李娜 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

氣田集氣站監(jiān)控系統(tǒng)

李娜 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

氣田集氣站監(jiān)控系統(tǒng)采用SixTRAK IPm RTU為主控制器，通過與現(xiàn)場儀表智能接口以及現(xiàn)場PLC S7—200進(jìn)行通信，將采集到的現(xiàn)場信號利用組態(tài)軟件InTouch顯示到站控室監(jiān)控器上，實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的參數(shù)監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)上位機軟件采用美國Wonderware公司研發(fā)的In-Touch組態(tài)軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控、報警管理、動態(tài)趨勢、遠(yuǎn)程控制及連鎖控制等功能。天然氣田集氣站監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定工作半年，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表、發(fā)電機以及壓縮機運行參數(shù)的實時監(jiān)控，具有對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理的功能。

監(jiān)控系統(tǒng)；PLC；InTouch組態(tài)軟件；Modbus協(xié)議；數(shù)據(jù)庫

傳統(tǒng)集氣站現(xiàn)場儀表多為指針式并且不具備智能接口，只能由現(xiàn)場技術(shù)員抄表，需要投入大量的人力，已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求。為此，開發(fā)了天然氣田集氣站監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Six TRAK IPm RTU為核心控制器，通過與現(xiàn)場儀表智能接口以及現(xiàn)場PLC S7—200進(jìn)行通信，將采集到的現(xiàn)場信號利用組態(tài)軟件InTouch顯示到站控室監(jiān)控器上，實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的參數(shù)監(jiān)控。

1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC結(jié)合上位機組態(tài)軟件以實現(xiàn)監(jiān)控功能，PLC選用SixTRAK IPm RTU。系統(tǒng)利用AI模塊采集溫度變送器和壓力變送器數(shù)據(jù)，采用Modbus協(xié)議采集流量計數(shù)據(jù)、發(fā)電機和壓縮機運行參數(shù)，并通過上位機組態(tài)軟件將數(shù)據(jù)清晰直觀地顯示出來，實現(xiàn)對集氣站運行參數(shù)的實時監(jiān)控。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

（1）硬件配置。監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC結(jié)合上位機組態(tài)軟件采集現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場實際I/O點數(shù)和類型需求對器件進(jìn)行選型，系統(tǒng)主要功能模塊選型見表1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

表1 主要功能模塊選型

（2）溫度監(jiān)測。溫度檢測選用溫度變送器，其LCD顯示屏可清晰地顯示溫度與壓力，支持4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號通信。信號通過通信電纜連接到PLC接線柜的AI模塊，CPU通過數(shù)據(jù)處理子程序?qū)?biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的壓力值和溫度值，來實現(xiàn)實時監(jiān)測功能。集氣站內(nèi)選用一體式溫度變送器，把-200～+1 600℃范圍內(nèi)的溫度信號轉(zhuǎn)換為二線制的電信號傳輸給顯示儀、調(diào)節(jié)器、記錄儀和DCS等，實現(xiàn)對溫度的精確測量和控制。

（3）壓力監(jiān)測。集氣站內(nèi)采用3051GP壓力變送器，它采用進(jìn)口擴散硅或芯體作為壓力檢測元件，傳感器信號經(jīng)高性能電子放大器轉(zhuǎn)換成4～20 mA統(tǒng)一輸出信號，變送器本身帶有LCD顯示屏可以進(jìn)行現(xiàn)場讀數(shù)。其原理與溫度變送器類似。

（4）流量監(jiān)測。集氣站采用天信儀表集團公司TDS系列智能旋進(jìn)流量計，它集流量、溫度、壓力檢測功能于一體，并能進(jìn)行溫度、壓力、壓縮因子自動補償，是石油化工行業(yè)氣體計量的理想儀表。該流量計采用LCD顯示總流量、標(biāo)況流量、工況流量、壓力和溫度，清晰直觀，讀數(shù)方便。

（5）發(fā)電機壓縮機運行參數(shù)監(jiān)控。集氣站通常分布在偏遠(yuǎn)無供電地區(qū)，所以需要自行發(fā)電供給集氣站用電設(shè)備。為保障站內(nèi)供電正常，集氣站采用兩臺發(fā)電機供電，其中一臺發(fā)電機為備用，并且每臺發(fā)電機均配備一套S7—200控制柜以實時監(jiān)控發(fā)電機參數(shù)，利用觸摸屏顯示發(fā)電機參數(shù)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

（1）下位機軟件設(shè)計。下位機設(shè)備采集終端為SixTRAK IPm RTU，系統(tǒng)軟件包含配置軟件SIXNET I/0 Tool Kit以及編程軟件ISaGRAF。首先，利用配置軟件設(shè)置控制器、I/O模塊、控制器通訊端口、串口參數(shù)和Onboard I/O等功能。其次，需要利用編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計以實現(xiàn)監(jiān)控功能。程序主要包括主程序、初始化、顯示和數(shù)據(jù)處理子程序。

（2）發(fā)電機S7—200分站軟件設(shè)計。發(fā)電機S7—200分站采用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)對發(fā)電機運行的自動控制，并應(yīng)用模擬屏顯示發(fā)電機運行的實時參數(shù)。集氣站監(jiān)控系統(tǒng)需要將發(fā)電機參數(shù)采集到站控室并顯示到上位機液晶屏上，為此需要實現(xiàn)Six-TRAK IPm RTU與S7—200 PLC之間通信。兩者之間通信采用Modbus for RTU通信協(xié)議，

（3）上位機軟件設(shè)計。監(jiān)控系統(tǒng)上位機軟件采用美國Wonderware公司研發(fā)的InTouch組態(tài)軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控、報警管理、動態(tài)趨勢、遠(yuǎn)程控制及連鎖控制等功能，它具有非常高的可靠性、穩(wěn)定性以及最大限度的開放性。為了與其他設(shè)備通信，InTouch提供了廣泛的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換接口——I/O Server，能方便地連接到各種控制設(shè)備，包括Siemens、Modicon等。

3 數(shù)據(jù)管理

天然氣田集氣站監(jiān)控系統(tǒng)利用上位機InTouch軟件的SQL接口與SQL Server 2005連接。SQL Server 2005是基于客戶/服務(wù)器模式（C/S模式）的新一代大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS），它是全面的、集成的、端到端的數(shù)據(jù)解決方案，具有操作簡單、功能強大以及界面友好的特點。監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)軟件并結(jié)合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對集氣站現(xiàn)場儀表參數(shù)、壓縮機以及發(fā)電運行參數(shù)的集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互以及冗余數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理的目標(biāo)。

4 結(jié)語

天然氣田集氣站監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定工作半年，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表、發(fā)電機以及壓縮機運行參數(shù)的實時監(jiān)控，具有對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理的功能。如果出現(xiàn)輸氣管線壓力過大，系統(tǒng)會自動報警，這樣可以及時對閥組區(qū)閥門采取手動控制，將天然氣輸送到其他集氣站，避免發(fā)生危險事故，本系統(tǒng)的穩(wěn)定運行為集氣站的安全生產(chǎn)提供了有力保障。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.044