，调节阀20的开度控制输入端电连接模拟量输入输出模块em的第一输出通道。两台压力变送器的数据输出端分别电连接模拟量输入输出模块em的第二输入通道和第三输入通道。
33.如图1和图3共同所示，本实用新型天然气能量计量随动控制系统的工作原理如下：
34.控制器接收调节阀20反馈的阀开度值数据、两台压力变送器采集的调节阀20两侧的天然气瞬时压力值数据及热值仪采集的天然气瞬时热值数据，控制器将接收的调节阀20反馈的阀开度值数据及两台压力变送器采集的调节阀20两侧的天然气瞬时压力值与阀门压力—流量特性曲线进行对照，得出天然气的瞬时流量值，将瞬时流量值与热值仪采集的瞬时热值相乘，得出的乘积即为天然气的瞬时热量值，通过对瞬时热量值的累加即实现了对天然气能量的准确计量。同时控制器将当前的瞬时热量值与系统中的瞬时热量设定值进行比较，得出二者的偏差后经过pid运算，根据运算结果对调节阀的开度进行实时调节，若用户侧需要热量增大时，则控制调节阀开度增大；若用户侧需要热量减少时，则控制调节阀开度减小，从而实现对天然气的随动闭环控制，能够有效的避免天然气使用过程中热量不够用或者热量过量产生浪费的情况。当两台压力变送器中的至少一个采集到的天然气瞬时压力值达到或低于压力下限时，即天然气无需求或发生泄漏时，控制器控制调节阀20关闭，能够有效的降低安全隐患，提高用气安全。
35.本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。