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前言
    天然氣管網(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)是一項綜合性系統(tǒng)工程，通過下位機采集現(xiàn)場溫度、壓力、瞬時流量，然后對流量進行運算，運算的數(shù)據(jù)和結果，通過生產(chǎn)控制網(wǎng)送到上位機，上位機接收后對現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)及運算結果進行處理、顯示、存儲，并可根據(jù)管理需要將這些數(shù)據(jù)繪制成曲線，通過分析比較做出相應的提示，同時還可根據(jù)各用戶各項參數(shù)的特殊要求進行超限報警及各類表格的打印，并且可實現(xiàn)辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)共享。該系統(tǒng)具有安裝方便，操作簡單，使用起來靈活可靠，下游用戶數(shù)量可任意擴展，天然氣管網(wǎng)運行信息能及時反饋的特點，能實現(xiàn)天然氣管網(wǎng)集中調(diào)度，天然氣管網(wǎng)運行分析，提高天然氣管網(wǎng)的管理水平。
一、概述
    長寧長輸天然氣管道管線長273.13公里，設有三場站、10個緊急自動切斷閥室，跨越陜甘寧三省，是寧夏回族自治區(qū)的重點工程之一。自1999年通氣運營以來，截至去年底，擁有11個用戶，共計完成輸氣13.5億標準立方米，相當于為寧夏輸入135萬噸石油。自治區(qū)充分利用這一資源優(yōu)勢，建設了一批能夠?qū)ψ灾螀^(qū)經(jīng)濟起提升和帶動作用的工業(yè)項目。
    長寧長輸天然氣管道全線采用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)管理。采用三級監(jiān)控：指揮調(diào)度中心、站級監(jiān)控、現(xiàn)場級監(jiān)控，各級之間采用多種通訊方式，這樣可以實現(xiàn)集中管理、分散控制的目的，保證監(jiān)控的實時性，同時還可以避免一個站點出問題影響到其它站點，有效合理的分散系統(tǒng)風險，提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。全線監(jiān)控系統(tǒng)要求：
    具備實時遠程數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街笓]調(diào)度中心；
    完善的安全監(jiān)視及安全防范措施。生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動錄入實時分布式數(shù)據(jù)庫；
    系統(tǒng)具有開放性，與上一級應用的聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)實現(xiàn)無逢連接，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)；
    系統(tǒng)具有完善的冗余措施；
    支持多通訊協(xié)議；
    友好易用的中文人機界面；
    采用模塊化結構，靈活的工業(yè)組態(tài)，便于維護、擴充和升級；
    高性能價格比。
二、長輸天然氣智能監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
1、網(wǎng)絡硬件系統(tǒng)結構
    基于長輸天然氣智能監(jiān)控系統(tǒng)的要求，設計了一種高可靠性的實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)。為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性，本系統(tǒng)所有硬件均采用工業(yè)級產(chǎn)品和符合燃氣行業(yè)標準的設備。本監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡硬件系統(tǒng)結構如圖一。
該網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)硬件設備主要由4臺CISCO路由器和5臺交換機、兩臺HP企業(yè)級服務器、8臺HP工業(yè)計算機和可編成邏輯控制器（PLC）等組成。
    控制器選用A-B公司的PLC5/30可編程控制器。為了提高系統(tǒng)的可靠性，控制單元采用冗余配置，每個控制單元由1塊控制卡PLC5/30、2塊模擬量輸入模板、1塊以太網(wǎng)通訊模板、2塊電源卡1771-PWR組成。共有2層輸入、輸出卡。每層I/O由1塊和控制單元通訊的遠程I/O適配卡1771-ASB (REMOTE I/O ADAPTER MODULE)、2塊電源卡1771-PWR、6塊16通道開關量輸入卡IBD和4塊16通道開關輸出卡OBD組成?？刂破魍ㄟ^控制網(wǎng)絡DH+和I/O通訊。上位PC機通過以太網(wǎng)通訊模板與PLC5/30進行通訊，并可用來修改用戶邏輯、系統(tǒng)設置、故障查詢、狀態(tài)監(jiān)視和I/O的強制。
2、現(xiàn)場信號采集和監(jiān)視
    長輸天然氣管道監(jiān)視控制系統(tǒng)主要采集和監(jiān)視工藝現(xiàn)場的壓力、差壓、溫度、流量、閥門和可燃氣體監(jiān)視探頭等。燃氣行業(yè)對防爆要求較高，每一信號回路都必須裝防爆安全柵。
1）壓力、差壓信號為4～20mA模擬量信號，直接通過4～20mA安全隔離柵進入PLC的4～20mA模擬量輸入模塊。
2）PT-100熱電阻信號選用專用溫度信號輸入的RTD輸入模塊。
3）流量信號：本系統(tǒng)工藝區(qū)流量計有孔板和渦輪兩種，孔板流量計的信號采集是通過采集孔板絕壓、溫度和上下游的差壓信號，傳輸?shù)絇LC框架中的AGA2000流量計算機實時計算所得；渦輪流量計是通過PLC框架中的脈沖（ CMF）模板實時采集渦輪流量計的高頻脈沖信號，然后有PLC編成計算而得。
4）閥位開關量信號經(jīng)24VDC開關隔離柵接入24VDC開關量輸入模塊。
5）可燃氣體泄漏報警，信號先接入美國塞克塞斯可燃氣體檢測控制器，再由控制器送出24VDC報警信號到PLC的開關量輸入模塊。
3、監(jiān)視控制系統(tǒng)通訊
    通訊實現(xiàn)天然氣長輸管道智能監(jiān)控的神經(jīng)中樞，為了確保通訊系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)通訊工程從設備選型和設計方案都特別重視。
1）廣域網(wǎng)
    本系統(tǒng)控制中心選用一臺CISCO3600路由器、2臺CISCO 3524交換機；場站選用一臺CISCO2610路由器、1臺CISCO 2924交換機。通訊線路采用了租用中國電信專用光纖DDN信道，把控制中心、三場站和11個最終用戶的局域網(wǎng)連接組成生產(chǎn)監(jiān)視控制廣域網(wǎng)，其中三個場站使用公司內(nèi)部專網(wǎng)（如圖一），11個用戶主要采用撥號、直連的模式。從而保證了全線生產(chǎn)系統(tǒng)實時監(jiān)控。
2）PLC和 SCADA
    為了確保PLC和 SCADA之間的通訊的可靠性和易使用維護，我們摒棄了常用的DH+和1785通訊卡通訊的模式，而采用了大家都熟悉以太網(wǎng)的模式，使得所有的PLC 的管理都能可以向讀本地PLC地址單元一樣操作。
三、系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構和軟件編制
    系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結構由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)應用4個層次。其中數(shù)據(jù)源是實時來自PLC采集的生產(chǎn)工藝區(qū)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)管理指生產(chǎn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)保存、備份、交換和共享；數(shù)據(jù)集成指各種數(shù)據(jù)基于Web的集成；數(shù)據(jù)應用指用戶在本地和遠程對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的訪問和利用。具體結構如圖二。
    本系統(tǒng)服務器端以WINNT4.0 Server為操作系統(tǒng)，安裝微軟SQL Server數(shù)據(jù)庫、工控軟件CITECT5.2和OFFICE2000等；其它終端為WINNT4.0 Workstation。本系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件選用了澳大利亞知名工控軟件CITECT5.2和美國AB公司的PLC組態(tài)軟件RLOGIX。
1、CITECT是世界領先的工業(yè)自動化軟件之一，以它的可靠性和靈活性著名。Citect 作為 Microsoft 的合作伙伴已經(jīng)超過十年。 主要特點：
1）快速系統(tǒng)開發(fā)：直接從 PLC 程序級輸入標簽定義，可以有效地縮短開發(fā)時間。這一功能節(jié)約大量組態(tài)時間，同時消除記錄錯誤，
到快速、便捷和準確。 Citect 可以自動更新標簽，確保與控制器同步進行，并保護數(shù)據(jù)的完整性。
2）全面網(wǎng)絡支持：不管是模擬Modem撥號上網(wǎng)，還是寬帶接入， Citect 都能應用自如。 Citect 支持當前幾乎所有的上網(wǎng)連接方式，PSTN、ISDN、ADSL、FTTB、DDN，甚至是 Cable Modem ， Citect 通過透明化網(wǎng)絡之間物理連接，使得站與站之間的過程數(shù)據(jù)交換暢通無阻。
3）靈活修改系統(tǒng)：利用第三方應用程序增加系統(tǒng)功能；靈活的 ActiveX 擴展功能利用加入 ActiveX 容器技術， Citect 的用戶可以通過將一些諸如文件，錄影和分析應用模塊的“對象”直接嵌入 Citect 的方式擴展系統(tǒng)的功能。
本系統(tǒng)設計的操作界面主要有：
    ●現(xiàn)場工藝界面，顯示門站的管道設備工藝，并實時顯示重要工藝參數(shù)；
    ●實時參數(shù)界面，兼顧操作人員的操作習慣，將所有工藝參數(shù)以傳統(tǒng)表格的形式顯示出來；
    ●趨勢圖，分實時趨勢圖和歷史趨勢圖，實時趨勢圖反映某一參數(shù)或某組參數(shù)當前變化的趨勢，歷史趨勢圖則反映過去每一時間或時間段的參數(shù)變化趨勢；
    ●供電狀況圖，以供電電路圖的方式，通過對各單元回路的供電信號檢測，確定某一控制單元或設備的正常供電、發(fā)電機供電、工作或停用等狀態(tài)，實時顯示各控制單元的供電狀態(tài)；
    ●報警窗口，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生報警時，根據(jù)預先設定的報警級別高低和優(yōu)先級，將報警信息以中文的形式顯示在報警窗口。對于重要參數(shù)的報警，還以語音的方式同時發(fā)出報警信號。所有報警信號必須經(jīng)操作人員手動確認后，才會從報警列表中除去，否則，曾經(jīng)發(fā)生報警的信息將一直保持在報警列表中；
    ●查詢/報表窗口，查詢功能以間隔10分鐘，對2年內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進行連續(xù)查詢顯示，報表功能將在下面進行介紹。
2、PLC控制程序
    本系統(tǒng)在PLC控制程序應用RLOGIX在WINDOWS環(huán)境下方便的對PLC進行編成。主要由常規(guī)參數(shù)采集、AGA2000流量計模板模塊、閥門自動控制模塊、電源模板采集模塊和色譜分析儀表數(shù)據(jù)采集等模塊組成。
3、中文報表開發(fā)
    中文報表是本系統(tǒng)的一大特色，開發(fā)中使用了常規(guī)的二維的報表式樣，使用SQL語言，結合Microsoft Excel 2000強大的電子表格功能和CITECT 軟件開放的ODBC數(shù)據(jù)接口，簡單方便的開發(fā)了符合國人習慣的中文報表模塊，嵌入到CITECT系統(tǒng)中。實時計算天然氣的瞬時標方流量、總累計量。每天7：00整，計算出上日輸氣量，并按每1小時統(tǒng)計一次生成上一天生產(chǎn)日報表。每月一日，計算出上月輸氣總量，日均輸氣量，最大壓力、最小壓力、平均壓力、最高溫度，最低溫度、平均溫度等數(shù)據(jù)，生成生產(chǎn)月報表。所有報表都可以通過打印機打印出來，完全可以取代手工記錄的報表。
四、 結束語
    此系統(tǒng)通過幾年的運行，由小到大不斷擴大，功能不斷完善，運行狀況良好。由于系統(tǒng)設計中選用較先進的技術及設備，在通訊上使用專線，實現(xiàn)了通訊的良好的效果，不論是在降低投資還是整個網(wǎng)絡正常運行，及以后進一步擴展中都起到重要作用。另外本系統(tǒng)維修量較低，長期運行相當可靠，系統(tǒng)管理功能上選用最新的計算機語言，操作簡便，畫面清晰，除顯示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)外，還有分析提示功能、技術資料查詢登記功能，確保歷史數(shù)據(jù)長期保存及資料的隨時查詢，并且能夠打印各種圖表及通過服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，更大的發(fā)揮了資源利用率。該系統(tǒng)為寧夏回族自治區(qū)的發(fā)展取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。