王彥回

摘要：壓縮站是煤層氣輸送的一個重要環(huán)節(jié)。當前，在壓縮站生產(chǎn)過程中，存在生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)繁雜、消息交互困難、人員工作量大等問題。為此，針對壓縮站現(xiàn)場設備多樣、數(shù)據(jù)量大等特點，圍繞壓縮站管理的切實需求，對壓縮站站控系統(tǒng)及其關鍵技術進行了深入研究，并以SIMENS S7-200系列PLC為核心，開發(fā)了一套站控系統(tǒng)。

關鍵詞：壓縮站；站控系統(tǒng)；PLC；組態(tài)王

中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：16723198（2015）04016202

1概述

我國煤層氣開發(fā)利用已經(jīng)進入了高速發(fā)展階段，壓縮站擔負著煤層氣壓縮、輸送的職責，但是壓縮站的管理還停止不前，處于傳統(tǒng)方式上，大量的操作需要人工手動完成，繁雜的數(shù)據(jù)需要人工抄錄傳遞。隨著我國煤層氣工藝的快速發(fā)展和規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)管理模式弊端盡顯，生產(chǎn)運行實際和人員配置問題突顯，已經(jīng)很難適應現(xiàn)在壓縮站發(fā)展的要求。目前，壓縮站存在以下問題：

（1）公司的煤層氣井分布范圍廣泛，所以壓縮站設計也比較分散，生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)處于分散的狀態(tài)。而且，壓縮站數(shù)據(jù)量龐大，但收集方式處于原始的手工抄錄階段，沒有很好的集中處理。

（2）各個壓縮站采用設備不盡相同，技術方案亦不相同，每個系統(tǒng)均有自己的數(shù)據(jù)管理方式，所以各個系統(tǒng)之間的信息交換頗為困難。

（3）壓縮站生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理沒有有效的結合起來。目前各壓縮站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)只掌握在現(xiàn)場操作、管理人員手中，管理層次的人員需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)需要奔波數(shù)公里，甚至幾十公里到達現(xiàn)場才能掌握運行狀態(tài)，效率十分低下。同時各級管理、維護人員也不能及時掌握現(xiàn)場設備預警信息，同時也存在著安全隱患。

綜合上述，壓縮站目前的管理模式是：人員定時巡檢、人員晝夜在崗、數(shù)據(jù)人工手動抄錄、設備手動排污等等。而隨著數(shù)字化概念的興起，為了降低員工勞動強度、減少勞動力、精簡運行管理成本，降低壓縮站安全運行風險，對已建成的壓縮站利用現(xiàn)代化數(shù)字技術進行升級改造，進行數(shù)字化建設，實現(xiàn)壓縮站的集中監(jiān)控運行。

2站控系統(tǒng)要求

根據(jù)壓縮站的工藝流程和實際生產(chǎn)情況，其對站控系統(tǒng)的功能需求如下：

（1）上位機顯示屏上以畫面、報表等形勢顯示設備運行狀態(tài)。并通過色彩的變化，顏色的填充使得畫面更具有可視性。

（2）實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的存儲與查詢，并能夠形成報表，提供報表的轉存與打印。

（3）提供報警功能。系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)的超限能夠自動識別，并提供聲光報警提示。

（4）通信功能。多個站點的數(shù)據(jù)能夠實現(xiàn)共享與互訪。

（5）系統(tǒng)擴展性。壓縮站在后期的運行中有可能會增添設備，或者新建壓縮站，所以要求站控系統(tǒng)具備良好的可擴展性。

3站控系統(tǒng)設計方案

煤層氣壓縮站站控系統(tǒng)由壓縮機控制系統(tǒng)、高壓脫水控制系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)以及上位機軟件系統(tǒng)組成。4套系統(tǒng)相互配合實現(xiàn)壓縮站安全、平穩(wěn)運行。

3.1壓縮機控制系統(tǒng)與高壓脫水控制系統(tǒng)

壓縮機與高壓脫水裝置已配置有控制系統(tǒng)，其使用西門子S7-200 PLC作為控制核心。為了能夠將原有的系統(tǒng)接入到壓縮站控制系統(tǒng)中，需要在原有設備中增設通信模塊。

為了方便組網(wǎng)，并使系統(tǒng)具備更好的擴展性能，采用工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡。西門子S7-200系列PLC自身不具備以太網(wǎng)接頭，因此要組成以太網(wǎng)必須配備以太網(wǎng)模塊CP234-1 IT。

CP 243-1是一種通訊處理器，設計用于在S7-200自動化系統(tǒng)中運行。它可用于將S7-200系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)（IE）中。CP 243-1通訊處理器還可用于實現(xiàn)S7低端性能產(chǎn)品的以太網(wǎng)通信。因此，可以使用STEP 7 Micro/WIN 32對S7-200進行遠程組態(tài)、編程和診斷。

要實現(xiàn)S7-200的以太網(wǎng)通信，首先要對S7-200進行設置，并利用STEP7-Micro/WIN的“以太網(wǎng)向導”生成通信，以下為具體步驟：

（1）首先建立STEP7-Micro/WIN與S7-200之間的通信。

通過PLC編程電纜將PLC與計算機鏈接起來，啟動編程軟件。在“PC/PPI（PPI）”選項中，點擊屬性，選中“USB”接口。在通信界面中，雙擊“刷新”，找到“CPU 226 CN”，點擊確定。

（2）打開“以太網(wǎng)向導”。

啟動“以太網(wǎng)向導”，點擊“讀取模塊”，找到模塊位置。指定模塊IP地址與子網(wǎng)掩碼，模塊連接類型指定為自動檢測通信。指定命令字節(jié)和連接數(shù)目，由于站控系統(tǒng)是上位機與PLC直接通信，PLC直接不相互通信，所以連接數(shù)設定為1。配置連接，將“遠程屬性”設置為“10.00”，再將IP地址設定為上位機IP地址。啟用CRC保護。分配配置內(nèi)存，通過“建議地址”自動生成。單擊“完成”按鈕，完成以太網(wǎng)向導配置。

完成對PLC的組態(tài)后，組態(tài)王就可以通過以太網(wǎng)訪問PLC，并獲取設備的運行數(shù)據(jù)。

3.2環(huán)境控制系統(tǒng)

環(huán)境控制系統(tǒng)是對生產(chǎn)現(xiàn)場的瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測的系統(tǒng)，當系統(tǒng)監(jiān)測到現(xiàn)場瓦斯?jié)舛瘸瑯?，則啟動現(xiàn)場軸流風機，對現(xiàn)場強制通風，并通過氣動執(zhí)行器關閉進站閥門，切斷進站氣源。壓縮機會因失去進氣壓力而被迫停機，但高壓脫水裝置不會停機，這樣存在一定的安全隱患。

為了使環(huán)境控制系統(tǒng)更加完善、安全，在原有的環(huán)境控制系統(tǒng)中，增設一臺西門子S7-200PLC。這臺PLC用來采集各個瓦斯探頭監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，而輸出端輸出緊急停機指令，并將緊急停機指令與所有的壓縮機和高壓脫水裝置的緊急停機指令關聯(lián)。同樣的在這臺PLC上安裝以太網(wǎng)模塊CP234-1 IT，使其具備以太網(wǎng)通信功能。這樣，當任意瓦斯探頭監(jiān)測到工作現(xiàn)場瓦斯?jié)舛雀哂诒ㄏ孪?0%，PLC能以發(fā)出緊急停機指令，使壓縮機與高壓脫水同時緊急停機。

3.3上位機軟件系統(tǒng)

本系統(tǒng)配備一臺工控機，工控機上安裝組態(tài)王軟件。使用組態(tài)王完成上位機軟件的功能。組態(tài)王軟件通過工業(yè)以太網(wǎng)訪問系統(tǒng)中的各個PLC，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能。并通過軟件設計，借由組態(tài)王的畫面組態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示、存儲、查詢、報表生成和報警功能。

組態(tài)王軟件通過通信組態(tài)、變量組態(tài)、圖形組態(tài)、功能組態(tài)完成對壓縮站現(xiàn)場的描述，最后在界面上生成監(jiān)控系統(tǒng)，對現(xiàn)場參數(shù)進行監(jiān)控。

通信組態(tài)是在組態(tài)王中定義各個PLC，將PLC作為組態(tài)王的外部設備。變量組態(tài)是將外部設備中的寄存器數(shù)據(jù)作為組態(tài)王的變量，這些變量結合在組態(tài)王中被稱為數(shù)據(jù)詞典。完成以上兩步，組態(tài)王即可應用各個PLC中的數(shù)據(jù)。

圖形組態(tài)就是用圖形畫面來模擬實際生產(chǎn)現(xiàn)場和相應的控制設備。用組態(tài)王系統(tǒng)開發(fā)的應用工程是以畫面為程序的顯示單位，畫面顯示在程序實際運行時的Windows窗口中。畫面上的各種圖形元素通過“動畫連接”實現(xiàn)與變量組態(tài)的關聯(lián)關系。

壓縮站在公司分布較廣，每個站之間的地域間隔較大。壓縮站與總部之間的通信依靠傳統(tǒng)的電話人工播報，不僅費用高，而且由于不具備實時性，一直被詬病。隨著通信技術的不斷發(fā)展，為壓縮站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時傳送提供了可能。組態(tài)王自備網(wǎng)絡通信功能，它可以實現(xiàn)組態(tài)王之間的數(shù)據(jù)交互。組態(tài)王基于網(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，使用戶能夠實現(xiàn)上、下位機以及更高層組態(tài)王的網(wǎng)絡結構是一種柔性結構，可以將整個應用程序分配給多個服務器，可以引用遠程站點的變量到本地使用（顯示、計算等），這樣可以提高項目的整體容量結構并改善系統(tǒng)的性能。服務器的分配可以是基于項目中物理設備結構或不同的功能，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)需要設立專門的IO服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器、報警服務器、登錄服務器和WEB服務器等。

4系統(tǒng)測試與應用效果

4.1系統(tǒng)測試

首先，檢查各系統(tǒng)接線，確認線號端子是否無誤、有無松動、PLC上電是否正常等；檢測站控工控機與各個PLC、智能流量計通信是否正常。

然后，進行數(shù)據(jù)對比。通過現(xiàn)場儀表測試參數(shù)與工控機測試參數(shù)的對比，確認監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。若有誤，則需檢查接線有無錯誤或PLC程序有無錯誤。

最后，進行功能測試。測試監(jiān)控軟件工藝報表生成與打印、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警記錄查詢。

通過以上調(diào)試，從實際測試記錄資料顯示，系統(tǒng)工作正常，性能穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)準確無誤，達到了預期的設計要求。

4.2應用效果

通過在壓縮站運用該站控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對壓縮站的集中控制，能夠滿足壓縮站日常生產(chǎn)和管理的需求，有效提高了壓縮站的自動化程度，提升了監(jiān)控室對現(xiàn)場設備的監(jiān)控能力，有效的降低了操作人員的勞動強度。主要表現(xiàn)在：

（1）通過使用站控系統(tǒng)，壓縮站生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)能夠被動態(tài)采集，并被快速傳送，確保生產(chǎn)參數(shù)的實時性和準確性。

（2）通過組態(tài)王的網(wǎng)絡功能，實現(xiàn)了壓縮站站控系統(tǒng)與公司監(jiān)控系統(tǒng)的集成，通過各個壓縮站站點的數(shù)據(jù)交換，方便對壓縮站的運行管理，為公司的氣量調(diào)配提供了依據(jù)。

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