一、概述
　　對一個(gè)燃氣站來(lái)說(shuō)，連續的液位、壓力和溫度等監控點(diǎn)的監測十分重要。操作員需保證從中央控制室綜合監測系統的運行狀態(tài)，保護整個(gè)系統處在較高的安全水平上。當相關(guān)參數偏離正常范圍時(shí)，系統發(fā)送信號通知操作員采取糾正措施。本系統完成了現場(chǎng)數據的采集和處理，在CCR（中央控制室）實(shí)現現場(chǎng)各監控點(diǎn)運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )能對系統的進(jìn)行遠程監控。聯(lián)網(wǎng)實(shí)現分布在全國各地分散燃氣站點(diǎn)的集中監控，可以在線(xiàn)實(shí)時(shí)準確的掌握各燃氣站的運行現狀（包括燃氣流量、儲罐液位等監控參數），完成緊急情況下的報警，實(shí)現對燃氣站進(jìn)行整體集中的管理，便于資源的優(yōu)化配置，為全面實(shí)現企業(yè)信息化奠定基礎。

二、系統的總體結構方案
　　依據業(yè)主（華桑燃氣公司）委托，并根據儀表及工藝專(zhuān)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(dòng)化系統。系統的整體結構方案如圖1所示，這種以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺及網(wǎng)絡(luò )所構成的集成系統取代傳統的封閉式系統，使得系統具有適應性強、開(kāi)放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開(kāi)發(fā)周期短等鮮明優(yōu)點(diǎn)。系統可劃分為現場(chǎng)控制層、監控層、遠程監控與管理層三個(gè)層次結構。

　　現場(chǎng)控制層可由現場(chǎng)控制器PLC控制，實(shí)現對現場(chǎng)的設備進(jìn)行數據采集、報警、控制、聯(lián)鎖等功能。

　　監控層采用組態(tài)軟件，若設備層采用的是儀表控制，則現場(chǎng)數據和狀態(tài)的采集通過(guò)PCI板卡完成（如本系統的武清子站），采集到的數據送入組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數據庫，經(jīng)過(guò)適當數據處理，完成合適的畫(huà)面和組態(tài)設置。監控層對下連接控制層，對上連接管理層，實(shí)現對現場(chǎng)的實(shí)時(shí)監測與控制，在自動(dòng)控制系統中完成上傳下達、組態(tài)開(kāi)發(fā)的作用。

　　在遠程監控和管理層，利用數據采集系統得到的生產(chǎn)數據直接參與核算，消除了繁瑣的人工計算過(guò)程和工作強度，提高了管理水平。通過(guò)班組核算制，把實(shí)際生產(chǎn)中的有關(guān)參數從數據庫中提取出來(lái)，然后按企業(yè)確定的核算公式進(jìn)行計算，從而得到班組一定時(shí)間內的經(jīng)濟效益及各崗位的費用支出，用戶(hù)可以根據需要定時(shí)打印班組核算表，并利用數據庫把相關(guān)參數保存起來(lái)，也可以通過(guò)WEB服務(wù)器上傳，實(shí)現遠程監控與管理功能。

三、系統的功能及實(shí)現
1、系統的功能
    系統底層設備的控制、現場(chǎng)數據的采集和處理可由下位機完成，也可通過(guò)板卡完成數據的采集。系統具有流程及實(shí)時(shí)數據查看功能，每個(gè)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?？偛坑懈髯诱玖鞒虉D及分布控制圖，在相應位置顯示各監控點(diǎn)參數，且還包括全站模擬量一覽表?？傆[圖和流程總貌如圖2和3所示。
　　

                           圖2.組態(tài)畫(huà)面總覽圖

　                           圖3.流程總貌圖

　　數據采集頻率從毫秒級到任意可調，以滿(mǎn)足不同通訊級別的要求。實(shí)現對每個(gè)參數的低低報警、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分開(kāi)來(lái)，每個(gè)報警量可以顯示它的節點(diǎn)名、位號、描述、報警產(chǎn)生時(shí)間、報警消除時(shí)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(jìn)行打印。同時(shí)，從上位機可以查看事件記錄，例如：某操作員于什么時(shí)間進(jìn)行登錄，什么時(shí)間退出登錄等。并可以進(jìn)行打印。

　　故障自動(dòng)應變處理，將發(fā)生故障情況下，根據實(shí)際運行情況與系統安全運行條件要求的邏輯功能進(jìn)行自動(dòng)判斷及處理，并通過(guò)遠程控制單元對每個(gè)點(diǎn)的監控及時(shí)在主機上反映出故障原因并顯示自動(dòng)處理后系統運行狀態(tài)。

　　趨勢顯示是帶有時(shí)間標志的一個(gè)數據圖表，顯示為時(shí)間函數的趨勢曲線(xiàn)。一個(gè)趨勢顯示能夠顯示數條不同顏色的趨勢曲線(xiàn)。歷史（歸檔或存儲）數據趨勢顯示亦能提供。MMI能提供歷史趨勢和實(shí)時(shí)趨勢的顯示、打印功能。歷史趨勢和實(shí)時(shí)趨勢畫(huà)面中顯示的檢測變量，可由操作員根據需要進(jìn)行選擇。趨勢圖可采用帶有時(shí)間坐標的線(xiàn)狀圖顯示歷史趨勢和實(shí)時(shí)趨勢，時(shí)間坐標和輸入范圍是可調的，至多有8個(gè)參數的趨勢可顯示在同一畫(huà)面上，數據的采集頻率也是可調的，還可設置單獨的實(shí)時(shí)趨勢畫(huà)面，顯示當前時(shí)刻30分鐘內的實(shí)時(shí)數據。歷史趨勢可保存至少半年的數據.

　　可以查看壓力、溫度、流量等參數的實(shí)時(shí)和歷史趨勢圖。一幅趨勢圖中最多有8個(gè)參數的趨勢曲線(xiàn)，以不同的顏色來(lái)區分。

　　在上位機可以查看實(shí)時(shí)報表，實(shí)時(shí)報表中包含全線(xiàn)所有參數的當前值?？梢噪S時(shí)打印實(shí)時(shí)報表，也可以定時(shí)打印。對于生產(chǎn)日報表，顯示了每個(gè)參數全天24小時(shí)整點(diǎn)的值，可以進(jìn)行定時(shí)打印。同時(shí)可以公布物資設備臺帳、出勤記錄等方面的報表

　　實(shí)時(shí)數據庫用于儲存最新采集的來(lái)自現場(chǎng)控制站，以及通過(guò)通訊控制網(wǎng)絡(luò )采集的其他系統的各種過(guò)程變量，這些數據可用于顯示的動(dòng)態(tài)連接或實(shí)時(shí)報表。

　　通過(guò)PID運算，實(shí)現對各調節閥的控制?？梢匀藶樵O定調壓值，使之對管線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)調壓，如圖四示。
　

　                          圖4.調節閥的控制

　　通過(guò)TCP/IP方式實(shí)現現場(chǎng)各監控點(diǎn)數據及畫(huà)面的遠程監視。網(wǎng)絡(luò )通信方式有多種包括：TCP/IP網(wǎng)絡(luò )通信、MODEM撥號通信和串口（RS232/422/485）通信等。

　　TCP/IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議提供了在不同硬件體系結構和操作系統的計算機組成的網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行通信的能力。一臺PC機通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò )可以和多個(gè)遠程計算機進(jìn)行通信。在一個(gè)支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )中（不論是局域網(wǎng)或是廣域網(wǎng)，Intranet還是Internet），各網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)之間可以進(jìn)行數據通信，工作模式為“客戶(hù)/服務(wù)器”。提供的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)程序NetClient和NetServer，分別運行于客戶(hù)端和服務(wù)器端，完成網(wǎng)絡(luò )通信功能。
　

　                         圖5.TCP/IP通信

MODEM撥號
　

　                            圖6.撥號通信

　　網(wǎng)絡(luò )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(hù)端和服務(wù)器端的MODEM通信功能。Web功能可使網(wǎng)絡(luò )中作為客戶(hù)的PC機直接通過(guò)瀏覽器直接瀏覽工程畫(huà)面。
　

　                            圖7.WEB瀏覽

2、系統功能的實(shí)現
　　各燃氣站采集系統可由ANCO系列雙機熱備PLC或通過(guò)PCI數據采集卡完成，中心監控系統由組態(tài)軟件ForceControl完成。

　　PLC控制系統采用ANCO GROUP的產(chǎn)品。它采用國際通用積木式結構組成，易安裝、易使用，系統可靠性、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(wù)，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(diǎn)數從100點(diǎn)到8000點(diǎn)，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(gè)站點(diǎn)，距離1200m；支持RS485和RS232以太網(wǎng)端口；

　　中心控制系統的組態(tài)軟件是數據采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它處在自動(dòng)控制系統監控層一級的軟件平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境，組態(tài)方式靈活多樣，可以提供友好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)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(shí)現和完成監控層的各項功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠(chǎng)家的計算機和I/O設備，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò )系統結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進(jìn)行系統集成。

　　本系統采用的力控是運行在Windows98/NT/2000/XP操作系統上的一種組態(tài)軟件。其應用范圍廣泛，如石油、化工、半導體、汽車(chē)、電力、機械、冶金、交通、樓宇自動(dòng)化、食品、醫藥、環(huán)保等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)自動(dòng)化、過(guò)程控制、管理監測、工業(yè)現場(chǎng)監視、遠程監視/遠程診斷、企業(yè)管理/資源計劃等系統。

四、控制原則
　　為保證系統平穩、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:監控系統采用分布式的控制原則,一般的過(guò)程控制和設備保護功能由各現場(chǎng)站點(diǎn)內的底層控制設備自動(dòng)執行,同時(shí)將執行結果上傳到中控室。中控室作為運行監控的決策機構,可以只是監視,不直接介入各現場(chǎng)站控系統內的控制,負責各站點(diǎn)之間的協(xié)調控制，也可以直接介入站控系統進(jìn)行控制操作處理。

　　獨立性原則:現場(chǎng)各控制系統之間在設計上應保持相對獨立,不能因其中一個(gè)出現故障而影響其它控制系統的運行。

　　容錯性原則:SCADA系統的軟硬件各個(gè)部分或全部的故障不能影響各現場(chǎng)站點(diǎn)的控制和運行。系統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、誤操作或結果相互沖突的操作。為防止不同操作員對統一監控點(diǎn)下達不同的控制指令,造成系統異常動(dòng)作,應有控制優(yōu)先權處理程序來(lái)處理此類(lèi)指令。

　　安全管理原則:系統應有嚴格的安全和權限級別限制,不得隨意越權操作。

　　自動(dòng)處理原則:一般在門(mén)站或調壓站等站內的事故和故障,在沒(méi)有及時(shí)得到中控室的響應時(shí),應有現場(chǎng)站點(diǎn)的控制設備自動(dòng)作應急處理操作,同時(shí)向控制中心報警和報告處理結果。故障或事故范圍較大,超出現場(chǎng)站的控制范圍時(shí),由中控室協(xié)調處理,并做出相應的控制操作。

五、結論
　　本系統保護了整個(gè)燃氣站處在較高的運行安全水平上，實(shí)現在中控室或在其它任何聯(lián)網(wǎng)的計算機上實(shí)時(shí)的綜合監控系統的運行狀態(tài)，可以在線(xiàn)實(shí)時(shí)準確的掌握各燃氣站的運行現狀（包括燃氣流量、儲罐液位等監控參數），完成緊急情況下的報警，實(shí)現對燃氣站進(jìn)行整體集中的管理，同時(shí)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和信息管理技術(shù)的應用提高了生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)效率和管理水平，實(shí)現優(yōu)化物料平衡，減少庫存和中間儲存，也實(shí)現了企業(yè)實(shí)時(shí)、準確、全面系統化的信息系統，為高層領(lǐng)導決策提供支持，提高了企業(yè)的綜合自動(dòng)化水平?！?