一、概述
對一個燃氣站來說，連續(xù)的液位、壓力和溫度等監(jiān)控點的監(jiān)測十分重要。操作員需保證從中央控制室綜合監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保護整個系統(tǒng)處在較高的安全水平上。當相關(guān)參數(shù)偏離正常范圍時，系統(tǒng)發(fā)送信號通知操作員采取糾正措施。本系統(tǒng)完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理，在CCR（中央控制室）實現(xiàn)現(xiàn)場各監(jiān)控點運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，通過網(wǎng)絡能對系統(tǒng)的進行遠程監(jiān)控。聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)分布在全國各地分散燃氣站點的集中監(jiān)控，可以在線實時準確的掌握各燃氣站的運行現(xiàn)狀（包括燃氣流量、儲罐液位等監(jiān)控參數(shù)），完成緊急情況下的報警，實現(xiàn)對燃氣站進行整體集中的管理，便于資源的優(yōu)化配置，為全面實現(xiàn)企業(yè)信息化奠定基礎。
二、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)方案
依據(jù)業(yè)主（華桑燃氣公司）委托，并根據(jù)儀表及工藝專業(yè)所提供的資料與要求制定了適用于華桑燃氣站工程自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)方案如圖1所示，這種以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺及網(wǎng)絡所構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，使得系統(tǒng)具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等鮮明優(yōu)點。系統(tǒng)可劃分為現(xiàn)場控制層、監(jiān)控層、遠程監(jiān)控與管理層三個層次結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)場控制層可由現(xiàn)場控制器PLC控制，實現(xiàn)對現(xiàn)場的設備進行數(shù)據(jù)采集、報警、控制、聯(lián)鎖等功能。
監(jiān)控層采用組態(tài)軟件，若設備層采用的是儀表控制，則現(xiàn)場數(shù)據(jù)和狀態(tài)的采集通過PCI板卡完成（如本系統(tǒng)的武清子站），采集到的數(shù)據(jù)送入組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過適當數(shù)據(jù)處理，完成合適的畫面和組態(tài)設置。監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的作用。
在遠程監(jiān)控和管理層，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接參與核算，消除了繁瑣的人工計算過程和工作強度，提高了管理水平。通過班組核算制，把實際生產(chǎn)中的有關(guān)參數(shù)從數(shù)據(jù)庫中提取出來，然后按企業(yè)確定的核算公式進行計算，從而得到班組一定時間內(nèi)的經(jīng)濟效益及各崗位的費用支出，用戶可以根據(jù)需要定時打印班組核算表，并利用數(shù)據(jù)庫把相關(guān)參數(shù)保存起來，也可以通過WEB服務器上傳，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與管理功能。
三、系統(tǒng)的功能及實現(xiàn)
1、系統(tǒng)的功能
系統(tǒng)底層設備的控制、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理可由下位機完成，也可通過板卡完成數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)具有流程及實時數(shù)據(jù)查看功能，每個子站均有各自的流程圖，并在相應位置顯示壓力、溫度、流量等參數(shù)。總部有各子站流程圖及分布控制圖，在相應位置顯示各監(jiān)控點參數(shù)，且還包括全站模擬量一覽表。總覽圖和流程總貌如圖2和3所示。
圖2.組態(tài)畫面總覽圖
圖3.流程總貌圖
數(shù)據(jù)采集頻率從毫秒級到任意可調(diào)，以滿足不同通訊級別的要求。實現(xiàn)對每個參數(shù)的低低報警、低報警、高報警、高高報警的設置。以不同顏色形式，把當前報警、已確認報警和已恢復報警區(qū)分開來，每個報警量可以顯示它的節(jié)點名、位號、描述、報警產(chǎn)生時間、報警消除時間、狀態(tài)、當前值等信息。從上位機可以查看報警，并且可以對所有的報警進行打印。同時，從上位機可以查看事件記錄，例如：某操作員于什么時間進行登錄，什么時間退出登錄等。并可以進行打印。
故障自動應變處理，將發(fā)生故障情況下，根據(jù)實際運行情況與系統(tǒng)安全運行條件要求的邏輯功能進行自動判斷及處理，并通過遠程控制單元對每個點的監(jiān)控及時在主機上反映出故障原因并顯示自動處理后系統(tǒng)運行狀態(tài)。
趨勢顯示是帶有時間標志的一個數(shù)據(jù)圖表，顯示為時間函數(shù)的趨勢曲線。一個趨勢顯示能夠顯示數(shù)條不同顏色的趨勢曲線。歷史（歸檔或存儲）數(shù)據(jù)趨勢顯示亦能提供。MMI能提供歷史趨勢和實時趨勢的顯示、打印功能。歷史趨勢和實時趨勢畫面中顯示的檢測變量，可由操作員根據(jù)需要進行選擇。趨勢圖可采用帶有時間坐標的線狀圖顯示歷史趨勢和實時趨勢，時間坐標和輸入范圍是可調(diào)的，至多有8個參數(shù)的趨勢可顯示在同一畫面上，數(shù)據(jù)的采集頻率也是可調(diào)的，還可設置單獨的實時趨勢畫面，顯示當前時刻30分鐘內(nèi)的實時數(shù)據(jù)。歷史趨勢可保存至少半年的數(shù)據(jù).
可以查看壓力、溫度、流量等參數(shù)的實時和歷史趨勢圖。一幅趨勢圖中最多有8個參數(shù)的趨勢曲線，以不同的顏色來區(qū)分。
在上位機可以查看實時報表，實時報表中包含全線所有參數(shù)的當前值。可以隨時打印實時報表，也可以定時打印。對于生產(chǎn)日報表，顯示了每個參數(shù)全天24小時整點的值，可以進行定時打印。同時可以公布物資設備臺帳、出勤記錄等方面的報表
實時數(shù)據(jù)庫用于儲存最新采集的來自現(xiàn)場控制站，以及通過通訊控制網(wǎng)絡采集的其他系統(tǒng)的各種過程變量，這些數(shù)據(jù)可用于顯示的動態(tài)連接或?qū)崟r報表。
通過PID運算，實現(xiàn)對各調(diào)節(jié)閥的控制。可以人為設定調(diào)壓值，使之對管線進行自動調(diào)壓，如圖四示。
通過TCP/IP方式實現(xiàn)現(xiàn)場各監(jiān)控點數(shù)據(jù)及畫面的遠程監(jiān)視。網(wǎng)絡通信方式有多種包括：TCP/IP網(wǎng)絡通信、MODEM撥號通信和串口（RS232/422/485）通信等。
TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議提供了在不同硬件體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的計算機組成的網(wǎng)絡上進行通信的能力。一臺PC機通過TCP/IP網(wǎng)絡可以和多個遠程計算機進行通信。在一個支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡中（不論是局域網(wǎng)或是廣域網(wǎng)，Intranet還是Internet），各網(wǎng)絡結(jié)點之間可以進行數(shù)據(jù)通信，工作模式為“客戶/服務器”。提供的網(wǎng)絡服務程序NetClient和NetServer，分別運行于客戶端和服務器端，完成網(wǎng)絡通信功能。
圖5.TCP/IP通信
MODEM撥號
圖6.撥號通信
網(wǎng)絡中的每臺PC機安裝了組態(tài)軟件和MODEM，其中的TelClient和TelServer，分別完成客戶端和服務器端的MODEM通信功能。Web功能可使網(wǎng)絡中作為客戶的PC機直接通過瀏覽器直接瀏覽工程畫面。
圖7.WEB瀏覽
2、系統(tǒng)功能的實現(xiàn)
各燃氣站采集系統(tǒng)可由ANCO系列雙機熱備PLC或通過PCI數(shù)據(jù)采集卡完成，中心監(jiān)控系統(tǒng)由組態(tài)軟件ForceControl完成。
PLC控制系統(tǒng)采用ANCO GROUP的產(chǎn)品。它采用國際通用積木式結(jié)構(gòu)組成，易安裝、易使用，系統(tǒng)可靠性、兼容性、擴充性強，具有熱插拔功能，遠傳通訊功能強大、組網(wǎng)靈活、獨立完成測控任務，可以嚴格保證本站設施的安全運行、正常生產(chǎn)。應用的ANCO PLC 的OPEN_PLC是32位元CPU，I/O點數(shù)從100點到8000點，采用國際標準IEC61131-3編程軟件，有4M編程空間；遠程模塊最大可連接32個站點，距離1200m；支持RS485和RS232以太網(wǎng)端口；
中心控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，組態(tài)方式靈活多樣，可以提供友好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，利用其預設置的各種軟件模塊能較方便的實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O設備，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。
本系統(tǒng)采用的力控是運行在Windows98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。其應用范圍廣泛，如石油、化工、半導體、汽車、電力、機械、冶金、交通、樓宇自動化、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等多個行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)自動化、過程控制、管理監(jiān)測、工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)視、遠程監(jiān)視/遠程診斷、企業(yè)管理/資源計劃等系統(tǒng)。
四、控制原則
為保證系統(tǒng)平穩(wěn)、安全、可靠、高效的運行，最大限度減少事故造成的損失，控制原則如下設定：
分布式控制原則:監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式的控制原則，一般的過程控制和設備保護功能由各現(xiàn)場站點內(nèi)的底層控制設備自動執(zhí)行，同時將執(zhí)行結(jié)果上傳到中控室。中控室作為運行監(jiān)控的決策機構(gòu)，可以只是監(jiān)視，不直接介入各現(xiàn)場站控系統(tǒng)內(nèi)的控制，負責各站點之間的協(xié)調(diào)控制，也可以直接介入站控系統(tǒng)進行控制操作處理。
獨立性原則:現(xiàn)場各控制系統(tǒng)之間在設計上應保持相對獨立，不能因其中一個出現(xiàn)故障而影響其它控制系統(tǒng)的運行。
容錯性原則:SCADA系統(tǒng)的軟硬件各個部分或全部的故障不能影響各現(xiàn)場站點的控制和運行。系統(tǒng)對各種控制操作應有基本的診斷和防錯功能，以阻止錯誤操作、誤操作或結(jié)果相互沖突的操作。為防止不同操作員對統(tǒng)一監(jiān)控點下達不同的控制指令，造成系統(tǒng)異常動作，應有控制優(yōu)先權(quán)處理程序來處理此類指令。
安全管理原則:系統(tǒng)應有嚴格的安全和權(quán)限級別限制，不得隨意越權(quán)操作。
自動處理原則:一般在門站或調(diào)壓站等站內(nèi)的事故和故障，在沒有及時得到中控室的響應時，應有現(xiàn)場站點的控制設備自動作應急處理操作，同時向控制中心報警和報告處理結(jié)果。故障或事故范圍較大，超出現(xiàn)場站的控制范圍時，由中控室協(xié)調(diào)處理，并做出相應的控制操作。
結(jié)論
本系統(tǒng)保護了整個燃氣站處在較高的運行安全水平上，實現(xiàn)在中控室或在其它任何聯(lián)網(wǎng)的計算機上實時的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可以在線實時準確的掌握各燃氣站的運行現(xiàn)狀（包括燃氣流量、儲罐液位等監(jiān)控參數(shù)），完成緊急情況下的報警，實現(xiàn)對燃氣站進行整體集中的管理，同時網(wǎng)絡技術(shù)和信息管理技術(shù)的應用提高了生產(chǎn)過程的生產(chǎn)效率和管理水平，實現(xiàn)優(yōu)化物料平衡，減少庫存和中間儲存，也實現(xiàn)了企業(yè)實時、準確、全面系統(tǒng)化的信息系統(tǒng)，為高層領(lǐng)導決策提供支持，提高了企業(yè)的綜合自動化水平。
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