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前言
    天然氣管網監測管理系統是一項綜合性系統工程，通過下位機采集現場溫度、壓力、瞬時流量，然后對流量進行運算，運算的數據和結果，通過生產控制網送到上位機，上位機接收后對現場的實時數據及運算結果進行處理、顯示、存儲，并可根據管理需要將這些數據繪制成曲線，通過分析比較做出相應的提示，同時還可根據各用戶各項參數的特殊要求進行超限報警及各類表格的打印，并且可實現辦公網數據共享。該系統具有安裝方便，操作簡單，使用起來靈活可靠，下游用戶數量可任意擴展，天然氣管網運行信息能及時反饋的特點，能實現天然氣管網集中調度，天然氣管網運行分析，提高天然氣管網的管理水平。
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。自治區充分利用這一資源優勢，建設了一批能夠對自治區經濟起提升和帶動作用的工業項目。
    長寧長輸天然氣管道全線采用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數據采集與監視控制）系統管理。采用三級監控：指揮調度中心、站級監控、現場級監控，各級之間采用多種通訊方式，這樣可以實現集中管理、分散控制的目的，保證監控的實時性，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風險，提高系統整體穩定性。全線監控系統要求：
    具備實時遠程數據傳輸通訊功能，生產數據實時傳輸到指揮調度中心；
    完善的安全監視及安全防范措施。生產數據自動錄入實時分布式數據庫；
    系統具有開放性，與上一級應用的聯網收費系統、地理信息系統和辦公自動化系統實現無逢連接，為生產決策提供依據；
    系統具有完善的冗余措施；
    支持多通訊協議；
    友好易用的中文人機界面；
    采用模塊化結構，靈活的工業組態，便于維護、擴充和升級；
    高性能價格比。
二、長輸天然氣智能監控系統的實現
1、網絡硬件系統結構
    基于長輸天然氣智能監控系統的要求，設計了一種高可靠性的實時遠程監控系統。為確保監控系統的安全性和可靠性，本系統所有硬件均采用工業級產品和符合燃氣行業標準的設備。本監控系統網絡硬件系統結構如圖一。
該網絡監視系統硬件設備主要由4臺CISCO路由器和5臺交換機、兩臺HP企業級服務器、8臺HP工業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。控制器通過控制網絡DH+和I/O通訊。上位PC機通過以太網通訊模板與PLC5/30進行通訊，并可用來修改用戶邏輯、系統設置、故障查詢、狀態監視和I/O的強制。
2、現場信號采集和監視
    長輸天然氣管道監視控制系統主要采集和監視工藝現場的壓力、差壓、溫度、流量、閥門和可燃氣體監視探頭等。燃氣行業對防爆要求較高，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：本系統工藝區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，傳輸到PLC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、監視控制系統通訊
    通訊實現天然氣長輸管道智能監控的神經中樞，為了確保通訊系統的可靠性，本系統通訊工程從設備選型和設計方案都特別重視。
1）廣域網
    本系統控制中心選用一臺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連接組成生產監視控制廣域網，其中三個場站使用公司內部專網（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系統實時監控。
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、系統數據結構和軟件編制
    系統數據庫結構由數據源、數據管理、數據集成、數據應用4個層次。其中數據源是實時來自PLC采集的生產工藝區的生產數據；數據管理指生產數據在數據庫中的數據保存、備份、交換和共享；數據集成指各種數據基于Web的集成；數據應用指用戶在本地和遠程對數據庫中數據的訪問和利用。具體結構如圖二。
    本系統服務器端以WINNT4.0 Server為操作系統，安裝微軟SQL Server數據庫、工控軟件CITECT5.2和OFFICE2000等；其它終端為WINNT4.0 Workstation。本系統的系統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組態軟件RLOGIX。
1、CITECT是世界領先的工業自動化軟件之一，以它的可靠性和靈活性著名。Citect 作為 Microsoft 的合作伙伴已經超過十年。 主要特點：
1）快速系統開發：直接從 PLC 程序級輸入標簽定義，可以有效地縮短開發時間。這一功能節約大量組態時間，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，并保護數據的完整性。
2）全面網絡支持：不管是模擬Modem撥號上網，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連接方式，PSTN、ISDN、ADSL、FTTB、DDN，甚至是 Cable Modem ， Citect 通過透明化網絡之間物理連接，使得站與站之間的過程數據交換暢通無阻。
3）靈活修改系統：利用第三方應用程序增加系統功能；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 的方式擴展系統的功能。
本系統設計的操作界面主要有：
    ●現場工藝界面，顯示門站的管道設備工藝，并實時顯示重要工藝參數；
    ●實時參數界面，兼顧操作人員的操作習慣，將所有工藝參數以傳統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或某組參數當前變化的趨勢，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、發電機供電、工作或停用等狀態，實時顯示各控制單元的供電狀態；
    ●報警窗口，監控系統發生報警時，根據預先設定的報警級別高低和優先級，將報警信息以中文的形式顯示在報警窗口。對于重要參數的報警，還以語音的方式同時發出報警信號。所有報警信號必須經操作人員手動確認后，才會從報警列表中除去，否則，曾經發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年內的歷史數據進行連續查詢顯示，報表功能將在下面進行介紹。
2、PLC控制程序
    本系統在PLC控制程序應用RLOGIX在WINDOWS環境下方便的對PLC進行編成。主要由常規參數采集、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據采集等模塊組成。
3、中文報表開發
    中文報表是本系統的一大特色，開發中使用了常規的二維的報表式樣，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數據接口，簡單方便的開發了符合國人習慣的中文報表模塊，嵌入到CITECT系統中。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小時統計一次生成上一天生產日報表。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、平均溫度等數據，生成生產月報表。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。由于系統設計中選用較先進的技術及設備，在通訊上使用專線，實現了通訊的良好的效果，不論是在降低投資還是整個網絡正常運行，及以后進一步擴展中都起到重要作用。另外本系統維修量較低，長期運行相當可靠，系統管理功能上選用最新的計算機語言，操作簡便，畫面清晰，除顯示實時監測數據外，還有分析提示功能、技術資料查詢登記功能，確保歷史數據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數據共享，更大的發揮了資源利用率。該系統為寧夏回族自治區的發展取得了良好的經濟效益和社會效益。