摘　要：分析CNG加氣站站控系統(tǒng)的要求，探討了由現(xiàn)場變器、PLC、計算機組成的站控系統(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(jīng)營管理、設(shè)備監(jiān)控、安全生產(chǎn)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(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控、參數(shù)測量和調(diào)節(jié)以及各類信號報警^[1]，能夠為燃?xì)饩C合監(jiān)控系統(tǒng)提供及時、準(zhǔn)確、可靠的運行工況數(shù)據(jù)，降低勞動強度，提高管理效益，使整個燃?xì)馍a(chǎn)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(nèi)領(lǐng)先的自動化軟件，可以為CNG加氣站提供可靠的軟件平臺，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

對于CNG加氣站來說，連續(xù)的壓力、溫度、儲氣量、站區(qū)燃?xì)鉂舛鹊臋z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(shè)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(shù)據(jù)，在顯示屏上以畫面、報表、圖像的形式動態(tài)顯示；顯示調(diào)壓的工藝過程、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(biāo)填充等手段增強畫面的可視性。

②設(shè)備通信功能。能夠通過以太網(wǎng)或無線數(shù)據(jù)通信的方式實現(xiàn)與現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備PLC、智能儀表等的通信，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、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?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?？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)站區(qū)燃?xì)鉂舛茸詣訖z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(yuǎn)程信息報警通知提示，并能夠?qū)v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(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(shè)備進行安全連鎖控制。

⑥能夠提供客戶端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問功能。憑借客戶端工具，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備運行狀態(tài)，確保遠(yuǎn)程設(shè)備運行正常。在Internet網(wǎng)絡(luò)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，用戶可以在IE中瀏覽。

⑦站控系統(tǒng)擴展性。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)的一個子系統(tǒng)，需要向上級監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備運行數(shù)據(jù)，使集團公司調(diào)度控制中心的調(diào)度和操作人員能通過工作站提供的CNG加氣站站內(nèi)工藝過程的壓力、溫度、流量、燃?xì)鈨饬康刃畔?，完成對燃?xì)庀到y(tǒng)整體的監(jiān)控及運行管理。

3　站控系統(tǒng)設(shè)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?xì)怏w報警控制系統(tǒng)，4套系統(tǒng)相互結(jié)合以實現(xiàn)加氣站安全運營、平穩(wěn)加氣。前兩套系統(tǒng)由設(shè)備廠家配套提供，筆者只對后兩套系統(tǒng)進行設(shè)計。工藝管道控制系統(tǒng)和可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)由若干現(xiàn)場變送器、一臺PLC和4臺計算機組成。

3．2　系統(tǒng)功能

①現(xiàn)場變送器

現(xiàn)場變送器實現(xiàn)對現(xiàn)場壓力、溫度的采集，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成4～20mA電信號傳至控制室PLC，現(xiàn)場變送器報警點及連鎖點根據(jù)工藝要求設(shè)定。CNG加氣站需要測量的現(xiàn)場參數(shù)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(dāng)事故或緊急狀況下，通過PLC緊急停止所有壓縮機。當(dāng)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(dāng)站區(qū)燃?xì)怏w積分?jǐn)?shù)達到20％爆炸下限時，控制室聲光報警，啟動現(xiàn)場軸流風(fēng)機；當(dāng)站區(qū)燃?xì)怏w積分?jǐn)?shù)達到50％爆炸下限時，控制室聲光報警，停止所有壓縮機。當(dāng)智能儀表所檢測的參數(shù)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(shù)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備動作，實現(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將用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，使單個的程序部件標(biāo)準(zhǔn)化。通過在塊內(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、可理解性和易維護性。

當(dāng)現(xiàn)場變送器所檢測的參數(shù)達到設(shè)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(shù)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備動作，實現(xiàn)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(wù)器、報警服務(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Rs-485串口通信，使生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行。報警服務(wù)器產(chǎn)生報警和提供報警記錄。歷史記錄服務(wù)器進行歷史數(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)的地方實時查看現(xiàn)場設(shè)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備的工作狀態(tài)，操作人員在控制室就可以及時了解設(shè)備的工況，降低危險系數(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)自動化設(shè)備。對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)軟件通過串口通信方式，穩(wěn)定高速地與設(shè)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(shè)備集中到一起監(jiān)控，實現(xiàn)集中監(jiān)視、分散控制。

報表功能和數(shù)據(jù)儲存查詢：對于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)備運行數(shù)據(jù)記錄，對各設(shè)備運行數(shù)據(jù)如壓力、溫度、濃度、閥門狀態(tài)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)可以存放到外部數(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。

趨勢曲線顯示：Kingview組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)可以用曲線的形式顯示。Kingview組態(tài)軟件的曲線有趨勢曲線和超級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行一定的技能培訓(xùn)之后才能上崗，因此對于站控系統(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(shè)立不同的安全操作等級，針對不同的操作者設(shè)置相應(yīng)的加密等級，以保證設(shè)備的安全運行。系統(tǒng)可以設(shè)置幾種用戶操作等級，例如操作員級，此級別只能對設(shè)備操作、監(jiān)視、史數(shù)據(jù)查詢，不可以對數(shù)據(jù)庫進行管理以及修改工藝參數(shù)；管理員級別，可以使用本系統(tǒng)的所有功能，并能夠?qū)Σ僮鲉T的權(quán)限進行在線管理。

參考文獻：

[1]吳佩英．LNG汽車加氣站技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)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(shè)計院有限公司

  煙臺龍源電力技術(shù)股份有限公司