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一、概述
近年來，國家對于環(huán)境的質(zhì)量的要求越來越高，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(shù)的不斷成熟而受到青睞，使用越來越廣泛。
在LNG/CNG行業(yè)迅速發(fā)展的同時，由于站點分散，監(jiān)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(jīng)營管理、設備監(jiān)控、安全生產(chǎn)等方面存在諸多漏洞和問題。紫金橋組態(tài)軟件作為國內(nèi)領先的自動化軟件，可以為國內(nèi)的LNG/CNG子站提供可靠的軟件平臺，構(gòu)建安全高效的LNG/CNG站監(jiān)控系統(tǒng)。LNG/CNG站控系統(tǒng)主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備監(jiān)制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警。能夠為燃氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供及時、準確、可靠的管網(wǎng)運行工況數(shù)據(jù)，降低勞動強度、提高管理效益，使整個燃氣生產(chǎn)管理過程可視化、規(guī)范化、自動化、信息化。
二、系統(tǒng)需求
LNG/CNG站根據(jù)大小規(guī)模的不同設備流程稍有不同，典型的CNG加氣站系統(tǒng)工藝流程如圖一所示，一般包括以下幾個系統(tǒng)：輸氣計量控制系統(tǒng)、壓縮機組監(jiān)控系統(tǒng)、凈化干燥監(jiān)控系統(tǒng)、燃氣濃度報警系統(tǒng)。
對于LNG/CNG站來說，連續(xù)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(tǒng)的目的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，LNG/CNG系統(tǒng)自動控制需求為：
（1）設備運行狀態(tài)顯示，工藝流程顯示。系統(tǒng)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(shù)據(jù)，在顯示屏上以畫面、報表、圖像的形式動態(tài)顯示調(diào)壓的工藝過程、參數(shù)、設備狀態(tài)。顯示屏幕上可以顯示當前監(jiān)測的數(shù)據(jù)，也可顯示歷史數(shù)據(jù)；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(wǎng)或無線數(shù)據(jù)通訊的方式實現(xiàn)與現(xiàn)場控制設備PLC、智能儀表等的通訊，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集和控制。
（3）數(shù)據(jù)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(jù)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(tǒng)具備壓力、溫度等參數(shù)高低限自動報警功能，能夠?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)聲音報警通知，遠程信息報警通知提示，并能夠?qū)v史報警信息進行存儲，以方便進行查詢和打印。可以在系統(tǒng)運行過程中查看和修改各系統(tǒng)變量的報警參數(shù)。
（5）操作安全權(quán)限管理。安全的權(quán)限管理，分配不同的操作權(quán)限，是生產(chǎn)操作在相應權(quán)限下進行，防止重要參數(shù)被誤修改，保證正常操作，禁止越權(quán)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(shù)據(jù)訪問功能。通過客戶端工具，通過網(wǎng)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(wǎng)絡或局域網(wǎng)中將實時、歷史、報警等數(shù)據(jù)以集成的方式進行發(fā)布，使用戶可在IE中實現(xiàn)瀏覽。
三、解決方案
（1）系統(tǒng)設計/框架
現(xiàn)場監(jiān)控設備為PLC和各類數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)對站內(nèi)各測量裝置、壓縮機、脫水凈化裝置、售氣機等的數(shù)據(jù)采集和控制。上位配置四臺計算機，安裝紫金橋監(jiān)控組態(tài)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(fā)布服務器。兩臺上位機通過以太網(wǎng)相連接，作為IO服務器，正常時主機與PLC控制系統(tǒng)進行通訊，而主機發(fā)生異常時由從機與PLC控制系統(tǒng)通訊，數(shù)據(jù)同步備份，保證了數(shù)據(jù)一致和完整性，使生產(chǎn)安全穩(wěn)定的運行。為了系統(tǒng)的更加安全可靠，系統(tǒng)配置一臺計算機專門作為報警服務器，產(chǎn)生報警和報警記錄。歷史記錄服務器，進行歷史數(shù)據(jù)記錄，提供數(shù)據(jù)查詢。
紫金橋組態(tài)軟件客戶端可以作為工程師站進行整體監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)中所有的實時變量、報警信息和進行歷史數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)配置了網(wǎng)絡發(fā)布功能，可以通過紫金橋客戶端將工程數(shù)據(jù)發(fā)布到公網(wǎng)，工程人員可以在任何有網(wǎng)絡的地方實時查看現(xiàn)場設備運行和燃氣供應情況。
（2）系統(tǒng)功能
1）畫面展示
紫金橋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，紫金橋開發(fā)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(yè)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(tǒng)的構(gòu)造。能夠在工程中開發(fā)出更加豐富多彩、生動逼真的畫面。
紫金橋工程畫面以動態(tài)的圖形和顏色區(qū)分實時顯示壓縮機、儲罐、管道、售氣機等主要設備的工作狀態(tài)，現(xiàn)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(shù)。
2）下位設備通訊
紫金橋目前能連接PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等自動化主流設備。在LNG/CNG站內(nèi)燃氣設備的監(jiān)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，紫金橋通過串口通訊或以太網(wǎng)通訊方式，穩(wěn)定高速的與設備進行數(shù)據(jù)交換。上位監(jiān)控系統(tǒng)與PLC程序互相結(jié)合，將分散的設備集中到一起監(jiān)控，實現(xiàn)集中監(jiān)視、分散控制的安全操作。
除了串口、以太網(wǎng)連接方式，紫金橋還支持多種數(shù)據(jù)采集方式，支持GPRS/CDMA無線、ADSL有線等多種通訊方式，可以實現(xiàn)遠程設備監(jiān)控。遠程控制終端RTU是一種直接連接到現(xiàn)場各種工業(yè)設備的開放的遠程控制終端，是為現(xiàn)場與各種遠端計算機系統(tǒng)之間提供遠程設備而設計的，體現(xiàn)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(tǒng)。
3）報表功能和數(shù)據(jù)存儲查詢
紫金橋為工程人員提供了豐富的報表函數(shù)，實現(xiàn)各種運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)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。紫金橋6.5版本的自由報表可輕松實現(xiàn)班報、日報、周報、月報、季報和年報表。
對于LNG/CNG站控系統(tǒng)，紫金橋能夠?qū)崿F(xiàn)完整的設備運行數(shù)據(jù)記錄，對各設備運行數(shù)據(jù)壓力、溫度、濃度、閥門等能夠生成報表進行定時或?qū)崟r打印存檔，對采集到的歷史數(shù)據(jù)存可以放到外部數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)資料建檔追蹤，并可實現(xiàn)精確、方便、快捷的查詢。系統(tǒng)具備天燃氣流量計算、輸配優(yōu)化調(diào)度管理功能，并可實現(xiàn)企業(yè)信息管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
4）趨勢曲線顯示
紫金橋的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)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。趨勢分析是控制軟件必不可少的功能，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。
5）報警顯示和記錄
紫金橋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(yōu)先級、報警組、站點名和服務器名等信息。紫金橋配置了事件記錄功能，系統(tǒng)可以記錄操作人員登錄退出以及操作情況，并實現(xiàn)存儲、查詢和打印。
報警信息通過存儲到文件，輸出到數(shù)據(jù)庫和實時打印機打印三種方式進行記錄，并能實現(xiàn)各種條件下的查詢，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的追蹤，方便設備的檢修和維護。
6）安全管理，操作權(quán)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(jiān)控系統(tǒng)的安全權(quán)限要求較高，紫金橋采用分級和分區(qū)的雙重保護策略。應用系統(tǒng)中的每一個可操作元素都可以被指定保護級別和安全區(qū)，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。
7）網(wǎng)絡功能和web發(fā)布
紫金橋基于網(wǎng)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(shù)據(jù)庫和分布式報警系統(tǒng)，可運行在基于TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議的網(wǎng)上，因此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機的擴展以及更高層次的企業(yè)級連網(wǎng)。
紫金橋全面支持網(wǎng)絡發(fā)布功能。IE瀏覽客戶端可以獲得與運行系統(tǒng)相同的監(jiān)控畫面，IE客戶端與Web服務器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過網(wǎng)絡可以實現(xiàn)在任何地方獲得與Web服務器上相同的畫面和數(shù)據(jù)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(xiàn)場發(fā)布控制命令，實現(xiàn)實時控制的功能。
四、總結(jié)
紫金橋監(jiān)控的LNG/CNG站智能監(jiān)控系統(tǒng)能對壓縮機、測量設備、脫水凈化裝置、售氣機的運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和控制，可以及時了解現(xiàn)場設備的運行情況以及安全狀況，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)緊急情況下的報警和連鎖控制，為站內(nèi)燃氣的高效生產(chǎn)提供安全保障。實現(xiàn)了LNG/CNG站的集中監(jiān)控，并且作為子系統(tǒng)可以向上級監(jiān)控系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了企業(yè)實時、有效、全面系統(tǒng)化的信息管理和監(jiān)控，提高了企業(yè)的安全水平和綜合自動化水平。
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