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[图文]天然气调压站智能监控系统的实现           ★★★ 【字体:
天然气调压站智能监控系统的实现
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2007-3-20    

0 前言
  SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制)系统,其良好的开放性,方便的软硬件组合,完善的硬件支持,强大的通讯功能,友好的人机界面,可以组成功能全面的监控系统。较之传统的DCS集散控制系统在功能上各有所长,但在系统的可扩展性、通讯功能和价格上有无可比拟的优势。
  天然气是一种优质的清洁能源,发达国家天然气在能源结构中的战略地位早已确立。其利用领域极为广泛,诸如化学工业原料、工业燃料、商业及民用燃料、汽车燃料、集中供热与发电等,是主要的一次性消耗能源之一。我国“西气东输”计划的制定与实施,足见国家对天然气利用的重视,我国虽然起步较晚,但发展势头强劲。
  在天然气输配管网监视系统的建设中,有很长一段时间我们是全套引进外国的设备和监控系统。这样的结果是价格昂贵、核心技术不能了解,系统开放性差,造成生产数据很难再进一步挖掘开发到以后建设的上一级管理系统,用户选择设备的空间小,软件界面不很符合国人的习惯等一系列不易解决的问题。我们开发的城市天然气调压站智能监控系统就是针对以上不足,使系统具有高可靠性、高性价比、易操作性等优点,达到“四遥”(遥测、遥调、遥讯、遥控)功能。

1 监控系统的要求
1)具备实时远程数据传输通讯功能,生产数据实时传输到指挥调度中心;
2)完善的安全监视及安全防范措施。生产数据自动录入实时分布式数据库;
3)系统具有开放性,与上一级应用的联网收费系统、地理信息系统和办公自动化系统实现无逢连接,为生产决策提供依据;
4)系统具有完善的冗余措施;
5)支持多通讯协议;
6)友好易用的中文人机界面;
7)采用模块化结构,灵活的工业组态,便于维护、扩充和升级;
8)高性能价格比。

2 监控系统的软硬件结构
  采用三级监控:指挥调度中心、站级监控、现场级监控,各级之间采用多种通讯方式,这样可以实现集中管理、分散控制的目的,保证监控的实时性,同时还可以避免一个站点出问题影响到其它站点,有效合理的分散系统风险,提高系统整体稳定性。

2.1 系统配置
  为确保监控系统的安全性和可靠性,本系统所有硬件均采用工业级产品和符合燃气行业标准的设备。
SCADA主机:工控机(P4 1.8GHz/256M/40G/工业PCI 485卡)
数据采集设备:GE 90-30系列PLC和VersaMax作RTU;
电源系统:正常市电 + APC UPS(4kVA,2小时)+ 柴油发电机
系统软件:Microsoft Windows Server 2000
工业组态软件:Intellution iFix 3.0 中文版
开发工具软件:Borland DELPHI 6.0




2.2 硬件接口
  现场仪表传送的信号除了标准的4~20mA模拟量信号、PT-100热电阻温度信号、24VDC直流开关量信号还有通过RS-485通讯的数字编码信号。燃气行业对防爆要求较高,每一信号回路都必须装防爆安全栅。
1)压力、差压信号为4~20mA模拟量信号,直接通过4~20mA安全隔离栅进入PLC或RTU的4~20mA模拟量输入模块。
2)PT-100热电阻信号根据点数的多少有两种方法接入:点数少时,选用带信号转换功能的热电阻变送器或选用热电阻信号安全隔离栅,变换为4~20mA标准信号接入,这样不用再购买价格较贵的RTD温度信号输入模块;点数较多时,选用专用温度信号输入的RTD输入模块,这样可以直接接入热电阻信号,不用每路都加变送器。当然这些都是从节约成本来考虑,性能上差别不大。
3)流量信号孔板流量计出来的是4~20mA差压信号,按4~20mA标准信号处理。大多数涡轮流量计都提供4~20mA的流量信号,但不少国外进口的只提供脉冲信号或RS-232/485信号,由于RS-232/485信号可以在一路信号线上传送多个参数,且是数字编码信号,不易受外界干扰,所以国内的一些智能涡轮流量计厂家已同时提供RS-232/485信号接口。我们可以通过DDE(动态数据交换)或OPC(OLE for Process Control,对象链接和嵌入技术在过程控制上的应用)方式,在SCADA主机上安装DDE Server或OPC Server,就可以将信号采集到iFix组态软件。
4)阀位开关量信号经24VDC开关隔离栅接入24VDC开关量输入模块。
5)可燃气体泄漏报警,信号先接入其专用控制器,再由控制器送出24VDC报警信号到PLC的开关量输入模块。
6)PLC与SCADA主机之间的连接可以通过RS-232/485串口,也可以通过以太网接口,使用串口通讯只能进行一对一的通讯方式,而以太网口可以进行一对多的通讯方式。考虑到系统的可扩展性,我们采用100M以太网连接。

2.3 远程通讯
1)远程RTU接入SCADA系统
有两种方法:一种是在主PLC加装RTU通讯模块,由RTU通讯模块对远程RTU进行连接。优点是连接成功后,可以象读写本地PLC地址单元一样操作,缺点是RTU通讯模块价格较贵,参数设置烦琐;另一种是直接通过RS-232口连接到SCADA主机,用工业组态软件的modbus通讯访问远程RTU,这种方式组态方式灵活,实现成本低。
两种接入方法对传输介质都有较好的支持,都支持直连、无线、电话拨号等连接方式,但在RTU从站数量较多的情况下,用modbus连接就具有较大的优势。

2)远程访问SCADA系统
SCADA系统采集的数据需要上传到上一级管理系统,供其它系统访问。我们使用的是以太网通讯协议,所以只要符合以太网通讯协议的通讯方式都可以使用,比如,光纤、铜缆、双绞线、无线、专用和公用数据网等。考虑到传送的数据量大小、数据的可靠性和通讯成本,我们选择向电信局租用64k的DDN专线的方式,连接到指挥调度中心机房的100M以太网上。

3 软件编制
  软件开发以Intellution公司的iFix 3.0组态软件为核心,Borland公司的Delphi 6.0为开发工具。iFix组态软件以通讯功能强、硬件支持丰富等特点在工控界享有盛誉,Delphi软件则是一种优秀的软件开发工具,对硬件、通讯、数据库、代码优化等方面的都有较好表现。
  本系统从编程技术分三部分实现
3.1 iFix组态软件开发
  安装与硬件对应的I/O Driver,由于iFix对硬件的支持很好,因此,几乎常用的PLC都有其专用的驱动程序,远程RTU则使用modbus驱动程序,在iFix的驱动程序配置中很容易完成。接着在iFix的I/O点定义中,根据现场仪表的量程,配置好设备点,定义与PLC和RTU输入/输出点对应关系,数据量程转换和报警极限,数据登录数据库的时间等内容。
  良好的中文人机界面是监控系统的重要功能,本系统设计的操作界面有:
●现场工艺界面,显示门站的管道设备工艺,并实时显示重要工艺参数;
●实时参数界面,兼顾操作人员的操作习惯,将所有工艺参数以传统表格的形式显示出来;
●趋势图,分实时趋势图和历史趋势图,实时趋势图反映某一参数或某组参数当前变化的趋势,历史趋势图则反映过去每一时间或时间段的参数变化趋势;
●供电状况图,以供电电路图的方式,通过对各单元回路的供电信号检测,确定某一控制单元或设备的正常供电、发电机供电、工作或停用等状态,实时显示各控制单元的供电状态;
●报警窗口,监控系统发生报警时,根据预先设定的报警级别高低和优先级,将报警信息以中文的形式显示在报警窗口。对于重要参数的报警,还以语音的方式同时发出报警信号。所有报警信号必须经操作人员手动确认后,才会从报警列表中除去,否则,曾经发生报警的信息将一直保持在报警列表中;
●查询/报表窗口,查询功能以间隔10分钟,对2年内的历史数据进行连续查询显示,报表功能将在下面进行介绍。
●在每一界面的公共区,均能显示比如进出口压力、温度、流量等重要工艺参数,以及最近的一条报警信息。
  可靠性是工业控制的一个重要指标,对于系统正常停机,在下一次开机事,数据必须恢复到停机时的状态;对于异常停机,比如某种原因造成的突然系统停电,监控系统突然崩溃等灾难性突发事件,下一次开机时,系统通过灾难故障恢复机制,可以把数据自动恢复到停机前的最近整半时刻的状态。数据每月以文本文件形式,备份到备份文件中,形成档案数据。对报警、操作员操作记录、权限等都通过日志进行登记,方便事后分析。

3.2 硬件接口程序开发
  智能涡轮流量计使用RS-485接口,由于厂家无法提供DDE Server或OPC Server驱动程序,我们根据厂家提供的与流量计通讯的命令格式,用Delphi编程语言开发了该设备的DDE Server驱动程序。当然,只要加上OPC开发工具包也可以开发出OPC Server,主要从成本考虑,DDE方式也完全满足需要,我们没有必要再购买OPC开发工具包。本驱动程序在系统启动时,自动后台运行。

3.3 中文报表开发
  中文报表是本系统的一大特色,对于常用的组态软件,不论其它功能多么全面,对于国人的思维习惯,其自身的报表功能始终无法满足我们复杂、二维的中式报表要求。
  开发中根据用户提出的报表式样,使用Delphi语言,结合Microsoft Excel 2000强大的电子表格功能,开发了符合国人习惯的中文报表模块,嵌入到iFix系统中。实时计算天然气的瞬时标方流量、总累计量和累计加臭量。每天8:00整,计算出上日输气量,并按每1小时统计一次生成上一天生产日报表。每月一日,计算出上月输气总量,日均输气量,最大压力、最小压力、平均压力、最高温度,最低温度、平均温度等数据,生成生产月报表。所有报表都可以通过打印机打印出来,完全可以取代手工记录的报表。

4 系统特点
1)可选择软硬件的空间大,在我们提供的推荐配置基础上,用户可以根据自己的资金和实际情况,在组态软件、现场仪表、数据采集器等软硬件方面,选择不同档次的产品进行软硬件的集成,充分尊重用户的意愿。
2)系统开放性强,可以与上一级应用的联网收费系统、地理信息系统和办公自动化系统实现无逢连接,为更深层次的数据挖掘,打好基础。
3)以人为本的操作,友好的人机界面,完全符合国人思维和操作习惯。

5 结束语
  “天然气调压站智能监控系统”作为我们建设的“城市燃气综合信息系统”( 在2001年国家级火炬计划项目认定会上,被认定为国家级火炬计划项目,并成为科技部重点推荐的“技术水平高、市场前景好”的64个项目之一。)的一个子系统,已成功运用于甘肃、青海、内蒙的多个天然气门站、调压站以及储配站上,为天然气输配管网监控系统的国产化之路提供了可借鉴的经验。




参考文献
[1] 王森,《仪表常用数据手册》,化学工业出版社,2000.4。
[2] 焦留成,《供配电设计手册》,中国计划出版社,1999.7。
[3]《系列90-30/20/Micro可编程控制器参考手册》,GE Fanuc Automation。
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