CNG加氣站站控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要

摘　要：分析CNG加氣站站控系統(tǒng)的要求，探討了由現(xiàn)場(chǎng)變器、PLC、計(jì)算機(jī)組成的站控系統(tǒng)的功能。關(guān)鍵詞：CNG加氣站　站控系統(tǒng)　PLC　組態(tài)王軟件Design of Control System in CNG Fi

摘　要：分析CNG加氣站站控系統(tǒng)的要求，探討了由現(xiàn)場(chǎng)變器、PLC、計(jì)算機(jī)組成的站控系統(tǒng)的功能。

關(guān)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(lái)CNG行業(yè)迅速發(fā)展，由于站點(diǎn)分散，監(jiān)管難度大，加之許多地方管理工作相對(duì)薄弱，控制手段落后，使得許多CNG加氣站在經(jīng)營(yíng)管理、設(shè)備監(jiān)控、安全生產(chǎn)等方面存在諸多漏洞和問(wèn)題。

CNG加氣站站控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控、參數(shù)測(cè)量和調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警^[1]，能夠?yàn)槿細(xì)饩C合監(jiān)控系統(tǒng)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高管理效益，使整個(gè)燃?xì)馍a(chǎn)管理過(guò)程可視化、規(guī)范化、自動(dòng)化、信息化。組態(tài)王軟件作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的自動(dòng)化軟件，可以為CNG加氣站提供可靠的軟件平臺(tái)，構(gòu)建安全高效的CNG加氣站站控系統(tǒng)。

2　站控系統(tǒng)要求

對(duì)于CNG加氣站來(lái)說(shuō)，連續(xù)的壓力、溫度、儲(chǔ)氣量、站區(qū)燃?xì)鉂舛鹊臋z測(cè)都十分重要，自動(dòng)化系統(tǒng)的作用就是在中控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使整個(gè)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示，工藝流程顯示。系統(tǒng)采集壓縮機(jī)前后壓力、儲(chǔ)氣裝置壓力、管道流量等數(shù)據(jù)，在顯示屏上以畫(huà)面、報(bào)表、圖像的形式動(dòng)態(tài)顯示；顯示調(diào)壓的工藝過(guò)程、參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)。顯示屏上既可以顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，也可顯示歷史數(shù)據(jù)；顯示時(shí)，可以通過(guò)顏色變化、百分比、色標(biāo)填充等手段增強(qiáng)畫(huà)面的可視性。

②設(shè)備通信功能。能夠通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú)線數(shù)據(jù)通信的方式實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備PLC、智能儀表等的通信，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集和控制。

③數(shù)據(jù)展示、儲(chǔ)存、查詢?？蛇M(jìn)行最大值、最小值、平均值、偏差值、累計(jì)值和其他特殊的運(yùn)算處理?？筛鶕?jù)需要，生成各類報(bào)表、趨勢(shì)曲線、實(shí)用圖表，包括實(shí)時(shí)報(bào)表、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)、各類趨勢(shì)曲線、棒(餅)狀圖等等?？梢凿浫胩鞖馇闆r、值班人員、交接班日志、當(dāng)日班故障分析及處理等信息，并具有定時(shí)打印和隨機(jī)打印功能。

④報(bào)警功能。要求系統(tǒng)具備壓力、溫度等參數(shù)高低限自動(dòng)報(bào)警功能，能夠?qū)崿F(xiàn)站區(qū)燃?xì)鉂舛茸詣?dòng)檢測(cè)報(bào)警和連鎖控制功能，能進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警提示，自動(dòng)彈出報(bào)警畫(huà)面，能實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警通知，遠(yuǎn)程信息報(bào)警通知提示，并能夠?qū)v史報(bào)警信息進(jìn)行儲(chǔ)存，以便進(jìn)行查詢和打印。可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中查看和修改各系統(tǒng)變量的報(bào)警參數(shù)。

⑤操作安全權(quán)限管理。分配不同的操作權(quán)限，生產(chǎn)操作在相應(yīng)權(quán)限下進(jìn)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(duì)需要進(jìn)行安全保護(hù)操作的工藝設(shè)備進(jìn)行安全連鎖控制。

⑥能夠提供客戶端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能。憑借客戶端工具，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，確保遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行正常。在Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)中將實(shí)時(shí)、歷史、報(bào)警等數(shù)據(jù)以集成的方式進(jìn)行發(fā)布，用戶可以在IE中瀏覽。

⑦站控系統(tǒng)擴(kuò)展性。CNG加氣站站內(nèi)設(shè)備較少，后期增添設(shè)備情況較多，因此要求站控系統(tǒng)具有較高的可擴(kuò)展性。另外，CNG加氣站站控系統(tǒng)作為燃?xì)饩C合監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，需要向上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，使集團(tuán)公司調(diào)度控制中心的調(diào)度和操作人員能通過(guò)工作站提供的CNG加氣站站內(nèi)工藝過(guò)程的壓力、溫度、流量、燃?xì)鈨?chǔ)氣量等信息，完成對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)整體的監(jiān)控及運(yùn)行管理。

3　站控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3．1　系統(tǒng)組成

CNG加氣站控制系統(tǒng)分壓縮機(jī)控制系統(tǒng)、加氣機(jī)收費(fèi)管理系統(tǒng)、工藝管道控制系統(tǒng)、可燃?xì)怏w報(bào)警控制系統(tǒng)，4套系統(tǒng)相互結(jié)合以實(shí)現(xiàn)加氣站安全運(yùn)營(yíng)、平穩(wěn)加氣。前兩套系統(tǒng)由設(shè)備廠家配套提供，筆者只對(duì)后兩套系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。工藝管道控制系統(tǒng)和可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)由若干現(xiàn)場(chǎng)變送器、一臺(tái)PLC和4臺(tái)計(jì)算機(jī)組成。

3．2　系統(tǒng)功能

①現(xiàn)場(chǎng)變送器

現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度的采集，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA電信號(hào)傳至控制室PLC，現(xiàn)場(chǎng)變送器報(bào)警點(diǎn)及連鎖點(diǎn)根據(jù)工藝要求設(shè)定。CNG加氣站需要測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)有：脫水裝置進(jìn)口管道溫度、壓力，儲(chǔ)氣瓶組低、中、高壓管道壓力，壓縮機(jī)出口管道壓力、溫度等。當(dāng)事故或緊急狀況下，通過(guò)PLC緊急停止所有壓縮機(jī)。當(dāng)高、中、低壓儲(chǔ)氣瓶組壓力達(dá)到高報(bào)高控值時(shí)，控制室聲光報(bào)警，停止所有壓縮機(jī)。當(dāng)站區(qū)燃?xì)怏w積分?jǐn)?shù)達(dá)到20％爆炸下限時(shí)，控制室聲光報(bào)警，啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)軸流風(fēng)機(jī)；當(dāng)站區(qū)燃?xì)怏w積分?jǐn)?shù)達(dá)到50％爆炸下限時(shí)，控制室聲光報(bào)警，停止所有壓縮機(jī)。當(dāng)智能儀表所檢測(cè)的參數(shù)達(dá)不到工藝要求值時(shí)，PLC輸出觸點(diǎn)動(dòng)作(動(dòng)合或動(dòng)斷)，多路聲光報(bào)警器聲光報(bào)警，同時(shí)與該參數(shù)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)連鎖控制。

②PLC

PLC安裝于控制室內(nèi)，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?qū)崿F(xiàn)處理用戶特定任務(wù)所需要的所有功能。STEP7將用戶編寫(xiě)的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，使單個(gè)的程序部件標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)在塊內(nèi)或塊之間類似子程序的調(diào)用，使用戶程序結(jié)構(gòu)化，可以簡(jiǎn)化程序組成，使程序易于修改和調(diào)試。塊結(jié)構(gòu)顯著增加了PLC程序的透明性、可理解性和易維護(hù)性。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)變送器所檢測(cè)的參數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，PLC輸出觸點(diǎn)動(dòng)作(動(dòng)合或動(dòng)斷)，多路聲光報(bào)警器聲光報(bào)警，同時(shí)與該參數(shù)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)連鎖控制。

③計(jì)算機(jī)

本系統(tǒng)共配置4臺(tái)計(jì)算機(jī)，均安裝Kingview組態(tài)軟件(組態(tài)王軟件)，分別配置為IO服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、歷史記錄服務(wù)器、Web發(fā)布服務(wù)器，安裝于控制室內(nèi)。IO服務(wù)器與PLC控制系統(tǒng)通過(guò)Rs-485串口通信，使生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。報(bào)警服務(wù)器產(chǎn)生報(bào)警和提供報(bào)警記錄。歷史記錄服務(wù)器進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)記錄，提供數(shù)據(jù)查詢。Web發(fā)布服務(wù)器可以通過(guò)Kingview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(luò)的地方實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況。

Kingview組態(tài)軟件的功能有以下幾個(gè)方面。

畫(huà)面展示：畫(huà)面中包含了大量預(yù)先建立好的組合圖形對(duì)象，比如控制按鈕、指示儀表、閥門(mén)、電機(jī)、泵、管路和其他標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)元件。畫(huà)面以動(dòng)態(tài)的圖形和顏色區(qū)分實(shí)時(shí)顯示壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐、管道、加氣機(jī)等主要設(shè)備的工作狀態(tài)，操作人員在控制室就可以及時(shí)了解設(shè)備的工況，降低危險(xiǎn)系數(shù)。

下位設(shè)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(dòng)化設(shè)備。對(duì)CNG加氣站內(nèi)燃?xì)庠O(shè)備的監(jiān)控，常用的控制設(shè)備為S7系列PLC，Kingview組態(tài)軟件通過(guò)串口通信方式，穩(wěn)定高速地與設(shè)備進(jìn)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(shè)備集中到一起監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、分散控制。

報(bào)表功能和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存查詢：對(duì)于CNG加氣站站控系統(tǒng)，Kingview組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)完整的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，對(duì)各設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)如壓力、溫度、濃度、閥門(mén)狀態(tài)等能夠生成報(bào)表，進(jìn)行定時(shí)或?qū)崟r(shí)打印存檔，對(duì)采集到的歷史數(shù)據(jù)可以存放到外部數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)資料建檔追蹤，并可實(shí)現(xiàn)精確、方便、快捷的查詢。

趨勢(shì)曲線顯示：Kingview組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)可以用曲線的形式顯示。Kingview組態(tài)軟件的曲線有趨勢(shì)曲線和超級(jí)X-Y，曲線。

安全操作權(quán)限設(shè)置：CNG加氣站的操作員需要進(jìn)行一定的技能培訓(xùn)之后才能上崗，因此對(duì)于站控系統(tǒng)的安全權(quán)限要求較高，Kingview組態(tài)軟件采用分級(jí)和分區(qū)的雙重保護(hù)策略。系統(tǒng)中的每一個(gè)可操作元素都可以被指定保護(hù)級(jí)別(最大999級(jí))和安全區(qū)(最多64個(gè))，在系統(tǒng)中設(shè)立不同的安全操作等級(jí)，針對(duì)不同的操作者設(shè)置相應(yīng)的加密等級(jí)，以保證設(shè)備的安全運(yùn)行。系統(tǒng)可以設(shè)置幾種用戶操作等級(jí)，例如操作員級(jí)，此級(jí)別只能對(duì)設(shè)備操作、監(jiān)視、史數(shù)據(jù)查詢，不可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理以及修改工藝參數(shù)；管理員級(jí)別，可以使用本系統(tǒng)的所有功能，并能夠?qū)Σ僮鲉T的權(quán)限進(jìn)行在線管理。