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王正義，史浩波

城市燃氣是城市能源供應(yīng)的重要組成部分，是城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。發(fā)展城市燃氣，對于節(jié)約能源、保護環(huán)境、方便人民生活、促進工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展城市公用事業(yè)意義十分重大，是實現(xiàn)城市現(xiàn)代化的重要標志之一。現(xiàn)在正值城市燃氣向天然氣轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵階段。而在城市天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中，調(diào)壓站是必不可少的環(huán)節(jié)。如圖1所示，調(diào)壓站是管網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)下一級管網(wǎng)和用戶所需的壓力來調(diào)節(jié)燃氣壓力。其控制必須滿足實時性、穩(wěn)定性和安全性要求。

 
圖1  城市管網(wǎng)簡圖

在天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中調(diào)壓站一般有城市門站、區(qū)域站、分輸站等系列。門站是接納天然氣關(guān)鍵設(shè)施。具體有除塵、計量、貯存、加臭、降壓等部分組成。區(qū)域站主要負責(zé)區(qū)域供氣，具有過濾、調(diào)壓、穩(wěn)壓等功能。由北京安控科技發(fā)展有限公司和常州信力公司共同開發(fā)的區(qū)域調(diào)壓站系統(tǒng)，將RTU作為控制神經(jīng)單元，結(jié)合國外的先進現(xiàn)場檢測儀表設(shè)備集成的新型調(diào)壓站系統(tǒng)，填補了國內(nèi)RTU應(yīng)用于調(diào)壓站系統(tǒng)的空白。
1  產(chǎn)品簡介
RTU（Remote Terminal Unit）是一種遠端測控單元裝置，以前的RTU的概念一般是以PLC為核心，再配置相關(guān)的軟硬件設(shè)備來集成。而SuperE的研制具備了RTU和PLC的雙重功能，集“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”于一體，具有自診斷硬件存在與否等功能，使其通用性極強。其一體化的設(shè)計，從電源到采集、控制、顯示、通信、接線都完整的集成，免除了用戶許多額外的工作。還可以擴展，在某些需要更多數(shù)據(jù)點的場合同樣可以勝任，解決了許多原來組合RTU的缺點，如軟硬件各設(shè)備間的接口問題等。
與常用的可編程控制器PLC相比，SuperE具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。SuperE具有多種程序編譯方法（ELadder邏輯梯形圖與C語言等），為應(yīng)對通訊的各種實際問題提供強大的軟件支持和多種解決方法。如協(xié)議的轉(zhuǎn)換、生成、實現(xiàn)，傳輸信號的多種調(diào)制方式（可自定義）等。
同樣通過ELadder邏輯梯形圖與C語言，SuperE能夠解決許多復(fù)雜而無法建立精確的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的控制問題，通過對各個行業(yè)實踐經(jīng)驗的總結(jié)，建立控制模型，在C語言的編譯后，可以成功地將模糊控制應(yīng)用于自來水行業(yè)，實現(xiàn)復(fù)雜控制傻瓜化。
SuperE RTU主要面向數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)，不但可以單獨使用，實現(xiàn)就地顯示、控制，更可以方便地組成SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。它具有性能卓越、使用簡單、體積小巧、安裝方便、擴展靈活、價格適中等優(yōu)點，可以在石油、化工、電力、市政等行業(yè)加以應(yīng)用。
如圖2所示，SuperE提供的二次開發(fā)，定制用戶所需系統(tǒng)。開發(fā)所需工具包括EDraw顯示屏組態(tài)軟件，ELadder邏輯梯形圖軟件以及C語言編譯軟件三種。
ELadder邏輯梯形圖軟件可以完成簡單的計算、控制和通訊等工作。
C語言用來完成復(fù)雜的計算、控制。ELadder與C程序可同時運行，不會相互干擾。
EDraw用來組態(tài)屏幕，用戶可以根據(jù)自己的需要，組態(tài)出相應(yīng)的畫面，完成數(shù)據(jù)的顯示、控制、狀態(tài)檢測及報警監(jiān)測等功能。

 
圖2  二次開發(fā)流程圖

2  系統(tǒng)介紹
以SuperE為核心的調(diào)壓站系統(tǒng)是一典型的天然氣遠程采集SCADA系統(tǒng)，主要是進行現(xiàn)場監(jiān)控和遠程調(diào)度。
天然氣遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為遠程調(diào)度系統(tǒng)和調(diào)壓站系統(tǒng)兩部分。如圖3所示，遠程調(diào)度系統(tǒng)是由控制中心通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場控制RTU組成。控制遠離危險控制現(xiàn)場，通訊采用透明的MODBUS協(xié)議。現(xiàn)場監(jiān)控以SuperE RTU作為控制單元核心部分，進行采集數(shù)據(jù)和現(xiàn)場控制，它可以單獨實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控也可在現(xiàn)場配置上位機進行現(xiàn)場監(jiān)控，采用由北京安控公司自行開發(fā)的組態(tài)軟件電蜘蛛6.0生成監(jiān)控畫面。

 
圖3  SuperE RTU應(yīng)用于天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)主要指標如下：
系統(tǒng)容量：最大255個RTU（按每個泵站1個RTU計算）
儀表電源： 220VAC，50Hz
測量量：綜合誤差≤1.5%，系統(tǒng)綜合誤差≤2.0%，遙測合格率99.9%
誤碼率：信噪比不大于17dB時=10-5
實時性：監(jiān)測數(shù)據(jù)2～4秒更新一次
進口壓力范圍：門站     16～100 bar
              區(qū)域站   0.05～4 bar
出口壓力范圍：門站     2～16 bar
              區(qū)域站   10～300 mbar
環(huán)境溫度：-20～70℃
調(diào)壓精度：±5%
關(guān)閉精度：±10%
為滿足調(diào)壓站增補和改造生產(chǎn)工藝的需要，使用的計算機系統(tǒng)和現(xiàn)場RTU均采用開放式結(jié)構(gòu)，便于未來的擴充。
2.1  系統(tǒng)的主要作用
(1)  數(shù)據(jù)實時檢測
連續(xù)、實時、長期的監(jiān)測各種現(xiàn)場狀態(tài)儀表參數(shù)（包括對入口壓力、出口壓力、入口溫度、過濾器差壓信號、燃氣泄露報警器等），可根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)庫處理，編制打印各種日、月、年報表文件，繪制各種參數(shù)的曲線圖并在計算機屏幕上顯示，還可以將數(shù)據(jù)保存起來供檢索、修改。
(2)  控制狀態(tài)檢測
通過數(shù)據(jù)終端連續(xù)、實時檢測有關(guān)閥門（如超壓切斷閥或電動球閥）的開關(guān)狀態(tài)，及時反映現(xiàn)場的各個設(shè)備（如旁路的運行狀態(tài)等）運行狀態(tài)，可以根據(jù)需要進行分類處理，繪制出各種狀態(tài)的運行時間圖并在計算機屏幕上顯示。系統(tǒng)將狀態(tài)信息存儲在計算機內(nèi)供檢索查閱，對于設(shè)備的異常狀況的發(fā)現(xiàn)及快速處理、解決有極大的幫助。
(3)  調(diào)壓設(shè)備控制
系統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備的控制是在上述數(shù)據(jù)、狀態(tài)檢測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)、狀態(tài)檢測能提供大量的數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)控制的前提。通過對各儀表設(shè)備參數(shù)的實時檢測，對相應(yīng)的各執(zhí)行機構(gòu)或其它受控對象執(zhí)行控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化管理。
系統(tǒng)的控制還具備開環(huán)控制和閉環(huán)控制雙重用途，兼?zhèn)淞巳斯じ深A(yù)操作遙控與數(shù)據(jù)終端機（RTU）遠程自動閉環(huán)控制。
系統(tǒng)還具備與其他設(shè)備的冗余接口，采用通用的MODBUS協(xié)議，方便連接與現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，而且RTU可帶顯示屏。
(4)  調(diào)壓站計量
調(diào)壓站的計量主要是流量計計量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。包括瞬時流量，累計流量。流量計可配置智能總線型或普通型。
(5)  遠程調(diào)度
系統(tǒng)還可通過冗余的通訊口連上遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（如PSTN、無線網(wǎng)絡(luò)等）。可通過遠端的控制終端（一般為監(jiān)控計算機）遙控調(diào)度調(diào)壓站，進行宏觀控制。
2.2  SuperE應(yīng)用于調(diào)壓站系統(tǒng)的特點
(1)  一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)合理，可直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場
本系統(tǒng)采用整體撬裝結(jié)構(gòu)，安裝調(diào)試方便，現(xiàn)場控制與控制現(xiàn)場分體式布局，將調(diào)壓設(shè)備放置危險的控制現(xiàn)場，控制主機放在控制室，進行實時控制。
SuperE自帶電源，可直接用220VAC供電，也可使用24VDC供電，具有省電模式，可用太陽能電池供電，并具備電池充電和后備功能，帶顯示和按鍵，用于現(xiàn)場操作，采用壁掛式直接安裝在控制柜內(nèi)，并采用多層接線端子，現(xiàn)場安裝和接線非常方便。
(2)  配置合理，具有很強的現(xiàn)場適應(yīng)能力
SuperE具有AI、DI、AO、DO、PI等多種類型的輸入、輸出信號，各種信號數(shù)量可由客戶選定。用于可檢測溫度、壓力、流量狀態(tài)等不同類型的信號，可滿足開關(guān)、報警、連續(xù)調(diào)節(jié)等不同類型的控制要求，還可以通過配置的冗余COM口，通過C語言編譯智能儀器儀表自帶的協(xié)議，進行總線型的數(shù)據(jù)聯(lián)接。
(3)  強大的軟件功能，可以滿足各種靈活控制、復(fù)雜運算的要求
支持邏輯梯形圖語言、C語言編程及屏幕組態(tài)功能，支持實時多任務(wù)、PID算法和各種氣體流量算法，提供多種專用的檢測、控制軟件包。對調(diào)壓站系統(tǒng)的控制可提供調(diào)度控制優(yōu)化軟件。
(4)  靈活的通訊方式，標準的通訊協(xié)議，可方便地組成SCADA系統(tǒng)
一臺SuperE提供最多三路對外通訊接口，可配接多種通訊設(shè)備，實現(xiàn)有線、無線通訊支持標準的MODBUS RTU/ASCII通訊協(xié)議，也可自定義通訊協(xié)議，與外界直接聯(lián)系對話進行數(shù)據(jù)交換。
(5)  現(xiàn)場和遠程監(jiān)控兼?zhèn)洌瑸橄到y(tǒng)操作、診斷、維護和升級提供了方便
通過現(xiàn)場顯示、按鍵或遠程計算機可對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控。程序可現(xiàn)場下載或遠程下載，實現(xiàn)現(xiàn)場或遠程診斷、維護、升級。
(6)  細致周密的設(shè)計，嚴格的質(zhì)量檢驗，為用戶提供了可靠的保證
電源、信號入出口均有保護措施，并與主控電路隔離，具有看門狗及數(shù)據(jù)掉電保護功能，產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、檢驗嚴格按照ISO9001質(zhì)量體系標準進行。
3  淄博天然氣區(qū)域調(diào)壓站
淄博天然氣區(qū)域調(diào)壓站系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集、運算、輸出及控制的自動化程度較高的系統(tǒng)。包括對入口壓力、出口壓力、入口溫度、燃氣泄漏、超壓切斷、過濾器差壓信號、電動球閥的開啟/關(guān)閉、流量計計量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，將這些數(shù)據(jù)分門別類，以數(shù)據(jù)表格和報警形式輸出或進行控制。由于區(qū)域站采用整體撬裝結(jié)構(gòu)，因而現(xiàn)場電器安裝工作量少，只有安全區(qū)與危險區(qū)的管線連接，整個電器的連接，操作、維護方便，使用安全可靠，并且可以實行遠程遙控，無需現(xiàn)場值守。
流量計采用智能文丘利渦街流量計，它有自己的通訊協(xié)議，系統(tǒng)采用C語言編制協(xié)議的方式，通過SuperE COM口與之建立通訊聯(lián)接，采集流量計中數(shù)據(jù)。軟件包進行專門開發(fā)，用優(yōu)化軟件對調(diào)壓站系統(tǒng)進行控制。
3.1  應(yīng)用軟件