CNG 加气站自控系统设计要点与智能化升级研究

引言：

传统的CNG 加气站自控系统在功能与性能上存在一定局限性，难以满足日益增长的加气需求与安全监管要求。因此，深入研究CNG 加气站自控系统设计要点，并探索其智能化升级路径具有重要的现实意义。

一、CNG 加气站自控系统设计要点

（一）系统架构设计

1. 分层分布式架构

CNG 加气站自控系统可采取分层分散式结构，往往包含现场设备层、控制层及管理层。现场设备层有各种传感器、执行器等，采集现场数据并实施控制指令，控制层由可编程逻辑控制器 PLC 等构成，完成对现场设备的即时控制；管理层借助上位机软件开展数据经营，监管与决定。

2. 冗余设计

为确保系统的高可用性，关键设备与通信链路应采用冗余设计。例如，PLC 可采用双机热备方式，当主 PLC 出现故障时，备用 PLC 能够自动切换，保证系统的连续运行。通信网络可采用双环网或双星形拓扑结构，避免单点故障导致通信中断。

3. 通信网络架构设计

通信网络架构要选用高速稳定的通信协议，并且改良通信网络架构的拓扑结构、混合拓扑、冗余链路等等，保证数据能够做到实时可靠地传输，还要加强网络安全防护，部署防火墙、入侵检测、访问控制之类的手段，对内部网络实施分段处理，缩减风险，在一些情形之下还可以考虑使用无线通信技术，但要保证无线通信技术稳定。

（二）硬件选型

1. 传感器选型

传感器是自控系统的“眼睛”、“耳朵”。其精度和可靠程度决定了系统被控的效果。在CNG 加气站中，常用的传感器有压力传感器，温度传感器、流量传感器等。要根据加气站的工艺要求以及现场环境来选择不同量程、准确度及防护等级的传感器。例如对于高压储气井的压力监测就要选用高精度、耐高压的压力传感器。

2. 执行器选型

执行器负责执行控制指令，比如阀门、压缩机等，要按控制要求和现场工况来挑执行器的种类和大小。以加气机的流量控制来说，就要选响应快，调节准的电动调节阀。

3.PLC 选型

PLC 作为自控系统的中心控制设备，要针对系统的输入输出点数、控制的繁杂性以及通信要求等等情况来确定 PLC 的型号，应选用扩展性强且可靠并且便于编程的PLC 产品，从而符合加气站日后发展的必要性。

（三）软件功能设计

1. 数据采集与处理

软件要可以实时收集现场设备的数据，还要对收集到的数据执行滤波、校准、存储等操作，保证数据准确又齐全。而且应该赋予查询，统计和分析数据的功能，给加气站的运作经营给予数据支撑。

2. 控制算法设计

按照CNG 加气站工艺流程以及控制需求去设计控制算法，比如，针对压缩机的启停控制，可用压力与流量模糊控制算法来达成压缩机节能运作。就加气机流量控制而言，可采用PID 控制算法保障加气流量稳定。

3. 人机界面设计

人机界面应简洁明了、操作简单，可以实时显示加气站工艺参数、报警信息等的工作情况，并且需要给操作人员提供对系统的参数设置，控制指令下达等功能，方便操作人员对加气站进行监视和控制。

二、CNG 加气站自控系统智能化升级

（一）智能化升级的必要性

1. 提高运营效率

通过智能化提升，实现加气站自动化运作，智能化调度，缩减人力干涉，从而改善加气速度，削减营运费用。

2. 增强安全保障

智能化系统可以实时监测加气站的设备状态和各种参数，及早识别潜在的

安全隐患并及时处理，减少安全事故发生的概率。通过智能化系统对压缩机振动、温度等参数进行实时监测，及时监测到压缩机的运行状态。

3. 满足监管要求

随着国家对于CNG 加气站监管的日趋严苛，加气站进行智能化升级可以实现监管部门要求的数据实时上传和共享，以便监管部门了解加气站的运行情况。

（二）智能化升级的可行性

1. 技术发展

近几年物联网、大数据、人工智能等技术发展迅速，给CNG 加气站自控系统的智能化升级给予了技术支持。以物联网来说，实现设备互相联系，用大数据来针对大量的运行数据分析和挖掘，结合人工智能来做设备的自动诊断并做预估的维修。

2. 市场需求

随着天然气汽车市场的扩大，用户对于加气站服务的质量、安全等要求也在不断提高，智能化升级可以使加气站更好地适应市场的发展，提高竞争力。

3. 行业经验可借鉴

能源行业当中加油站，LNG 加气站之类的就有很多智能化升级的实例存在，部分较为先进的加油站引入智能化系统之后，加油机就能自行识别车辆进行结算。并且能够远端管控存油量，极大优化了经营效率和服务水平，安全管理上则采用智能传感器即时检测油罐相关参数，出现状况立即报警并且实施应急方案。

（三）智能化升级的战略与技术路径

1. 设备智能化改造

对加气站现有的设备进行智能化改造，给加气站的设备加装智能传感器、智能执行器等设备，对加气站的设备进行远程监控和智能控制。在储气井上安装智能压力传感器，实时采集储气井压力信息，并实时将信息传送到云端。

2. 构建智能监控平台

利用云计算、 大数据等相关技术搭建智能监控平台，将加气站运行的数据集中起来加以管理并开展分析工作。经过数据挖掘、运用机器学习等的技术评定加气站的运转状况 , 预测其运行的大概走向 , 从而为加气站的运行给予决策上的帮助。

3. 引入人工智能技术

将人工智能技术像深度学习，神经网络之类的东西融入自控系统当中去，让设备实现智能化诊断。以深度学习算法来剖析压缩机的振动信号，找出压缩机出现什么样的问题，然后尽早安排维修事宜。

结束语

综上所述，CNG 加气站自控系统设计要点包含系统架构、硬件选择及软件功能等诸多方面，若采用合理的系统设计就可保证加气站安全高效地运行，智能化升级乃是CNG 加气站未来发展不可避免的趋势。通过设备智能化改进、打造智能监控平台、采用人工智能技术等举措可提升加气站运营效率，改善安全保障，并缩减运营支出。展望未来，随着物联网、大数据、人工智能等技术持续发展，CNG 加气站自控系统会朝着更加智能化、自动化、网络化方向迈进，为天然气汽车产业健康发展给予助力。

参考文献：

[1] 牛虎勋 .CNG 加气站仪表自控系统设计总结 [J]. 石油化工自动化 ,2009,45(04):6-10.

[2] 李泓霏. 天然气加气站能耗评价与技术经济分析[D]. 东北石油大学,2020.