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)營公司，以下簡稱TW）開始一個項目，該項目旨在通過輸油管道網(wǎng)的改造來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網(wǎng)點，天然氣輸送由十二個泵站負(fù)責(zé)，天然氣流由帶有三臺五千馬力的大型空壓機的泵站驅(qū)動。

　　傳統(tǒng)上，沿輸送管線分布的每個泵站24小時都必須有人值守，以維護每個泵站的三臺空壓縮機。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告知何時開動空壓機，何時調(diào)節(jié)輸出量，何時關(guān)機。并根據(jù)公共網(wǎng)點用氣需要量的變化，日夜不停地由人改變供氣量。

　　舊的空壓機控制方式直到近期才改變。舊控制系統(tǒng)的設(shè)計帶有延時繼電器和單回路控制器，它們存在幾個問題：不能與休斯頓控制中心組網(wǎng)工作，難以用梯形邏輯進行編程修改，報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是基于用戶需求的集散系統(tǒng)TCS的OEM制造商，一個基于PC的SCADA系統(tǒng)被推薦給了TM，這個系統(tǒng)結(jié)合了以下特點：一個帶有32位SNAP控制器的486個人計算機，智能UO模塊，流程圖形FACTORYEOOR控制軟件。

　　經(jīng)過多方比較評估，公司認(rèn)為TCS系統(tǒng)具有以下特點：使用戶更好地介入工藝過程的界面，更大的編程靈活性，二流組網(wǎng)能力和簡單人機操作員界面：而所有這些特點都建立在一個具有吸引力的性能/價格比的基礎(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的托羅作為新控制系統(tǒng)的一個實驗現(xiàn)場，該系統(tǒng)最終也將代替其他站點的控制設(shè)備。

　　新系統(tǒng)組成

　　更好的控制特性

　　托羅站原被設(shè)計成共有550個UO點的系統(tǒng)，三個發(fā)動機中，每臺共使用了144個OPT022的I/O點，其中共有80個開關(guān)量和64個模擬量點。

　　新系統(tǒng)被設(shè)計成帶有4個SNAP控制器的系統(tǒng)，SNAP以點對點方式進行數(shù)據(jù)交換，其中一臺SNAP控制器被設(shè)計成主控制器（每臺發(fā)動機配二臺從控制器），所有控制器通過ARCENT網(wǎng)連接在一起，主控制器和其他三臺發(fā)動機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)在通過衛(wèi)星通訊能直接向主控制器發(fā)出空壓機的啟動、調(diào)節(jié)或停止的命令，而主控制器與每臺從屬控制器進行通訊?？刂浦行膶γ總€發(fā)動機能監(jiān)控超過50多個UO點，通過這些UO點及其構(gòu)成的PID回路對發(fā)動機的定時、溫度、壓力報警進行控制，并將結(jié)果返還給控制器。

　　發(fā)動機溫度PID回路控制是用SNAP （內(nèi)智能模擬I/O模塊在I/O級就完成，風(fēng)冷型制冷機成年累月地對發(fā)動機提供24小時不停的冷卻。

　　智能I/O
　　控制發(fā)動機溫度和壓力的I/O前端智能單元通過一根雙絞線和控制器相連，可以構(gòu)成很大的分布式系統(tǒng)。每個智能單元含有很多就地控制的帶光隔離功能的12位I/O模塊和一個智能控制單元。模擬量智能單元可以完成高低限報警、濾波、熱電偶線性化、波形產(chǎn)生、累加、平均、斜坡函數(shù)和其他功能。對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。

因為系統(tǒng)要求具有故障糾錯能力，所以舊系統(tǒng)必須將所有I/O點從發(fā)動機室用硬線連到主控制室中。而SNAP系統(tǒng)的分布式前端智能單元提供了在I/O一級的就地控制能力，所以只需將三個從屬控制器用線和主控制器機房相連接。一個可與各從控制器通信的、設(shè)立在機房的智能前端單元能獨立完成緊急停車任務(wù)，從而省去了昂貴的并需花大量時間安裝的硬線連接的繼電器控制面板。

　　危險環(huán)境操作運行

　　SNAP產(chǎn)品具有一類危險環(huán)境工作資格證書。它使TW能夠?qū)⑷齻€機房用的控制器放在標(biāo)準(zhǔn)的NEMA機箱內(nèi)，而沒有該證書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SNAP控制器進行編程，F(xiàn)ACTORY FLOOR通過流程圖畫面提供了一個控制邏輯的清晰的可見的表達方式。通過用帶有一個或多個命令的動作塊來繪制一個“TO DO”（需要做）的表格，例如“打開閥門1”，然后將這些動作塊與條件模塊用線相連以確定條件是否滿足，即會問"閥門l開了嗎?"動作塊間的連線顯示執(zhí)行的順序。通過以上方法就編制好了一個應(yīng)用程序。

　　TW的發(fā)動機內(nèi)部的溫度和壓力是用PID環(huán)路來調(diào)節(jié)的，這些PID環(huán)路非常復(fù)雜，必須進行浮點運算，F(xiàn)ACTORY FLOOR支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)的浮點算法，這種浮點算法通過在控制器一級的SNAP的數(shù)學(xué)協(xié)處理器實施運算。另一個對SNAP的長處是在每個從控制器和主控制器上均可進行數(shù)據(jù)記錄。

　　人機界面軟件

　　TW用新的MMI軟件對操作員界面進行編程。由于新的軟件的顯示數(shù)據(jù)庫和控制數(shù)據(jù)庫是同一個，所以省去了數(shù)據(jù)庫對應(yīng)工作，使精度更高，并減少了編程時間。新的軟件可以對UO、控制變量、報警狀態(tài)、數(shù)據(jù)記錄進行訪問，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圖庫和ISA符號庫，這些特點使得操作員界面的開發(fā)變得非常容易。

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

　　軟件的簡易性使得操作員不必成為高級培訓(xùn)過的程序員就可以進行大多數(shù)簡單的維護，第一次使用的操作員也有可能對MMI進行升級。

　　結(jié)語
　　隨著托羅基地安裝工程的完工，TW開始用SNAP對位于另一處一-亞利桑那州的泵站也進行了升級和更新，這個泵站有望在幾個月后投產(chǎn)，接著，源源不斷隨后而來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間。