摘　要：分析CNG加氣站站控系統(tǒng)的要求，探討了由現場變器、PLC、計算機組成的站控系統(tǒng)的功能。

關鍵詞：CNG加氣站　站控系統(tǒng)　PLC　組態(tài)王軟件

Design of Control System in CNG Filling Station

Abstract：The requirements of the station control system in CNG filling station are analyzed．The functions of the station control system composed of site transmitter，PLC and computers are discussed．

Key words：CNG filling station；station control system；programmable logic controller(PLC)；Kingview software

1　概述

近年來CNG行業(yè)迅速發(fā)展，由于站點分散，監(jiān)管難度大，加之許多地方管理工作相對薄弱，控制手段落后，使得許多CNG加氣站在經營管理、設備監(jiān)控、安全生產等方面存在諸多漏洞和問題。

CNG加氣站站控系統(tǒng)主要實現數據采集、設備監(jiān)控、參數測量和調節(jié)以及各類信號報警^[1]，能夠為燃氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供及時、準確、可靠的運行工況數據，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(guī)范化、自動化、信息化。組態(tài)王軟件作為國內領先的自動化軟件，可以為CNG加氣站提供可靠的軟件平臺，構建安全高效的CNG加氣站站控系統(tǒng)。

2　站控系統(tǒng)要求

對于CNG加氣站來說，連續(xù)的壓力、溫度、儲氣量、站區(qū)燃氣濃度的檢測都十分重要，自動化系統(tǒng)的作用就是在中控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使整個系統(tǒng)處在較高的安全水平上。CNG加氣站站控系統(tǒng)的要求如下。

①設備運行狀態(tài)顯示，工藝流程顯示。系統(tǒng)采集壓縮機前后壓力、儲氣裝置壓力、管道流量等數據，在顯示屏上以畫面、報表、圖像的形式動態(tài)顯示；顯示調壓的工藝過程、參數、設備狀態(tài)。顯示屏上既可以顯示當前監(jiān)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設備通信功能。能夠通過以太網或無線數據通信的方式實現與現場監(jiān)控設備PLC、智能儀表等的通信，實現穩(wěn)定可靠的數據采集和控制。

③數據展示、儲存、查詢?？蛇M行最大值、最小值、平均值、偏差值、累計值和其他特殊的運算處理?？筛鶕枰?，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，并具有定時打印和隨機打印功能。

④報警功能。要求系統(tǒng)具備壓力、溫度等參數高低限自動報警功能，能夠實現站區(qū)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儲存，以便進行查詢和打印?？梢栽谙到y(tǒng)運行過程中查看和修改各系統(tǒng)變量的報警參數。

⑤操作安全權限管理。分配不同的操作權限，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能夠提供客戶端網絡數據訪問功能。憑借客戶端工具，通過網絡監(jiān)控遠程設備運行狀態(tài)，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(fā)布，用戶可以在IE中瀏覽。

⑦站控系統(tǒng)擴展性。CNG加氣站站內設備較少，后期增添設備情況較多，因此要求站控系統(tǒng)具有較高的可擴展性。另外，CNG加氣站站控系統(tǒng)作為燃氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，需要向上級監(jiān)控系統(tǒng)提供設備運行數據，使集團公司調度控制中心的調度和操作人員能通過工作站提供的CNG加氣站站內工藝過程的壓力、溫度、流量、燃氣儲氣量等信息，完成對燃氣系統(tǒng)整體的監(jiān)控及運行管理。

3　站控系統(tǒng)設計方案

3．1　系統(tǒng)組成

CNG加氣站控制系統(tǒng)分壓縮機控制系統(tǒng)、加氣機收費管理系統(tǒng)、工藝管道控制系統(tǒng)、可燃氣體報警控制系統(tǒng)，4套系統(tǒng)相互結合以實現加氣站安全運營、平穩(wěn)加氣。前兩套系統(tǒng)由設備廠家配套提供，筆者只對后兩套系統(tǒng)進行設計。工藝管道控制系統(tǒng)和可燃氣體報警系統(tǒng)由若干現場變送器、一臺PLC和4臺計算機組成。

3．2　系統(tǒng)功能

①現場變送器

現場變送器實現對現場壓力、溫度的采集，并將模擬信號轉換成4～20mA電信號傳至控制室PLC，現場變送器報警點及連鎖點根據工藝要求設定。CNG加氣站需要測量的現場參數有：脫水裝置進口管道溫度、壓力，儲氣瓶組低、中、高壓管道壓力，壓縮機出口管道壓力、溫度等。當事故或緊急狀況下，通過PLC緊急停止所有壓縮機。當高、中、低壓儲氣瓶組壓力達到高報高控值時，控制室聲光報警，停止所有壓縮機。當站區(qū)燃氣體積分數達到20％爆炸下限時，控制室聲光報警，啟動現場軸流風機；當站區(qū)燃氣體積分數達到50％爆炸下限時，控制室聲光報警，停止所有壓縮機。當智能儀表所檢測的參數達不到工藝要求值時，PLC輸出觸點動作(動合或動斷)，多路聲光報警器聲光報警，同時與該參數相關聯(lián)的設備動作，實現連鎖控制。

②PLC

PLC安裝于控制室內，PLC編程軟件選用STEP7，用戶程序由用戶在STEP7中生成，然后下載到PLC的CPU。用戶程序實現處理用戶特定任務所需要的所有功能。STEP7將用戶編寫的程序和程序所需的數據放置在塊中，使單個的程序部件標準化。通過在塊內或塊之間類似子程序的調用，使用戶程序結構化，可以簡化程序組成，使程序易于修改和調試。塊結構顯著增加了PLC程序的透明性、可理解性和易維護性。

當現場變送器所檢測的參數達到設定值時，PLC輸出觸點動作(動合或動斷)，多路聲光報警器聲光報警，同時與該參數相關聯(lián)的設備動作，實現連鎖控制。

③計算機

本系統(tǒng)共配置4臺計算機，均安裝Kingview組態(tài)軟件(組態(tài)王軟件)，分別配置為IO服務器、報警服務器、歷史記錄服務器、Web發(fā)布服務器，安裝于控制室內。IO服務器與PLC控制系統(tǒng)通過Rs-485串口通信，使生產安全穩(wěn)定運行。報警服務器產生報警和提供報警記錄。歷史記錄服務器進行歷史數據記錄，提供數據查詢。Web發(fā)布服務器可以通過Kingview客戶端將工程數據發(fā)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情況。

Kingview組態(tài)軟件的功能有以下幾個方面。

畫面展示：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、指示儀表、閥門、電機、泵、管路和其他標準工業(yè)元件。畫面以動態(tài)的圖形和顏色區(qū)分實時顯示壓縮機、儲罐、管道、加氣機等主要設備的工作狀態(tài)，操作人員在控制室就可以及時了解設備的工況，降低危險系數。

下位設備通信：Kingview組態(tài)軟件可連接PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等工業(yè)自動化設備。對CNG加氣站內燃氣設備的監(jiān)控，常用的控制設備為S7系列PLC，Kingview組態(tài)軟件通過串口通信方式，穩(wěn)定高速地與設備進行數據交換。上位監(jiān)控系統(tǒng)與PLC程序互相結合，將分散的設備集中到一起監(jiān)控，實現集中監(jiān)視、分散控制。

報表功能和數據儲存查詢：對于CNG加氣站站控系統(tǒng)，Kingview組態(tài)軟件能夠實現完整的設備運行數據記錄，對各設備運行數據如壓力、溫度、濃度、閥門狀態(tài)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可以存放到外部數據庫中，實現資料建檔追蹤，并可實現精確、方便、快捷的查詢。

趨勢曲線顯示：Kingview組態(tài)軟件的實時數據和歷史數據可以用曲線的形式顯示。Kingview組態(tài)軟件的曲線有趨勢曲線和超級X-Y，曲線。

安全操作權限設置：CNG加氣站的操作員需要進行一定的技能培訓之后才能上崗，因此對于站控系統(tǒng)的安全權限要求較高，Kingview組態(tài)軟件采用分級和分區(qū)的雙重保護策略。系統(tǒng)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(qū)(最多64個)，在系統(tǒng)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(tǒng)可以設置幾種用戶操作等級，例如操作員級，此級別只能對設備操作、監(jiān)視、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(tǒng)的所有功能，并能夠對操作員的權限進行在線管理。

參考文獻：

[1]吳佩英．LNG汽車加氣站技術的發(fā)展與應用[J]．煤氣與熱力，2003，23(10)：629-630．

本文作者：宋曉麗  張劍鵬  李政堯  谷平

作者單位：中交煤氣熱力研究設計院有限公司

  煙臺龍源電力技術股份有限公司