天然氣管網(wǎng)的SCADA控制新的解決方案

1992年3月，Transwestem管道公司（Enron公司的聯(lián)營(yíng)公司，以下簡(jiǎn)稱(chēng)TW）開(kāi)始一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在通過(guò)輸油管道網(wǎng)的改造來(lái)提高輸送天然氣的能力，公司的輸油管道從奧克拉荷馬和得克薩斯一直延伸1000英里到加利福尼亞中部和南部的各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)，天然氣輸送由十二個(gè)泵站負(fù)責(zé)，天然氣流由帶有三臺(tái)五千馬力的大型空壓機(jī)的泵站驅(qū)動(dòng)。

　　傳統(tǒng)上，沿輸送管線(xiàn)分布的每個(gè)泵站24小時(shí)都必須有人值守，以維護(hù)每個(gè)泵站的三臺(tái)空壓縮機(jī)。為使天然氣的輸送正常，每次都需要技術(shù)人員從休斯頓控制中心的電話(huà)告知何時(shí)開(kāi)動(dòng)空壓機(jī)，何時(shí)調(diào)節(jié)輸出量，何時(shí)關(guān)機(jī)。并根據(jù)公共網(wǎng)點(diǎn)用氣需要量的變化，日夜不停地由人改變供氣量。

　　舊的空壓機(jī)控制方式直到近期才改變。舊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶有延時(shí)繼電器和單回路控制器，它們存在幾個(gè)問(wèn)題：不能與休斯頓控制中心組網(wǎng)工作，難以用梯形邏輯進(jìn)行編程修改，報(bào)表能力有限和鱉腳的操作員界面。

　　在搜尋新的解決方案中，TW與系統(tǒng)供應(yīng)商TECHWAYSON接觸聯(lián)系，TECHWAYSON是基于用戶(hù)需求的集散系統(tǒng)TCS的OEM制造商，一個(gè)基于PC的SCADA系統(tǒng)被推薦給了TM，這個(gè)系統(tǒng)結(jié)合了以下特點(diǎn)：一個(gè)帶有32位SNAP控制器的486個(gè)人計(jì)算機(jī)，智能UO模塊，流程圖形FACTORYEOOR控制軟件。

　　經(jīng)過(guò)多方比較評(píng)估，公司認(rèn)為T(mén)CS系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：使用戶(hù)更好地介入工藝過(guò)程的界面，更大的編程靈活性，二流組網(wǎng)能力和簡(jiǎn)單人機(jī)操作員界面：而所有這些特點(diǎn)都建立在一個(gè)具有吸引力的性能/價(jià)格比的基礎(chǔ)上。系統(tǒng)具有模塊化結(jié)構(gòu)，它使以后系統(tǒng)能靈活隨意地修改，因此公司選擇新墨西哥站點(diǎn)的托羅作為新控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，該系統(tǒng)最終也將代替其他站點(diǎn)的控制設(shè)備。

　　新系統(tǒng)組成

　　更好的控制特性

　　托羅站原被設(shè)計(jì)成共有550個(gè)UO點(diǎn)的系統(tǒng)，三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中，每臺(tái)共使用了144個(gè)OPT022的I/O點(diǎn)，其中共有80個(gè)開(kāi)關(guān)量和64個(gè)模擬量點(diǎn)。

　　新系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成帶有4個(gè)SNAP控制器的系統(tǒng)，SNAP以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中一臺(tái)SNAP控制器被設(shè)計(jì)成主控制器（每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)配二臺(tái)從控制器），所有控制器通過(guò)ARCENT網(wǎng)連接在一起，主控制器和其他三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的從控制器都有各自的打印數(shù)據(jù)記錄。使用新系統(tǒng)，公司的休斯頓操作中心現(xiàn)在通過(guò)衛(wèi)星通訊能直接向主控制器發(fā)出空壓機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)節(jié)或停止的命令，而主控制器與每臺(tái)從屬控制器進(jìn)行通訊?？刂浦行膶?duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)能監(jiān)控超過(guò)50多個(gè)UO點(diǎn)，通過(guò)這些UO點(diǎn)及其構(gòu)成的PID回路對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)、溫度、壓力報(bào)警進(jìn)行控制，并將結(jié)果返還給控制器。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)溫度PID回路控制是用SNAP （內(nèi)智能模擬I/O模塊在I/O級(jí)就完成，風(fēng)冷型制冷機(jī)成年累月地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供24小時(shí)不停的冷卻。

　　智能I/O
　　控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和壓力的I/O前端智能單元通過(guò)一根雙絞線(xiàn)和控制器相連，可以構(gòu)成很大的分布式系統(tǒng)。每個(gè)智能單元含有很多就地控制的帶光隔離功能的12位I/O模塊和一個(gè)智能控制單元。模擬量智能單元可以完成高低限報(bào)警、濾波、熱電偶線(xiàn)性化、波形產(chǎn)生、累加、平均、斜坡函數(shù)和其他功能。對(duì)TW而言，SNAP的智能I/O模塊在工作量和成本方面占有重要優(yōu)勢(shì)。

因?yàn)橄到y(tǒng)要求具有故障糾錯(cuò)能力，所以舊系統(tǒng)必須將所有I/O點(diǎn)從發(fā)動(dòng)機(jī)室用硬線(xiàn)連到主控制室中。而SNAP系統(tǒng)的分布式前端智能單元提供了在I/O一級(jí)的就地控制能力，所以只需將三個(gè)從屬控制器用線(xiàn)和主控制器機(jī)房相連接。一個(gè)可與各從控制器通信的、設(shè)立在機(jī)房的智能前端單元能獨(dú)立完成緊急停車(chē)任務(wù)，從而省去了昂貴的并需花大量時(shí)間安裝的硬線(xiàn)連接的繼電器控制面板。

　　危險(xiǎn)環(huán)境操作運(yùn)行

　　SNAP產(chǎn)品具有一類(lèi)危險(xiǎn)環(huán)境工作資格證書(shū)。它使TW能夠?qū)⑷齻€(gè)機(jī)房用的控制器放在標(biāo)準(zhǔn)的NEMA機(jī)箱內(nèi)，而沒(méi)有該證書(shū)的控制器必須放在昂貴的防爆箱內(nèi)才能安全工作。

　　TW采用FACTORY FLOOR軟件對(duì)SNAP控制器進(jìn)行編程，F(xiàn)ACTORY FLOOR通過(guò)流程圖畫(huà)面提供了一個(gè)控制邏輯的清晰的可見(jiàn)的表達(dá)方式。通過(guò)用帶有一個(gè)或多個(gè)命令的動(dòng)作塊來(lái)繪制一個(gè)“TO DO”（需要做）的表格，例如“打開(kāi)閥門(mén)1”，然后將這些動(dòng)作塊與條件模塊用線(xiàn)相連以確定條件是否滿(mǎn)足，即會(huì)問(wèn)"閥門(mén)l開(kāi)了嗎?"動(dòng)作塊間的連線(xiàn)顯示執(zhí)行的順序。通過(guò)以上方法就編制好了一個(gè)應(yīng)用程序。

　　TW的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度和壓力是用PID環(huán)路來(lái)調(diào)節(jié)的，這些PID環(huán)路非常復(fù)雜，必須進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，F(xiàn)ACTORY FLOOR支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)算法，這種浮點(diǎn)算法通過(guò)在控制器一級(jí)的SNAP的數(shù)學(xué)協(xié)處理器實(shí)施運(yùn)算。另一個(gè)對(duì)SNAP的長(zhǎng)處是在每個(gè)從控制器和主控制器上均可進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

　　人機(jī)界面軟件

　　TW用新的MMI軟件對(duì)操作員界面進(jìn)行編程。由于新的軟件的顯示數(shù)據(jù)庫(kù)和控制數(shù)據(jù)庫(kù)是同一個(gè)，所以省去了數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)工作，使精度更高，并減少了編程時(shí)間。新的軟件可以對(duì)UO、控制變量、報(bào)警狀態(tài)、數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行訪問(wèn)，其復(fù)雜而精致的目標(biāo)生成的圖形軟件環(huán)境包括一系列的3-D圖庫(kù)和ISA符號(hào)庫(kù)，這些特點(diǎn)使得操作員界面的開(kāi)發(fā)變得非常容易。

　　TW的操作員在每個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)均使用MMI軟件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，操作員很容易就能確定原因，從而能派出合適的機(jī)械或儀表技術(shù)員。

　　軟件的簡(jiǎn)易性使得操作員不必成為高級(jí)培訓(xùn)過(guò)的程序員就可以進(jìn)行大多數(shù)簡(jiǎn)單的維護(hù)，第一次使用的操作員也有可能對(duì)MMI進(jìn)行升級(jí)。

　　結(jié)語(yǔ)
　　隨著托羅基地安裝工程的完工，TW開(kāi)始用SNAP對(duì)位于另一處一-亞利桑那州的泵站也進(jìn)行了升級(jí)和更新，這個(gè)泵站有望在幾個(gè)月后投產(chǎn)，接著，源源不斷隨后而來(lái)要求改造的泵站的更換可能要花去TECHWAYSON該工程組的工程師們幾年的時(shí)間。