一、項目名稱(chēng)：天然氣管網(wǎng)的 SCADA 控制

（ TCS for SCADA Operation of Gas Pipelines ）

二、項目背景
    1992 年三月， Transwestern 管道公司（ Enron 公司的聯(lián)營(yíng)公司，以下簡(jiǎn)稱(chēng) TW ）開(kāi)始一個(gè)項目，該項目旨在通過(guò)輸油管道網(wǎng)的改造來(lái)提高輸送天然氣的能力，公司的輸油管道從奧克拉荷馬和得克薩斯一直延伸 1000 英里到加利福尼亞中部和南部的各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)，天然氣輸送由十二個(gè)泵站負責，天然氣流由帶有三臺五千馬力的大型空壓機的泵站驅動(dòng)。 傳統上，沿輸送管線(xiàn)分布的每個(gè)泵站 24 小時(shí)都必須有人值守，以維護每個(gè)泵站的三臺空壓縮機。為使天然氣的輸送正常，每次都需要技術(shù)人員從休斯頓控制中心的電話(huà)告知何時(shí)開(kāi)動(dòng)空壓機，何時(shí)調節輸出量，何時(shí)關(guān)機。并根據公共網(wǎng)點(diǎn)用氣需要量的變化，日夜不停地由人改變供氣量。舊的空壓機控制方式直到近期才改變。舊控制系統的設計帶有延時(shí)繼電器和單回路控制器，它們存在幾個(gè)問(wèn)題：不能與休斯頓控制中心組網(wǎng)工作，難以用梯形邏輯進(jìn)行編程修改，報表能力有限和蹩腳的操作員界面。

    在搜尋新的解決方案中， TW 與系統供應商 WAYSON 接觸聯(lián)系， WAYSON 是基于用戶(hù)需求的集散系統 TCS 的 OEM 制造商，一個(gè)基于 PC 的 SCADA 系統被推薦給了 TM ，這個(gè)系統結合了以下特點(diǎn)：一個(gè)帶有 32 位 SNAP 控制器的 486 個(gè)人計算機，智能 I/O 模塊，流程圖形 FACTORY FLOOR 控制軟件。經(jīng)過(guò)多方比較評估，公司認為 TCS 系統具有以下特點(diǎn)：使用戶(hù)更好地介入工藝過(guò)程的界面，更大的編程靈活性，一流組網(wǎng)能力和簡(jiǎn)單人機操作員界面；而所有這些特點(diǎn)都建立在一個(gè)具有吸引力的性能 / 價(jià)格比的基礎上。系統具有模塊化結構，它使以后系統能靈活隨意地修改，因此公司選擇新墨西哥站點(diǎn)的托羅作為新控制系統的一個(gè)實(shí)驗現場(chǎng)，該系統最終也將代替其他站點(diǎn)的控制設備。

三、新系統組成
●更好的控制特性
    托羅站原被設計成共有 550 個(gè) I/O 點(diǎn)的系統，三個(gè)發(fā)動(dòng)機中，每臺共使用了 144 個(gè) OPTO22 的 I/O 點(diǎn)，其中共有 80 個(gè)開(kāi)關(guān)量和 64 個(gè)模擬量點(diǎn)。新系統被設計成帶有 4 個(gè) SNAP 控制器的系統， SNAP 以點(diǎn)對點(diǎn)方式進(jìn)行數據交換，其中一臺 SNAP 控制器被設計成主控制器（每臺發(fā)動(dòng)機配 一臺從控制器），所有控制器通過(guò) ARCENT 網(wǎng)連接在一起，主控制器和其他三臺發(fā)動(dòng)機的從控制器都有各自的打印數據記錄。使用新系統，公司的休斯頓操作中心現在通過(guò)衛星通訊能直接向主控制器發(fā)出空壓機的啟動(dòng)、調節或停止的命令，而主控制器與每臺從屬控制器進(jìn)行通訊?？刂浦行膶γ總€(gè)發(fā)動(dòng)機能監控超過(guò) 50 多個(gè) I/O 點(diǎn)，通過(guò)這些 I/O 點(diǎn)及其構成的 PID 回路對發(fā)動(dòng)機的定時(shí)、溫度、壓力報警進(jìn)行控制，并將結果返還給控制器。 發(fā)動(dòng)機溫度 PID 回路控制是用 SNAP 的智能模擬 I/O 模塊在 I/O 級就完成，風(fēng)冷型制冷機成年累月地對發(fā)動(dòng)機提供 24 小時(shí)不停的冷卻。

●智能I/O
    控制發(fā)動(dòng)機溫度和壓力的 I/O 前端智能單元通過(guò)一根雙絞線(xiàn)和控制器相連，可以構成很大的分布式系統。每個(gè)智能單元含有很多就地控制的帶光隔離功能的 12 位 I/O 模塊和一個(gè)智能控制單元。模擬量智能單元可以完成高低限報警、濾波、熱電偶線(xiàn)性化、波形產(chǎn)生、累加、平均、斜坡函數和其他功能。對 TW 而言， SNAP 的智能 I/O 模塊在工作量和成本方面占有重要優(yōu)勢。 因為系統要求具有故障糾錯能力，所以舊系統必須將所有 I/O 點(diǎn)從發(fā)動(dòng)機室用硬線(xiàn)連到主控制室中。而 SNAP 系統的分布式前端智能單元提供了在 I/O 一級的就地控制能力，所以只需將三個(gè)從屬控制器用線(xiàn)和主控制器機房相連接。一個(gè)可與各從控制器通信的、設立在機房的智能前端單元能獨立完成緊急停車(chē)任務(wù)，從而省去了昂貴的并需花大量時(shí)間安裝的硬線(xiàn)連接的繼電器控制面板。

●危險環(huán)境操作運行
    SNAP 產(chǎn)品具有一類(lèi)危險環(huán)境工作資格證書(shū)。它使 TW 能夠將三個(gè)機房用的控制器放在標準的 NEMA 機箱內，而沒(méi)有該證書(shū)的控制器必須放在昂貴的防爆箱內才能安全工作。

    TW 采用 FACTORY FLOOR 軟件對 SNAP 控制器進(jìn)行編程， FACTORY FLOOR 通過(guò)流程圖畫(huà)面提供了一個(gè)控制邏輯的清晰的可見(jiàn)的表達方式。通過(guò)用帶有一個(gè)或多個(gè)命令的動(dòng)作塊來(lái)繪制一個(gè)" TO DO "（需要做）的表格，例如"打開(kāi)閥門(mén) 1 "，然后將這些動(dòng)作塊與條件模塊用線(xiàn)相連以確定條件是否滿(mǎn)足，即會(huì )問(wèn)"閥門(mén) 1 開(kāi)了嗎？"動(dòng)作塊間的連線(xiàn)顯示執行的順序。通過(guò)以上方法就編制好了一個(gè)應用程序。

    TW 的發(fā)動(dòng)機內部的溫度和壓力是用 PID 環(huán)路來(lái)調節的，這些 PID 環(huán)路非常復雜，必須進(jìn)行浮點(diǎn)運算， FACTORY FLOOR 支持 IEEE 標準的浮點(diǎn)算法，這種浮點(diǎn)算法通過(guò)在控制器一級的 SNAP 的數學(xué)協(xié)處理器實(shí)施運算。另一個(gè)對 SNAP 的長(cháng)處是在每個(gè)從控制器和主控制器上均可進(jìn)行數據記錄。

●人機界面軟件 
    TW 用新的 MMI 軟件對操作員界面進(jìn)行編程。由于新的軟件的顯示數據庫和控制數據庫是同一個(gè)，所以省去了數據庫對應工作，使精度更高，并減少了編程時(shí)間。新的軟件可以對 I/O 、控制變量、報警狀態(tài)、數據記錄進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，其復雜而精致的目標生成的圖形軟件環(huán)境包括一系列的 3-D 圖庫和 ISA 符號庫，這些特點(diǎn)使得操作員界面的開(kāi)發(fā)變得非常容易。 
TW 的操作員在每個(gè)系統的現場(chǎng)均使用 MMI 軟件，當發(fā)現問(wèn)題時(shí)，操作員很容易就能確定原因，從而能派出合適的機械或儀表技術(shù)員。

    軟件的簡(jiǎn)易性使得操作員不必成為高級培訓過(guò)的程序員就可以進(jìn)行大多數簡(jiǎn)單的維護，第一次使用的操作員也有可能對 MMI 進(jìn)行升級。

四、結語(yǔ)
    隨著(zhù)托羅基地安裝工程的完工， TW 開(kāi)始用 SNAP 對位于另一處 ---- 亞利桑那州的泵站也進(jìn)行了升級和更新，這個(gè)泵站有望在幾個(gè)月后投產(chǎn)，接著(zhù)，源源不斷隨后而來(lái)要求改造的泵站的更換可能要花去 WAYSON 該工程組的工程師們幾年的時(shí)間。