王正義，史浩波

城市燃氣是城市能源供應的重要組成部分，是城市建設的重要基礎設施之一。發(fā)展城市燃氣，對于節約能源、保護環(huán)境、方便人民生活、促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展城市公用事業(yè)意義十分重大，是實(shí)現城市現代化的重要標志之一?，F在正值城市燃氣向天然氣轉換的關(guān)鍵階段。而在城市天然氣管網(wǎng)系統中，調壓站是必不可少的環(huán)節。如圖1所示，調壓站是管網(wǎng)系統根據下一級管網(wǎng)和用戶(hù)所需的壓力來(lái)調節燃氣壓力。其控制必須滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、穩定性和安全性要求。

 
圖1  城市管網(wǎng)簡(jiǎn)圖

在天然氣管網(wǎng)系統中調壓站一般有城市門(mén)站、區域站、分輸站等系列。門(mén)站是接納天然氣關(guān)鍵設施。具體有除塵、計量、貯存、加臭、降壓等部分組成。區域站主要負責區域供氣，具有過(guò)濾、調壓、穩壓等功能。由北京安控科技發(fā)展有限公司和常州信力公司共同開(kāi)發(fā)的區域調壓站系統，將RTU作為控制神經(jīng)單元，結合國外的先進(jìn)現場(chǎng)檢測儀表設備集成的新型調壓站系統，填補了國內RTU應用于調壓站系統的空白。
1  產(chǎn)品簡(jiǎn)介
RTU（Remote Terminal Unit）是一種遠端測控單元裝置，以前的RTU的概念一般是以PLC為核心，再配置相關(guān)的軟硬件設備來(lái)集成。而SuperE的研制具備了RTU和PLC的雙重功能，集“遙測、遙信、遙控、遙調”于一體，具有自診斷硬件存在與否等功能，使其通用性極強。其一體化的設計，從電源到采集、控制、顯示、通信、接線(xiàn)都完整的集成，免除了用戶(hù)許多額外的工作。還可以擴展，在某些需要更多數據點(diǎn)的場(chǎng)合同樣可以勝任，解決了許多原來(lái)組合RTU的缺點(diǎn)，如軟硬件各設備間的接口問(wèn)題等。
與常用的可編程控制器PLC相比，SuperE具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。SuperE具有多種程序編譯方法（ELadder邏輯梯形圖與C語(yǔ)言等），為應對通訊的各種實(shí)際問(wèn)題提供強大的軟件支持和多種解決方法。如協(xié)議的轉換、生成、實(shí)現，傳輸信號的多種調制方式（可自定義）等。
同樣通過(guò)ELadder邏輯梯形圖與C語(yǔ)言，SuperE能夠解決許多復雜而無(wú)法建立精確的數學(xué)模型系統的控制問(wèn)題，通過(guò)對各個(gè)行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗的總結，建立控制模型，在C語(yǔ)言的編譯后，可以成功地將模糊控制應用于自來(lái)水行業(yè)，實(shí)現復雜控制傻瓜化。
SuperE RTU主要面向數據采集、控制系統，不但可以單獨使用，實(shí)現就地顯示、控制，更可以方便地組成SCADA系統，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化管理。它具有性能卓越、使用簡(jiǎn)單、體積小巧、安裝方便、擴展靈活、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，可以在石油、化工、電力、市政等行業(yè)加以應用。
如圖2所示，SuperE提供的二次開(kāi)發(fā)，定制用戶(hù)所需系統。開(kāi)發(fā)所需工具包括EDraw顯示屏組態(tài)軟件，ELadder邏輯梯形圖軟件以及C語(yǔ)言編譯軟件三種。
ELadder邏輯梯形圖軟件可以完成簡(jiǎn)單的計算、控制和通訊等工作。
C語(yǔ)言用來(lái)完成復雜的計算、控制。ELadder與C程序可同時(shí)運行，不會(huì )相互干擾。
EDraw用來(lái)組態(tài)屏幕，用戶(hù)可以根據自己的需要，組態(tài)出相應的畫(huà)面，完成數據的顯示、控制、狀態(tài)檢測及報警監測等功能。

 
圖2  二次開(kāi)發(fā)流程圖

2  系統介紹
以SuperE為核心的調壓站系統是一典型的天然氣遠程采集SCADA系統，主要是進(jìn)行現場(chǎng)監控和遠程調度。
天然氣遠程數據采集系統分為遠程調度系統和調壓站系統兩部分。如圖3所示，遠程調度系統是由控制中心通過(guò)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )與現場(chǎng)控制RTU組成?？刂七h離危險控制現場(chǎng)，通訊采用透明的MODBUS協(xié)議?，F場(chǎng)監控以SuperE RTU作為控制單元核心部分，進(jìn)行采集數據和現場(chǎng)控制，它可以單獨實(shí)現對現場(chǎng)的監控也可在現場(chǎng)配置上位機進(jìn)行現場(chǎng)監控，采用由北京安控公司自行開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件電蜘蛛6.0生成監控畫(huà)面。

 
圖3  SuperE RTU應用于天然氣調壓站系統框圖

系統主要指標如下：
系統容量：最大255個(gè)RTU（按每個(gè)泵站1個(gè)RTU計算）
儀表電源： 220VAC，50Hz
測量量：綜合誤差≤1.5%，系統綜合誤差≤2.0%，遙測合格率99.9%
誤碼率：信噪比不大于17dB時(shí)=10-5
實(shí)時(shí)性：監測數據2～4秒更新一次
進(jìn)口壓力范圍：門(mén)站     16～100 bar
              區域站   0.05～4 bar
出口壓力范圍：門(mén)站     2～16 bar
              區域站   10～300 mbar
環(huán)境溫度：-20～70℃
調壓精度：±5%
關(guān)閉精度：±10%
為滿(mǎn)足調壓站增補和改造生產(chǎn)工藝的需要，使用的計算機系統和現場(chǎng)RTU均采用開(kāi)放式結構，便于未來(lái)的擴充。
2.1  系統的主要作用
(1)  數據實(shí)時(shí)檢測
連續、實(shí)時(shí)、長(cháng)期的監測各種現場(chǎng)狀態(tài)儀表參數（包括對入口壓力、出口壓力、入口溫度、過(guò)濾器差壓信號、燃氣泄露報警器等），可根據需要進(jìn)行數據庫處理，編制打印各種日、月、年報表文件，繪制各種參數的曲線(xiàn)圖并在計算機屏幕上顯示，還可以將數據保存起來(lái)供檢索、修改。
(2)  控制狀態(tài)檢測
通過(guò)數據終端連續、實(shí)時(shí)檢測有關(guān)閥門(mén)（如超壓切斷閥或電動(dòng)球閥）的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，及時(shí)反映現場(chǎng)的各個(gè)設備（如旁路的運行狀態(tài)等）運行狀態(tài)，可以根據需要進(jìn)行分類(lèi)處理，繪制出各種狀態(tài)的運行時(shí)間圖并在計算機屏幕上顯示。系統將狀態(tài)信息存儲在計算機內供檢索查閱，對于設備的異常狀況的發(fā)現及快速處理、解決有極大的幫助。
(3)  調壓設備控制
系統調壓設備的控制是在上述數據、狀態(tài)檢測的基礎上實(shí)現的。數據、狀態(tài)檢測能提供大量的數據，是實(shí)現控制的前提。通過(guò)對各儀表設備參數的實(shí)時(shí)檢測，對相應的各執行機構或其它受控對象執行控制，實(shí)現系統的自動(dòng)化管理。
系統的控制還具備開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制雙重用途，兼備了人工干預操作遙控與數據終端機（RTU）遠程自動(dòng)閉環(huán)控制。
系統還具備與其他設備的冗余接口，采用通用的MODBUS協(xié)議，方便連接與現場(chǎng)采集數據，而且RTU可帶顯示屏。
(4)  調壓站計量
調壓站的計量主要是流量計計量數據的采集和監控。包括瞬時(shí)流量，累計流量。流量計可配置智能總線(xiàn)型或普通型。
(5)  遠程調度
系統還可通過(guò)冗余的通訊口連上遠程數據傳輸網(wǎng)絡(luò )（如PSTN、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等）?？赏ㄟ^(guò)遠端的控制終端（一般為監控計算機）遙控調度調壓站，進(jìn)行宏觀(guān)控制。
2.2  SuperE應用于調壓站系統的特點(diǎn)
(1)  一體化設計，結構合理，可直接應用于工業(yè)現場(chǎng)
本系統采用整體撬裝結構，安裝調試方便，現場(chǎng)控制與控制現場(chǎng)分體式布局，將調壓設備放置危險的控制現場(chǎng)，控制主機放在控制室，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
SuperE自帶電源，可直接用220VAC供電，也可使用24VDC供電，具有省電模式，可用太陽(yáng)能電池供電，并具備電池充電和后備功能，帶顯示和按鍵，用于現場(chǎng)操作，采用壁掛式直接安裝在控制柜內，并采用多層接線(xiàn)端子，現場(chǎng)安裝和接線(xiàn)非常方便。
(2)  配置合理，具有很強的現場(chǎng)適應能力
SuperE具有AI、DI、AO、DO、PI等多種類(lèi)型的輸入、輸出信號，各種信號數量可由客戶(hù)選定。用于可檢測溫度、壓力、流量狀態(tài)等不同類(lèi)型的信號，可滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)、報警、連續調節等不同類(lèi)型的控制要求，還可以通過(guò)配置的冗余COM口，通過(guò)C語(yǔ)言編譯智能儀器儀表自帶的協(xié)議，進(jìn)行總線(xiàn)型的數據聯(lián)接。
(3)  強大的軟件功能，可以滿(mǎn)足各種靈活控制、復雜運算的要求
支持邏輯梯形圖語(yǔ)言、C語(yǔ)言編程及屏幕組態(tài)功能，支持實(shí)時(shí)多任務(wù)、PID算法和各種氣體流量算法，提供多種專(zhuān)用的檢測、控制軟件包。對調壓站系統的控制可提供調度控制優(yōu)化軟件。
(4)  靈活的通訊方式，標準的通訊協(xié)議，可方便地組成SCADA系統
一臺SuperE提供最多三路對外通訊接口，可配接多種通訊設備，實(shí)現有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)通訊支持標準的MODBUS RTU/ASCII通訊協(xié)議，也可自定義通訊協(xié)議，與外界直接聯(lián)系對話(huà)進(jìn)行數據交換。
(5)  現場(chǎng)和遠程監控兼備，為系統操作、診斷、維護和升級提供了方便
通過(guò)現場(chǎng)顯示、按鍵或遠程計算機可對現場(chǎng)設備進(jìn)行監控。程序可現場(chǎng)下載或遠程下載，實(shí)現現場(chǎng)或遠程診斷、維護、升級。
(6)  細致周密的設計，嚴格的質(zhì)量檢驗，為用戶(hù)提供了可靠的保證
電源、信號入出口均有保護措施，并與主控電路隔離，具有看門(mén)狗及數據掉電保護功能，產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、檢驗嚴格按照ISO9001質(zhì)量體系標準進(jìn)行。
3  淄博天然氣區域調壓站
淄博天然氣區域調壓站系統是集數據采集、運算、輸出及控制的自動(dòng)化程度較高的系統。包括對入口壓力、出口壓力、入口溫度、燃氣泄漏、超壓切斷、過(guò)濾器差壓信號、電動(dòng)球閥的開(kāi)啟/關(guān)閉、流量計計量數據的采集和監控，將這些數據分門(mén)別類(lèi)，以數據表格和報警形式輸出或進(jìn)行控制。由于區域站采用整體撬裝結構，因而現場(chǎng)電器安裝工作量少，只有安全區與危險區的管線(xiàn)連接，整個(gè)電器的連接，操作、維護方便，使用安全可靠，并且可以實(shí)行遠程遙控，無(wú)需現場(chǎng)值守。
流量計采用智能文丘利渦街流量計，它有自己的通訊協(xié)議，系統采用C語(yǔ)言編制協(xié)議的方式，通過(guò)SuperE COM口與之建立通訊聯(lián)接，采集流量計中數據。軟件包進(jìn)行專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)，用優(yōu)化軟件對調壓站系統進(jìn)行控制。
3.1  應用軟件