一、概述
對一個燃氣站來說，連續的液位、壓力和溫度等監控點的監測十分重要。操作員需保證從中央控制室綜合監測系統的運行狀態，保護整個系統處在較高的安全水平上。當相關參數偏離正常范圍時，系統發送信號通知操作員采取糾正措施。本系統完成了現場數據的采集和處理，在CCR（中央控制室）實現現場各監控點運行狀態的實時監控，通過網絡能對系統的進行遠程監控。聯網實現分布在全國各地分散燃氣站點的集中監控，可以在線實時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，實現對燃氣站進行整體集中的管理，便于資源的優化配置，為全面實現企業信息化奠定基礎。
二、系統的總體結構方案
依據業主（華桑燃氣公司）委托，并根據儀表及工藝專業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。系統的整體結構方案如圖1所示，這種以標準的工業計算機軟、硬件平臺及網絡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、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等鮮明優點。系統可劃分為現場控制層、監控層、遠程監控與管理層三個層次結構。
現場控制層可由現場控制器PLC控制，實現對現場的設備進行數據采集、報警、控制、聯鎖等功能。
監控層采用組態軟件，若設備層采用的是儀表控制，則現場數據和狀態的采集通過PCI板卡完成（如本系統的武清子站），采集到的數據送入組態軟件的實時數據庫，經過適當數據處理，完成合適的畫面和組態設置。監控層對下連接控制層，對上連接管理層，實現對現場的實時監測與控制，在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的作用。
在遠程監控和管理層，利用數據采集系統得到的生產數據直接參與核算，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，把實際生產中的有關參數從數據庫中提取出來，然后按企業確定的核算公式進行計算，從而得到班組一定時間內的經濟效益及各崗位的費用支出，用戶可以根據需要定時打印班組核算表，并利用數據庫把相關參數保存起來，也可以通過WEB服務器上傳，實現遠程監控與管理功能。
三、系統的功能及實現
1、系統的功能
系統底層設備的控制、現場數據的采集和處理可由下位機完成，也可通過板卡完成數據的采集。系統具有流程及實時數據查看功能，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。總部有各子站流程圖及分布控制圖，在相應位置顯示各監控點參數，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.組態畫面總覽圖
圖3.流程總貌圖數據采集頻率從毫秒級到任意可調，以滿足不同通訊級別的要求。實現對每個參數的低低報警、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來，每個報警量可以顯示它的節點名、位號、描述、報警產生時間、報警消除時間、狀態、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，將發生故障情況下，根據實際運行情況與系統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控及時在主機上反映出故障原因并顯示自動處理后系統運行狀態。
趨勢顯示是帶有時間標志的一個數據圖表，顯示為時間函數的趨勢曲線。一個趨勢顯示能夠顯示數條不同顏色的趨勢曲線。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的，至多有8個參數的趨勢可顯示在同一畫面上，數據的采集頻率也是可調的，還可設置單獨的實時趨勢畫面，顯示當前時刻30分鐘內的實時數據。歷史趨勢可保存至少半年的數據.
可以查看壓力、溫度、流量等參數的實時和歷史趨勢圖。一幅趨勢圖中最多有8個參數的趨勢曲線，以不同的顏色來區分。
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。對于生產日報表，顯示了每個參數全天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
實時數據庫用于儲存最新采集的來自現場控制站，以及通過通訊控制網絡采集的其他系統的各種過程變量，這些數據可用于顯示的動態連接或實時報表。
通過PID運算，實現對各調節閥的控制。可以人為設定調壓值，使之對管線進行自動調壓，如圖四示。
圖4.調節閥的控制通過TCP/IP方式實現現場各監控點數據及畫面的遠程監視。網絡通信方式有多種包括：TCP/IP網絡通信、MODEM撥號通信和串口（RS232/422/485）通信等。
TCP/IP網絡協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絡上進行通信的能力。一臺PC機通過TCP/IP網絡可以和多個遠程計算機進行通信。在一個支持TCP/IP協議的網絡中（不論是局域網或是廣域網，Intranet還是Internet），各網絡結點之間可以進行數據通信，工作模式為“客戶/服務器”。提供的網絡服務程序NetClient和NetServer，分別運行于客戶端和服務器端，完成網絡通信功能。
圖5.TCP/IP通信MODEM撥號
圖6.撥號通信網絡中的每臺PC機安裝了組態軟件和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、系統功能的實現
各燃氣站采集系統可由ANCO系列雙機熱備PLC或通過PCI數據采集卡完成，中心監控系統由組態軟件ForceControl完成。
PLC控制系統采用ANCO GROUP的產品。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。應用的ANCO PLC 的OPEN_PLC是32位元CPU，I/O點數從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以太網端口；
中心控制系統的組態軟件是數據采集與過程控制的專用軟件，它處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，組態方式靈活多樣，可以提供友好的用戶開發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和完成監控層的各項功能，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絡系統結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統集成。
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、醫藥、環保等多個行業和領域的工業自動化、過程控制、管理監測、工業現場監視、遠程監視/遠程診斷、企業管理/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,一般的過程控制和設備保護功能由各現場站點內的底層控制設備自動執行,同時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,不直接介入各現場站控系統內的控制,負責各站點之間的協調控制，也可以直接介入站控系統進行控制操作處理。
獨立性原則:現場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系統的軟硬件各個部分或全部的故障不能影響各現場站點的控制和運行。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下達不同的控制指令,造成系統異常動作,應有控制優先權處理程序來處理此類指令。
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。
自動處理原則:一般在門站或調壓站等站內的事故和故障,在沒有及時得到中控室的響應時,應有現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果。故障或事故范圍較大,超出現場站的控制范圍時,由中控室協調處理,并做出相應的控制操作。
結論
本系統保護了整個燃氣站處在較高的運行安全水平上，實現在中控室或在其它任何聯網的計算機上實時的綜合監控系統的運行狀態，可以在線實時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，實現對燃氣站進行整體集中的管理，同時網絡技術和信息管理技術的應用提高了生產過程的生產效率和管理水平，實現優化物料平衡，減少庫存和中間儲存，也實現了企業實時、準確、全面系統化的信息系統，為高層領導決策提供支持，提高了企業的綜合自動化水平。
