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LNG/CNG加氣站監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

發(fā)表時間：2015-11-27

1.方案概述
二十一世紀(jì)以來，國家對于環(huán)保的要求越來越高，天然氣由于燃燒清潔、儲量巨大，作為汽車燃料和供熱燃料技術(shù)的不斷成熟而倍受青睞，使用越來越廣泛。
目前我國CNG、LNG 汽車逐年增加，對LNG/CNG 加氣站的需求也越來越大。LNG/CNG除了應(yīng)用于天然氣汽車之外，在天然氣管網(wǎng)到達(dá)不了的城鎮(zhèn)，作為居民用氣的應(yīng)用也已迅速展開。在LNG/CNG 行業(yè)迅速發(fā)展的同時，加氣站的監(jiān)管難度加大，加之許多地方管理工作相對薄弱滯后、控制手段落后，使得許多新建的LNG/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。組態(tài)王軟件作為國內(nèi)領(lǐng)先的自動化軟件，可以為國內(nèi)的LNG/CNG 加氣站提供可靠的軟件平臺，構(gòu)建安全高效的LNG/CNG 站級監(jiān)控系統(tǒng)。

LNG/CNG 加氣站監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)視、狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)調(diào)節(jié)、各類信號報警以及故障查詢等功能，能夠為燃?xì)饩C合監(jiān)控系統(tǒng)提供及時、準(zhǔn)確、可靠的系統(tǒng)運行工況數(shù)據(jù)，實現(xiàn)天然氣的合理調(diào)度，提高企業(yè)的管理效益，使加氣站的天然氣管理過程可視化、規(guī)范化、自動化、信息化。

2.系統(tǒng)需求

由于氣體形態(tài)不同，LNG、CNG 加氣站的工藝流程大不相同。CNG 加氣站根據(jù)大小規(guī)模的不同，其設(shè)備流程也各不相同，典型的CNG 加氣站系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示，一般包括以下幾個系統(tǒng)：輸氣計量控制系統(tǒng)、壓縮機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)、凈化干燥監(jiān)控系統(tǒng)、燃?xì)鉂舛葓缶到y(tǒng)。

CNG站系統(tǒng)流程

圖1 CNG加氣站系統(tǒng)流程

LNG 加氣站的工藝流程如圖2 所示，主要是通過LNG 槽車將LNG 分送至各LNG 加氣站，經(jīng)烴泵加壓后充裝汽車和小型槽車，以滿足市場需求。

天然氣加氣站除了LNG 加氣站和CNG 加氣站外，還有L-CNG 加氣站、加油加氣合建站以及LNG、L-CNG 兩用加氣站。
對于天然氣加氣站來說，連續(xù)的壓力、溫度、儲氣量、燃?xì)鉂舛鹊臋z測都十分重要，自動化系統(tǒng)的目的就是在中控室綜合監(jiān)控加氣站內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)，使整個加氣站處在較高的安全水平上，LNG/CNG 加氣站監(jiān)控系統(tǒng)需求為：
1）設(shè)備運行狀態(tài)顯示，工藝流程顯示。系統(tǒng)采集到的儲罐壓力、儲罐液位、管道流量、閥的開關(guān)狀態(tài)等各種數(shù)據(jù)，在顯示屏上以畫面、報表、曲線的形式動態(tài)顯示。顯示屏幕上可以顯示當(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(qiáng)畫面的可視性。
2）設(shè)備通訊功能。能夠通過以太網(wǎng)或無線通訊的方式實現(xiàn)與現(xiàn)場控制設(shè)備PLC、智能儀表等的通訊，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、存儲、查詢?？蛇M(jìn)行最大值、最小值、平均值、偏差值、累計值和其它各種特殊的運算處理。并可根據(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，可完成各類報表的制作工作，并具有定時打印和手動打印功能。
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)燃?xì)鉂舛茸詣訖z測報警和連鎖控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備通訊異常報警，對報警信息進(jìn)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(jìn)行存儲，以方便進(jìn)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)變量的報警限值、報警使能等參數(shù)。
5）視頻監(jiān)控功能。要求對進(jìn)出加氣站的車輛及人員情況、站區(qū)工作人員的工作情況等進(jìn)行實時視頻監(jiān)控。視頻圖像信息至少能存儲三個月，方便進(jìn)行視頻回放和信息查詢。
6）操作安全權(quán)限管理。安全的權(quán)限管理，分配不同的操作權(quán)限，使生產(chǎn)操作在相應(yīng)權(quán)限下進(jìn)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(jìn)行安全保護(hù)操作的工藝設(shè)備進(jìn)行安全連鎖控制。
7）能夠提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問功能。在Internet 網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)中，通過客戶端遠(yuǎn)程監(jiān)控加氣站設(shè)備運行狀態(tài)，確保加氣站正常工作。

8）站控系統(tǒng)有良好的擴(kuò)展性和兼容性。LNG/CNG 加氣站有加氣機(jī)管理系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)、IC 卡管理系統(tǒng)等，加氣站監(jiān)控系統(tǒng)能從第三方系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，同時能提供多種接口，供第三方系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，便于多個系統(tǒng)融合到一起。另外，LNG/CNG 加氣站監(jiān)控系統(tǒng)作為燃?xì)饩C合監(jiān)控的一個子系統(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(tuán)調(diào)度中心的調(diào)度人員和操作人員能通過工作站提供的LNG/CNG 加氣站內(nèi)工藝過程的壓力、溫度、流量、燃?xì)庀牡刃畔?，完成對燃?xì)庹w的運行監(jiān)控及調(diào)度管理。

3.解決方案
3.1 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

LNG/CNG 站控系統(tǒng)框架如圖3 所示?，F(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備為PLC 和各類數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)對站內(nèi)各測量裝置、泵、壓縮機(jī)、售氣機(jī)等的數(shù)據(jù)采集和控制。
上位監(jiān)控系統(tǒng)采用亞控的KingView 組態(tài)軟件，通過KingView 軟件的通訊接口，采集PLC 中的數(shù)據(jù)，或直接從現(xiàn)場智能裝置中采集數(shù)據(jù)，軟件支持有線和無線的數(shù)據(jù)采集方式。
系統(tǒng)采用單機(jī)監(jiān)控。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，可以采用雙機(jī)熱備的方式，當(dāng)監(jiān)控主機(jī)出現(xiàn)異常時，由監(jiān)控從機(jī)接管主機(jī)的工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步備份，保證監(jiān)控系統(tǒng)的不間斷運行，確保歷史數(shù)據(jù)記錄和報警記錄的完整性。
上位監(jiān)控軟件支持B/S 架構(gòu)。根據(jù)系統(tǒng)的需求，Web 功能可采用獨立的Web 服務(wù)器來完成，也可集成到監(jiān)控服務(wù)器中。通過瀏覽器的遠(yuǎn)程訪問，工作人員能夠隨時隨地對加氣站進(jìn)行整體監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)中所有設(shè)備的實時監(jiān)控、報警信息查看、歷史數(shù)據(jù)查詢和燃?xì)夤?yīng)情況查詢等功能。
加氣站現(xiàn)場安裝攝像頭，通過視頻服務(wù)器實時采集視頻圖像，在上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)視和圖像存儲，方便日后查看。
3.2 系統(tǒng)功能
組態(tài)王是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，面向自動化市場及應(yīng)用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺為目標(biāo)，為企業(yè)提供對生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠有效獲取信息，及時做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。
1）畫面展示
組態(tài)王工具箱中提供了方便實用的繪圖工具，包括直線、折線、圓弧、矩形（方形）、圓角矩形、圓形（橢圓）等工具，組態(tài)王開發(fā)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、指示表、閥門、電機(jī)、泵、管路和其他標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)元件。圖庫中的元素稱為“圖庫精靈”，使用“圖庫精靈”將極大地加快應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)造。能夠在工程中開發(fā)出更加豐富多彩、生動逼真的畫面。
組態(tài)王工程畫面以動態(tài)的圖形和顏色區(qū)分實時顯示儲罐、管道、閥門、售氣機(jī)等主要設(shè)備的工作狀態(tài)，現(xiàn)場操作人員在操作室就可以及時了解設(shè)備的工況，降低危險系數(shù)。

工藝流程

工藝流程主畫面

2）數(shù)據(jù)采集
組態(tài)王目前能連接PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等上千種工業(yè)自動化設(shè)備。
在LNG/CNG 站內(nèi)常用的控制設(shè)備為PLC，常用的有西門子S7 系列PLC、三菱PLC、
歐姆龍PLC 等，組態(tài)王通過串口或以太網(wǎng)通訊方式，穩(wěn)定高速地與設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將分散的設(shè)備集中到一起監(jiān)控，實現(xiàn)集中監(jiān)視、分散控制的安全操作。
除了串口、以太網(wǎng)通訊方式，組態(tài)王還支持多種通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集，如支持GPRS/CDMA/3G 通訊網(wǎng)絡(luò)、支持無線電臺、支持ADSL 有線等多種通訊方式。
組態(tài)王軟件為現(xiàn)場與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建立了溝通的橋梁，真正實現(xiàn)了開放的數(shù)據(jù)采集與易于集成的功能。

驅(qū)動設(shè)備

設(shè)備驅(qū)動

遠(yuǎn)程通訊設(shè)備

3）報表功能和數(shù)據(jù)存儲查詢
組態(tài)王為工程人員提供了豐富的報表函數(shù)，實現(xiàn)各種運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計分析、報表打印等。既可以制作實時報表，也可以制作歷史報表。組態(tài)王6.55 版本，新增向?qū)綀蟊砉δ?，實現(xiàn)快速建立班報、日報、周報、月報、季報和年報表。
對于LNG/CNG 站控系統(tǒng)，組態(tài)王能夠?qū)崿F(xiàn)完整的設(shè)備運行數(shù)據(jù)記錄，能夠?qū)毫?、溫度、濃度、閥門狀態(tài)等參數(shù)生成報表進(jìn)行定時或?qū)崟r打印存檔，對采集到的歷史數(shù)據(jù)還可存放到外部數(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。系統(tǒng)具備天然氣流量計算、車輛信息識別與記錄、輸配優(yōu)化調(diào)度管理等功能，并可與企業(yè)信息管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

報表

4）趨勢曲線顯示
組態(tài)王的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)除了在畫面中以值輸出的方式和以報表形式顯示外，還可用曲線的形式顯示。趨勢分析是監(jiān)控軟件必不可少的功能，組態(tài)王對該功能提供了強(qiáng)有力的支持和簡單的控制方法，趨勢曲線可以分為實時曲線和歷史曲線。

實時曲線：一幅畫面可以有若干個趨勢曲線控件，每個曲線控件有一個繪圖區(qū)，可以添加一個或多個參數(shù)，曲線趨勢反映這些參數(shù)的實時變化情況。
歷史曲線：顯示某段時間內(nèi)（幾秒鐘、幾分鐘、幾小時、幾天、幾個月甚至一年）的各種參數(shù)連續(xù)變化情況，歷史曲線參數(shù)和時間可由用戶自己任意選擇。用戶可以放大縮小時間軸，時間單位支持毫秒精度。曲線控件支持多Y 軸顯示，一條曲線關(guān)聯(lián)一個Y 軸，隨變量范圍（Y 軸數(shù)值范圍）的不同，曲線能更直觀地反映變量的變化情況。此外，曲線控件可以添加對比曲線，通過對比分析，用戶可很清楚的看到歷史曲線不同變量之間、同一變量不同時間段之間的差異點、變化量，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的橫向與縱向?qū)Ρ取?/span>

歷史趨勢曲線

趨勢曲線多Y 軸顯示

5）報警顯示和記錄
組態(tài)王軟件具有優(yōu)越的報警功能，有越限報警、變化率報警、死區(qū)報警、數(shù)據(jù)變化報警事件報警等，報警參數(shù)可在線進(jìn)行修改，滿足系統(tǒng)不同的報警需求。系統(tǒng)中報警變量可以分組管理，讓系統(tǒng)操作員對報警的處理做到有條不紊。
系統(tǒng)的實時報警信息通過報警窗口來顯示，利用報警窗口，操作員不但能及時查閱系統(tǒng)當(dāng)前的報警信息，還可以對報警信息進(jìn)行確認(rèn)。事件報警是用戶對系統(tǒng)的行為、動作，如操作員手動更改系統(tǒng)變量的值、啟停變頻器、登陸或退出系統(tǒng)等，這些不需要操作員對其確認(rèn)，因此不會在實時報警窗口中顯示。當(dāng)系統(tǒng)中有新報警產(chǎn)生的時候，可采用自動彈出報警畫面、播放聲音通知、發(fā)送短信提醒等。
系統(tǒng)的報警信息通過文件、數(shù)據(jù)庫和實時打印機(jī)打印三種方式進(jìn)行分類存儲，并能實現(xiàn)以報警組、變量名、時間段、報警類型等條件的查詢，實現(xiàn)加氣站工作過程的追蹤，為事故追憶提供依據(jù)。

歷史報警畫面

6）安全管理，操作權(quán)限設(shè)置
加氣站的安全運行十分重要，這樣就對監(jiān)控系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求。組態(tài)王采用分級和分區(qū)的雙重保護(hù)策略，使系統(tǒng)中的每個用戶都可以被指定權(quán)限級別（最大999 級）和安全區(qū)（最多64 個）。
按照加氣站用戶的操作需求，在系統(tǒng)中對同用戶設(shè)立不同的安全操作等級，以保證設(shè)備的安全運行。系統(tǒng)可以設(shè)置多種用戶操作等級，例如操作員級，此級別只能對設(shè)備操作、監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)查詢，不可以對數(shù)據(jù)庫進(jìn)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，并能在線添加和刪除用戶，在線修改已有用戶的操作權(quán)限等。
7）網(wǎng)絡(luò)功能和web 發(fā)布
組態(tài)王基于網(wǎng)絡(luò)的概念，是一種真正的客戶機(jī)/服務(wù)器模式，支持分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、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 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上，因此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機(jī)的擴(kuò)展以及更高層次的企業(yè)級連網(wǎng)。
組態(tài)王全面支持網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。IE 瀏覽客戶端可以獲得與組態(tài)王運行系統(tǒng)相同的監(jiān)控畫面，IE 客戶端與Web 服務(wù)器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)在任何地方獲得與Web 服務(wù)器上相同的畫面、數(shù)據(jù)顯示、報表顯示、報警顯示等，同時可以方便快捷地向各LNG/CNG 加氣站現(xiàn)場發(fā)出控制命令，實現(xiàn)實時控制的功能。
8）系統(tǒng)擴(kuò)展和兼容性
組態(tài)王作為一個通用的工控軟件平臺，提供開放式的接口，如OPC、DDE、ODBC 等，方便實現(xiàn)與其他具有開放接口的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時開放了歷史數(shù)據(jù)庫的查詢接口。組態(tài)王還可嵌入標(biāo)準(zhǔn)的第三方OCX 控件，并通過調(diào)用控件屬性和方法，滿足實際系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
LNG/CNG 加氣站中有加氣機(jī)管理系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)、IC 卡管理系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)等，利用加氣站監(jiān)控系統(tǒng)，可以將各系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)提取出來，集成到監(jiān)控系統(tǒng)中，讓多個系統(tǒng)真正實現(xiàn)無縫融合，便于系統(tǒng)管理員和操作員了解整個加氣站的運行情況。加氣站監(jiān)控系統(tǒng)作為燃?xì)饩C合監(jiān)控的一個子系統(tǒng)，可以向上級監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備運行參數(shù)、站內(nèi)燃?xì)庀牡刃畔?，為管理員和調(diào)度員提供正確決策和合理調(diào)度的依據(jù)。

4.總結(jié)
用組態(tài)王監(jiān)控軟件配套的LNG/CNG 加氣站監(jiān)控系統(tǒng)以其完善的人機(jī)交互、穩(wěn)定的系統(tǒng)運行和良好的兼容性、易用易擴(kuò)展性受到企業(yè)用戶的青睞。該監(jiān)控系統(tǒng)不僅滿足了加氣站監(jiān)控的實際需求，也為實現(xiàn)企業(yè)實時、有效、全面系統(tǒng)化的信息管理和監(jiān)控、提高了企業(yè)的安全水平和綜合自動化水平奠定了堅實的基礎(chǔ)。