LNG/CNG站控系統解決方案

　　1.方案概述(即系統概述)

　　二十一世紀以來，國家對于環保的要求越來越高，天然氣由于燃燒清潔、儲量巨大，作為汽車燃料和供熱燃料技術的不斷成熟而受到青睞，使用越來越廣泛。其中，中小氣站以其投資少、見效快、服務靈活等特點，普遍為商家看好，發展迅速。目前我國CNG汽車已經超過10萬輛，CNG加氣站有400座左右。除了應用于天然氣汽車之外，在天然氣管網到達不了的城鎮，LNG/CNG站的應用也已迅速展開。

　　在LNG/CNG行業迅速發展的同時，由于站點分散，監管難度加大，加之許多地方管理工作相對薄弱滯后、控制手段落后，使得許多新建的LNG/CNG加氣站在經營管理、設備監控、安全生產等方面存在諸多漏洞和問題。組態王軟件作為國內領先的自動化軟件，可以為國內的LNG/CNG子站提供可靠的軟件平臺，構建安全高效的LNG/CNG站監控系統。LNG/CNG站控系統主要實現數據采集、設備監制、測量、參數調節以及各類信號報警。能夠為燃氣綜合監控系統提供及時、準確、可靠的管網運行工況數據，降低勞動強度、提高管理效益，使整個燃氣生產管理過程可視化、規范化、自動化、信息化。

　　2.系統需求

　　LNG/CNG站根據大小規模的不同設備流程稍有不同，典型的CNG加氣站系統工藝流程如圖一所示，一般包括以下幾個系統：輸氣計量控制系統、壓縮機組監控系統、凈化干燥監控系統、燃氣濃度報警系統。

　　對于LNG/CNG站來說，連續的壓力、溫度、儲氣量、燃氣濃度的檢測都十分重要，自動化系統的目的就是在中控室綜合監控系統的運行狀態，使整個系統處在較高的安全水平上，LNG/CNG系統自動控制需求為：

　　1)設備運行狀態顯示，工藝流程顯示。系統采集到的壓縮機前后壓力、儲罐壓力、儲罐液位、管道流量等各種數據，在顯示屏上以畫面、報表、圖像的形式動態顯示調壓的工藝過程、參數、設備狀態。顯示屏幕上可以顯示當前監測的數據，也可顯示歷史數據;顯示時，可以通過顏色變化、百分比、色標填充等手段增強畫面的可視性。

　　2)設備通訊功能。能夠通過以太網或無線數據通訊的方式實現與現場控制設備PLC、智能儀表等的通訊，實現穩定可靠的數據采集和控制。

　　3)數據展示、存儲、查詢。可進行最大值、最小值、平均值、偏差值、累計值和其它各種特殊的運算處理。并可根據需要，生成各類報表、趨勢曲線、實用圖表，包括實時報表、日報、月報、年報、各類趨勢曲線、棒(餅)狀圖等等。可以錄入天氣情況、值班人員、交接班日志、當日班故障分析及處理等信息，可完成各類報表的制作工作，并具有定時打印和隨機打印功能。

　　4)報警功能。要求系統具備壓力、溫度等參數高低限自動報警功能，能夠實現燃氣濃度自動檢測報警和連鎖控制功能，能進行實時報警提示，自動彈出報警畫面，能實現聲音報警通知，遠程信息報警通知提示，并能夠對歷史報警信息進行存儲，以方便進行查詢和打印。可以在系統運行過程中查看和修改各系統變量的報警參數。

　　5)操作安全權限管理。安全的權限管理，分配不同的操作權限，是生產操作在相應權限下進行，防止重要參數被誤修改，保證正常操作，禁止越權操作。對需要進行安全保護操作的工藝設備進行安全連鎖控制。

　　6)能夠提供客戶端遠程數據訪問功能。通過客戶端工具，通過網絡監控遠程設備運行狀態，確保遠程設備運行正常。在Internet網絡或局域網中將實時、歷史、報警等數據以集成的方式進行發布，使用戶可在IE中實現瀏覽。

　　7)站控系統擴展性。LNG/CNG站內設備結構比較簡單，后期增添設備情況較多，因此要求監控系統具有較高的可擴展性。另外，LNG/CNG站控系統作為燃氣綜合監控的一個子系統，需要向上級監控系統提供設備運行數據，使集團調度控制中心的調度和操作人員能通過工作站提供的LNG/CNG站內工藝過程的壓力、溫度、流量、燃氣消耗等信息，完成對燃氣整體的監控及運行管理。

　　3.解決方案

　　1.1系統設計/框架

　　LNG/CNG站控系統構成如圖1所示。現場監控設備為PLC和各類數據采集模塊，實現對站內各測量裝置、壓縮機、脫水凈化裝置、售氣機等的數據采集和控制。

　　上位配置四臺計算機，安裝Kingview組態軟件，分別配置為IO服務器，歷史記錄服務器，報警服務器，web發布服務器。兩臺上位機通過以太網相連接，作為IO服務器，正常時主機與PLC控制系統進行通訊，而主機發生異常時由從機與PLC控制系統通訊，數據同步備份，保證了數據一致和完整性，使生產安全穩定的運行。為了系統的更加安全可靠，系統配置一臺計算機專門作為報警服務器，產生報警和報警記錄。歷史記錄服務器，進行歷史數據記錄，提供數據查詢。Kingview客戶端可以作為工程師站進行整體監控，監控系統中所有的實時變量、報警信息和進行歷史數據查詢。系統配置了網絡發布功能，可以通過Kingview客戶端將工程數據發布到公網，工程人員可以在任何有網絡的地方實時查看現場設備運行和燃氣供應情況。

　　1.2系統功能

　　組態王是亞控科技根據當前的自動化技術的發展趨勢，面向自動化市場及應用，以實現企業一體化為目標開發的一套產品。該產品以搭建戰略性工業應用服務平臺為目標，為企業提供對生產流程進行數據匯總、分析及管理的有效平臺，使企業能夠有效獲取信息，及時做出反應，以獲得最優化的結果。

　　1) 畫面展示

　　組態王工具箱中提供了方便實用的繪圖工具，包括直線、折線、圓弧、矩形(方形)、圓角矩形、圓形(橢圓)等工具，組態王開發畫面中包含了大量預先建立好的組合圖形對象，比如控制按鈕、指示表、閥門、電機、泵、管路和其他標準工業元件。圖庫中的元素稱為“圖庫精靈”，使用“圖庫精靈”將極大地加快應用系統的構造。能夠在工程中開發出更加豐富多彩、生動逼真的畫面。

　　組態王工程畫面以動態的圖形和顏色區分實時顯示壓縮機、儲罐、管道、售氣機等主要設備的工作狀態，現場操作人員在操作室就可以及時了解設備的工況，降低危險系數。

　　2) 下位設備通訊

　　組態王目前能連接PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等上千種工業自動化設備。

　　在LNG/CNG站內燃氣設備的監控，常用的控制設備為PLC，常用的有西門子S7系列，三菱PLC、歐姆龍PLC，組態王通過串口通訊或以太網通訊方式，穩定高速的與設備進行數據交換。上位監控系統與PLC程序互相結合，將分散的設備集中到一起監控，實現集中監視、分散控制的安全操作。

　　除了串口、以太網連接方式，組態王還支持多種數據采集方式，支持GPRS/CDMA無線、ADSL有線等多種通訊方式，可以實現遠程設備監控。遠程控制終端RTU是一種直接連接到現場各種工業設備的開放的遠程控制終端，是為現場與各種遠端計算機系統之間提供遠程設備而設計的，體現了“測控分散，管理集中”的思想，是一個真正開放的、易于集成的系統。

　　3) 報表功能和數據存儲查詢

　　組態王為工程人員提供了豐富的報表函數，實現各種運算、數據轉換、統計分析、報表打印等。既可以制作實時報表，也可以制作歷史報表。組態王6.55版本，新增向導式報表功能，實現快速建立班報、日報、周報、月報、季報和年報表。

　　對于LNG/CNG站控系統，組態王能夠實現完整的設備運行數據記錄，對各設備運行數據壓力、溫度、濃度、閥門等能夠生成報表進行定時或實時打印存檔，對采集到的歷史數據存可以放到外部數據庫中，實現資料建檔追蹤，并可實現精確、方便、快捷的查詢。系統具備天燃氣流量計算、輸配優化調度管理功能，并可實現企業信息管理系統對接，實現數據交互。

　　4) 趨勢曲線顯示

　　組態王的實時數據和歷史數據除了在畫面中以值輸出的方式和以報表形式顯示外，還可以用曲線的形式顯示。組態王的曲線有趨勢曲線和超級X-Y曲線。

　　趨勢分析是控制軟件必不可少的功能，“組態王”對該功能提供了強有力的支持和簡單的控制方法，趨勢曲線可以分為實時曲線和歷史曲線。

　　實時曲線：一幅畫面可以有若干個趨勢曲線控件每個控件中可顯示4條繪圖區，每個繪圖區有4條Y軸，2條X軸每個繪圖區可以對應一個設備，反映這些參數的實時變化情況，另外也可對不同的設備的同個參數進行對比，從而實現數據的橫向與縱向對比。

　　歷史曲線：顯示某段時間內(幾秒鐘、幾分鐘、幾小時、幾天、幾個月甚至一年)的各種參數連續變化情況，歷史曲線參數和時間可由用戶自己任意選擇。用戶可以放大縮小時間軸，時間單位支持毫秒精度。

　　5) 報警顯示和記錄

　　組態王的實時報警信息通過報警窗口來顯示，利用報警窗口，操作者不但能及時查閱報警信息，而且可以確認報警、刪除報警、更改報警類型、事件類型、操作員、報警優先級、報警組、站點名和服務器名等信息。組態王配置了事件記錄功能，系統可以記錄操作人員登錄退出以及操作情況，并實現存儲、查詢和打印。

　　報警信息通過存儲到文件，輸出到數據庫和實時打印機打印三種方式進行記錄，并能實現各種條件下的查詢，實現生產過程的追蹤，方便設備的檢修和維護。

　　6) 安全管理，操作權限設置

　　LNG/CNG站的操作員都需要一定的技能培訓之后才能上崗，因此對于監控系統的安全權限要求較高，組態王采用分級和分區的雙重保護策略。應用系統中的每一個可操作元素都可以被指定保護級別(最大999級)和安全區(最多64個)，在系統中設立不同的安全操作等級，針對不同的操作者設置相應的加密等級，以保證設備的安全運行。系統可以設置幾種種用戶操作等級，例如操作員級，此級別智能對設備操作、監視、歷史數據查詢，不可以對數據庫進行管理以及修改工藝參數。管理員級別，可以使用本系統的所有功能，并能夠對操作員的權限進行在線管理。

　　7) 網絡功能和web發布

　　組態王基于網絡的概念，是一種真正的客戶/服務器模式，支持分布式歷史數據庫和分布式報警系統，可運行在基于TCP/IP網絡協議的網上，因此系統能夠實現上、下位機的擴展以及更高層次的企業級連網。

　　組態王全面支持網絡發布功能。IE瀏覽客戶端可以獲得與組態王運行系統相同的監控畫面，IE客戶端與Web服務器保持高效的數據同步，通過網絡可以實現在任何地方獲得與Web服務器上相同的畫面和數據顯示、報表顯示、報警顯示等，同時可以方便快捷的向各CNG站現場發布控制命令，實現實時控制的功能。

　　4.總結

　　組態王監控的LNG/CNG站智能監控系統能對壓縮機、測量設備、脫水凈化裝置、售氣機的運行數據進行實時監測和控制，可以及時了解現場設備的運行情況以及安全狀況，能夠實現系統緊急情況下的報警和連鎖控制，為CNG儲氣井的高效生產提供安全保障。實現了LNG/CNG站的集中監控，并且作為子系統可以向上級監控系統提供實時數據，實現了企業實時、有效、全面系統化的信息管理和監控，提高了企業的安全水平和綜合自動化水平。