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王正義，史浩波

城市燃氣是城市能源供應的重要組成部分，是城市建設的重要基礎設施之一。發展城市燃氣，對于節約能源、保護環境、方便人民生活、促進工業生產、發展城市公用事業意義十分重大，是實現城市現代化的重要標志之一。現在正值城市燃氣向天然氣轉換的關鍵階段。而在城市天然氣管網系統中，調壓站是必不可少的環節。如圖1所示，調壓站是管網系統根據下一級管網和用戶所需的壓力來調節燃氣壓力。其控制必須滿足實時性、穩定性和安全性要求。

 
圖1  城市管網簡圖

在天然氣管網系統中調壓站一般有城市門站、區域站、分輸站等系列。門站是接納天然氣關鍵設施。具體有除塵、計量、貯存、加臭、降壓等部分組成。區域站主要負責區域供氣，具有過濾、調壓、穩壓等功能。由北京安控科技發展有限公司和常州信力公司共同開發的區域調壓站系統，將RTU作為控制神經單元，結合國外的先進現場檢測儀表設備集成的新型調壓站系統，填補了國內RTU應用于調壓站系統的空白。
1  產品簡介
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，再配置相關的軟硬件設備來集成。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”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，在某些需要更多數據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。如協議的轉換、生成、實現，傳輸信號的多種調制方式（可自定義）等。
同樣通過ELadder邏輯梯形圖與C語言，SuperE能夠解決許多復雜而無法建立精確的數學模型系統的控制問題，通過對各個行業實踐經驗的總結，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用于自來水行業，實現復雜控制傻瓜化。
SuperE RTU主要面向數據采集、控制系統，不但可以單獨使用，實現就地顯示、控制，更可以方便地組成SCADA系統，實現網絡化管理。它具有性能卓越、使用簡單、體積小巧、安裝方便、擴展靈活、價格適中等優點，可以在石油、化工、電力、市政等行業加以應用。
如圖2所示，SuperE提供的二次開發，定制用戶所需系統。開發所需工具包括EDraw顯示屏組態軟件，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用來組態屏幕，用戶可以根據自己的需要，組態出相應的畫面，完成數據的顯示、控制、狀態檢測及報警監測等功能。

 
圖2  二次開發流程圖

2  系統介紹
以SuperE為核心的調壓站系統是一典型的天然氣遠程采集SCADA系統，主要是進行現場監控和遠程調度。
天然氣遠程數據采集系統分為遠程調度系統和調壓站系統兩部分。如圖3所示，遠程調度系統是由控制中心通過數據傳輸網絡與現場控制RTU組成。控制遠離危險控制現場，通訊采用透明的MODBUS協議。現場監控以SuperE RTU作為控制單元核心部分，進行采集數據和現場控制，它可以單獨實現對現場的監控也可在現場配置上位機進行現場監控，采用由北京安控公司自行開發的組態軟件電蜘蛛6.0生成監控畫面。

 
圖3  SuperE RTU應用于天然氣調壓站系統框圖

系統主要指標如下：
系統容量：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：監測數據2～4秒更新一次
進口壓力范圍：門站     16～100 bar
              區域站   0.05～4 bar
出口壓力范圍：門站     2～16 bar
              區域站   10～300 mbar
環境溫度：-20～70℃
調壓精度：±5%
關閉精度：±10%
為滿足調壓站增補和改造生產工藝的需要，使用的計算機系統和現場RTU均采用開放式結構，便于未來的擴充。
2.1  系統的主要作用
(1)  數據實時檢測
連續、實時、長期的監測各種現場狀態儀表參數（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），可根據需要進行數據庫處理，編制打印各種日、月、年報表文件，繪制各種參數的曲線圖并在計算機屏幕上顯示，還可以將數據保存起來供檢索、修改。
(2)  控制狀態檢測
通過數據終端連續、實時檢測有關閥門（如超壓切斷閥或電動球閥）的開關狀態，及時反映現場的各個設備（如旁路的運行狀態等）運行狀態，可以根據需要進行分類處理，繪制出各種狀態的運行時間圖并在計算機屏幕上顯示。系統將狀態信息存儲在計算機內供檢索查閱，對于設備的異常狀況的發現及快速處理、解決有極大的幫助。
(3)  調壓設備控制
系統調壓設備的控制是在上述數據、狀態檢測的基礎上實現的。數據、狀態檢測能提供大量的數據，是實現控制的前提。通過對各儀表設備參數的實時檢測，對相應的各執行機構或其它受控對象執行控制，實現系統的自動化管理。
系統的控制還具備開環控制和閉環控制雙重用途，兼備了人工干預操作遙控與數據終端機（RTU）遠程自動閉環控制。
系統還具備與其他設備的冗余接口，采用通用的MODBUS協議，方便連接與現場采集數據，而且RTU可帶顯示屏。
(4)  調壓站計量
調壓站的計量主要是流量計計量數據的采集和監控。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)  遠程調度
系統還可通過冗余的通訊口連上遠程數據傳輸網絡（如PSTN、無線網絡等）。可通過遠端的控制終端（一般為監控計算機）遙控調度調壓站，進行宏觀控制。
2.2  SuperE應用于調壓站系統的特點
(1)  一體化設計，結構合理，可直接應用于工業現場
本系統采用整體撬裝結構，安裝調試方便，現場控制與控制現場分體式布局，將調壓設備放置危險的控制現場，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，用于現場操作，采用壁掛式直接安裝在控制柜內，并采用多層接線端子，現場安裝和接線非常方便。
(2)  配置合理，具有很強的現場適應能力
SuperE具有AI、DI、AO、DO、PI等多種類型的輸入、輸出信號，各種信號數量可由客戶選定。用于可檢測溫度、壓力、流量狀態等不同類型的信號，可滿足開關、報警、連續調節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議，進行總線型的數據聯接。
(3)  強大的軟件功能，可以滿足各種靈活控制、復雜運算的要求
支持邏輯梯形圖語言、C語言編程及屏幕組態功能，支持實時多任務、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。對調壓站系統的控制可提供調度控制優化軟件。
(4)  靈活的通訊方式，標準的通訊協議，可方便地組成SCADA系統
一臺SuperE提供最多三路對外通訊接口，可配接多種通訊設備，實現有線、無線通訊支持標準的MODBUS RTU/ASCII通訊協議，也可自定義通訊協議，與外界直接聯系對話進行數據交換。
(5)  現場和遠程監控兼備，為系統操作、診斷、維護和升級提供了方便
通過現場顯示、按鍵或遠程計算機可對現場設備進行監控。程序可現場下載或遠程下載，實現現場或遠程診斷、維護、升級。
(6)  細致周密的設計，嚴格的質量檢驗，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，具有看門狗及數據掉電保護功能，產品的研制、生產、檢驗嚴格按照ISO9001質量體系標準進行。
3  淄博天然氣區域調壓站
淄博天然氣區域調壓站系統是集數據采集、運算、輸出及控制的自動化程度較高的系統。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/關閉、流量計計量數據的采集和監控，將這些數據分門別類，以數據表格和報警形式輸出或進行控制。由于區域站采用整體撬裝結構，因而現場電器安裝工作量少，只有安全區與危險區的管線連接，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，它有自己的通訊協議，系統采用C語言編制協議的方式，通過SuperE COM口與之建立通訊聯接，采集流量計中數據。軟件包進行專門開發，用優化軟件對調壓站系統進行控制。
3.1  應用軟件