一种微型管道SCADA系统控制模拟实验装置

一种微型管道scada系统控制模拟实验装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种微型管道scada系统控制模拟实验装置,属于油气储运领域。


背景技术：

2.油气管道的数据采集及控制系统(scada)集机械设备、储运工艺、电气控制、通信等多种技术于一体，以较高的实时性、良好的稳定性、灵活的可扩展性等优势而在油气管道的运行控制中得到广泛应用。
3.油气长输管道设备昂贵、工作压力高且输送介质具有易燃易爆等危险性，些许操作失误，就会导致设备损坏甚至整条管线无法正常运行。因而让学生在实际油气管道上进行scada系统控制操作实习危险性高，难以实现。而实践学习是学生全面、深入地掌握油气管道scada系统的设计、运行过程及原理必不可少的关键教学环节。现有的相关实验装置大多为相关高校和科研院所建立的大型管道实验，针对管道工艺流程设计，对管道scada控制系统展现较少且不全面，设备庞大，操作步骤复杂，实验周期长，危险高，因设备安全和能耗问题实验难以循环持续进行，同时实验流程固定，阀门功能单一，既不能模拟管道水击等常见事故，也不能模拟控制多种不同管道站内工艺流程。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种微型管道scada系统控制模拟实验装置，该装置为基于plc控制的微型管道scada实验台，模拟实际管道控制系统，拆装灵活，可拼搭组装，设计贴近工程实际，在加强专业理论教学的同时，可以增强学生的管道综合设计及运行控制能力。
5.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种微型管道scada系统控制模拟实验装置，其包括：操作台和控制台；所述操作台包括实验台面以及设置在所述实验台面上的一个首站、第一～第三共三个中间站以及一个末站；所述首站、三个中间站、末站依次首尾连接，构成一个封闭的循环结构；所述控制台分别与所述首站、三个中间站和末站设备连接，用于对各站设备进行控制。
6.进一步，所述首站包括第一支路管道、第二支路管道、第一模拟油罐和第二模拟油罐，且所述第一支路管道和第二支路管道的进口端相互并联后与所述末站的出口端相连，所述第一支路管道和第二支路管道的出口端相互并联后与所述第一中间站的进口端相连；所述第一模拟油罐设置在第一支路管道上，且所述第一模拟油罐的进出水口处分别设置有第一进罐阀和第一出罐阀；所述第二模拟油罐设置在所述第二支路管道上，且所述第二模拟油罐的进出水口处分别设置有第二进罐阀和第二出罐阀。
7.进一步，所述第一～第三中间站结构相同，均包括一泵站组和两个压力变送器；两所述压力变送器分别设置在所述泵站组的进出口端，用于监测不同工况下各处压力值的变化情况；所述泵站组用于对所述首站流出的实验液体进行增压。
8.进一步，所述泵站组采用串联或并联两种连接方式；
9.当所述泵站组采用串联连接方式时，其包括泵站主支路和第一～第二两旁通支路；所述泵站主支路上串联连接有第一台泵和第二台泵，且所述第一台泵进出口端分别设置有第一开关阀，所述第二台泵的进出口端分别设置有第二开关阀；所述第一旁通支路设置在第一台泵两端，与泵站主支路的接口处位于两第一开关阀外侧，且所述第一旁通支路上设置有第一旁通开关阀；所述第二旁通支路设置在所述第二台泵两端，与所述泵站主支路的接口处位于两所述第二开关阀外侧，且所述第二旁通支路上设置有第二旁通开关阀；
10.当所述泵站组采用并联连接方式时，其包括第一泵站支路、第二泵站支路和第三旁通支路；所述第一泵站支路和第二泵站支路并联设置，且所述第一泵站支路和第二泵站支路上分别设置有第三台泵和第四台泵，所述第三台泵和第四台泵的进出口端分别设置有一开关阀；所述第三旁通支路设置在所述第三台泵两端，其与所述第一泵站支路的接口处位于两所述开关阀外侧，且所述第三旁通支路上设置有第三旁通开关阀。
11.进一步，各所述泵站组中的泵采用微型蠕动泵。
12.进一步，所述压力变送器采用压阻式压力变送器。
13.进一步，首站、各中间站和末站之间的连接管道采用软管。
14.进一步，软管尺寸为4mm*6mm。
15.进一步，所述首站、各中间站和末站均采用模块化设计。
16.进一步，所述各模块化首站、中间站、末站的首尾部还设置有方便实验中的搬运和拆卸的弯头把手。
17.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
18.1、本实用新型由于首站、中间站和末站循环连接，实验操作安全可靠，可循环持续进行，减少损耗和污染；
19.2、本实用新型由于首站、中间站和末站均模块化和集成化设计，设备成本低，模块化和集成化，模拟了完整的管道水力系统，可实现管道水力系统输送、增压、储存功能；同时可观察到管道水击现象，进行管道水击控制模拟。
20.3、模拟了液体增压站场主要设备及工艺，并实现可操作和数据可采集；
21.4、本实用新型中由于用于增压的泵机组通过阀门可实现串联或并联连接，丰富了实验功能。
22.因此，本实用新型可以广泛应用于油气管道实验领域。
附图说明
23.图1是本实用新型实验操作台串联示意图；
24.图2是本实用新型实验操作台并联示意图；
25.图3是本实用新型实验控制台示意图；
26.图4是串联泵站结构图；
27.图5是并联泵站结构图；
28.图6是首站-末站结构图；
29.图7是西门子plc接线图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本实用新型的进行详细的描述。
31.如图1、图2所示，本实用新型提供的一种微型管道scada系统控制模拟实验装置，其包括：操作台和控制台。具体的，操作台包括实验台面以及设置在实验台面上的一个首站1、第一～第三共三个中间站2～4以及一个末站5。其中，首站1、三个中间站2～4、末站5依次首尾连接，构成一个封闭的循环结构。控制台分别与首站1、三个中间站2～4和末站5内的设备连接，用于对各站进行控制。
32.进一步，如图6所示，首站1包括第一支路管道11、第二支路管道12、第一模拟油罐13和第二模拟油罐14，且第一支路管道11和第二支路管道12的进口端相互并联后与末站5的出口端相连，第一支路管道11和第二支路管道12的出口端相互并联后与第一中间站2的进口端相连；第一模拟油罐13设置在第一支路管道11上，且第一模拟油罐13的进出水口处分别设置有第一进罐阀15和第一出罐阀16；第二模拟油罐14设置在第二支路管道12上，且第二模拟油罐14的进出水口处分别设置有第二进罐阀17和第二出罐阀18。实验时，在第一模拟油罐13和第二模拟油罐14中装有实验液体，例如水和油，用于混输操作。
33.进一步，第一～第三中间站2～4结构相同，均包括一泵站组21和两个压力变送器22、23。其中，两压力变送器22、23分别设置在泵站组21的进出口端，用于监测不同工况下进出口压力值的变化情况；泵站组21用于对首站流出的实验液体进行增压。
34.进一步，泵站组21采用串联或并联两种连接方式。
35.具体的，如图1、图4所示，当泵站组21采用串联连接方式时，该泵站组21包括泵站主支路201和两旁通支路202、203。其中，泵站主支路201上串联连接有泵204和泵205，且泵204进出口端分别设置有第一开关阀206，泵205的进出口端分别设置有第二开关阀207；第一旁通支路202设置在泵204两端，与泵站主支路201的接口处位于两第一开关阀206外侧，且第一旁通支路202上设置有第一旁通开关阀208；第二旁通支路203设置在泵205两端，与泵站主支路201的接口处位于两第二开关阀207外侧，且第二旁通支路202上设置有第二旁通开关阀209。
36.如图2、图5所示，当泵站组21采用并联连接方式时，该泵站组21包括第一泵站支路211、第二泵站支路212和第三旁通支路213。其中，第一泵站支路211和第二泵站支路212并联设置，且第一泵站支路211和第二泵站支路212上分别设置有泵214和泵215，且泵214和泵215的进出口端分别设置有一开关阀216、217；第三旁通支路213设置在泵214两端，其与第一泵站支路211的接口处位于两开关阀216外侧，且第三旁通支路213上设置有第三旁通开关阀218。
37.进一步，各泵站组中的泵采用微型蠕动泵。这是由于微型蠕动泵与无刷直流磁力驱动水泵性能相近，支持正反转，有自吸能力，安装尺寸小。所以，本实用新型选用微型蠕动泵作为实验器材。它的工作电流为24v直流，最大流量为90ml/min,泵管材料为硅胶，重量仅110g。
38.进一步，压力变送器采用压阻式压力变送器。本实用新型选用mik-p300压力变送器。
39.进一步，如图6所示，末站5包括第三模拟油罐51，第三模拟油罐51的进口端与第三中间站的出口端相连，用于接收模拟油品，且该模拟油罐的进口端还设置有进罐阀52，用于
控制流体进入罐中。
40.进一步，为了方便计算，和理论值对比，本实用新型在第一～第三模拟油罐上设置有标尺。
41.进一步，首站、各中间站和末站之间的连接管道采用软管，软管尺寸为4mm*6mm。
42.进一步，软管采用硅胶材质制作，其弹性较好，在模拟长输管道瞬变流水击波动时，可能会出现较为明显的水击现象，并且管子透明，可以方便观察到水流的具体情况，更有利于实验的进行和对理论知识的理解。
43.进一步，如图5～图7所示，首站、各中间站和末站均采用模块化设计。
44.进一步，各模块化首站、中间站和末站的首尾部还设置有弯头把手，方便实验中的搬运和拆卸。
45.进一步，如图3所示，为实验控制台示意图。控制台主要分为三个部分，分别是一体机监测区、设备接线区、指示图例区。在一体机监测区，主要是利用plc编译器和组态软件对scada系统的设备进行控制和数采，以达到长输管道的自动化管理。在设备接线区，主要是将plc、继电器、压力变送器、电动阀、泵等电气元件的接口留出，制作成一排排插孔，方便在实验中完成对整套系统的电路连接。在指示图例区，主要是实验操作台的图例，方便在实验中进行比对。
46.进一步，控制台的箱体采用铝合金型材框架，控制台内部放置plc主机、plc扩展模块、继电器、变电保护器、开关电源、空气开关等电器件，保证操作台和控制台没有高压交流电，确保实验安全。并开出缺口镶嵌一体机、plc主机，让学生方便操作和观察。
47.进一步，本实用新型中plc选用德国西门子s7-200cn系列的cpu224xp,同时，为了达到足够的控制点需求，分别配置了em223和afpx0e40rd的数字量扩展模块。
48.实施例一
49.本实施例中提供的微型管道scada系统控制模拟实验装置需要如下零部件：压力变送器六个，plc主机一台，plc扩展模块1个，plc编程电缆一根，一体机电脑一台，开关电源一个，泵六个，电动阀四个，手动调节阀若干，软管及转接头若干。具体清单如表1所示。
50.表1实验设备清单
[0051][0052]
本实用新型的搭建过程中主要考虑以下几点问题。
[0053]
第一，实验台的加工。经过前面的设计，实验台体积制定为1.6*1.0*1.1(m3)，台面采用防火漆包覆，同时，为了方便每个泵站和中间管道的装卸，均设计成了统一规格的模块，并通过软管连接。
[0054]
第二，设备的连接。本实验中零部件众多，设备的连接对于本实验台的设计尤为重要。为了达到学员进行接线操作的教学目标，本实验台上，设计了泵、阀与控制继电器的连接，继电器与plc的连接都放在操作面板上，可用航空插销进行电路连接，压力变送器、plc等与强电连接的部分则接到了实验台背板里。最后，是实验台操作面板上的接线图。如图7是西门子的面板接线图。
[0055]
上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。