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• 關鍵詞：                                                                天然氣管網                                                                SCADA                                                                控制

• 摘要：項目名稱：天然氣管網的 SCADA 控制 （TCS for SCADA Operation of Gas Pipelines）

?一、項目名稱：天然氣管網的 SCADA 控制 （TCS for SCADA Operation of Gas Pipelines）

二、項目背景

1992 年三月， Transwestern 管道公司（ Enron 公司的聯營公司，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點，天然氣輸送由十二個泵站負責，天然氣流由帶有三臺五千馬力的大型空壓機的泵站驅動。 傳統上，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，何時調節輸出量，何時關機。并根據公共網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。舊控制系統的設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工作，難以用梯形邏輯進行編程修改，報表能力有限和蹩腳的操作員界面。

在搜尋新的解決方案中， TW 與系統供應商 WAYSON 接觸聯系， WAYSON 是基于用戶需求的集散系統 TCS 的 OEM 制造商，一個基于 PC 的 SCADA 系統被推薦給了 TM ，這個系統結合了以下特點：一個帶有 32 位 SNAP 控制器的 486 個人計算機，智能 I/O 模塊，流程圖形 FACTORY FLOOR 控制軟件。經過多方比較評估，公司認為 TCS 系統具有以下特點：使用戶更好地介入工藝過程的界面，更大的編程靈活性，一流組網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 / 價格比的基礎上。系統具有模塊化結構，它使以后系統能靈活隨意地修改，因此公司選擇新墨西哥站點的托羅作為新控制系統的一個實驗現場，該系統最終也將代替其他站點的控制設備。

三、新系統組成

●更好的控制特性

托羅站原被設計成共有 550 個 I/O 點的系統，三個發動機中，每臺共使用了 144 個 OPTO22 的 I/O 點，其中共有 80 個開關量和 64 個模擬量點。新系統被設計成帶有 4 個 SNAP 控制器的系統， SNAP 以點對點方式進行數據交換，其中一臺 SNAP 控制器被設計成主控制器（每臺發動機配 一臺從控制器），所有控制器通過 ARCENT 網連接在一起，主控制器和其他三臺發動機的從控制器都有各自的打印數據記錄。使用新系統，公司的休斯頓操作中心現在通過衛星通訊能直接向主控制器發出空壓機的啟動、調節或停止的命令，而主控制器與每臺從屬控制器進行通訊。控制中心對每個發動機能監控超過 50 多個 I/O 點，通過這些 I/O 點及其構成的 PID 回路對發動機的定時、溫度、壓力報警進行控制，并將結果返還給控制器。 發動機溫度 PID 回路控制是用 SNAP 的智能模擬 I/O 模塊在 I/O 級就完成，風冷型制冷機成年累月地對發動機提供 24 小時不停的冷卻。

● 智能I/O

控制發動機溫度和壓力的 I/O 前端智能單元通過一根雙絞線和控制器相連，可以構成很大的分布式系統。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、波形產生、累加、平均、斜坡函數和其他功能。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勢。 因為系統要求具有故障糾錯能力，所以舊系統必須將所有 I/O 點從發動機室用硬線連到主控制室中。而 SNAP 系統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、設立在機房的智能前端單元能獨立完成緊急停車任務，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

●危險環境操作運行

SNAP 產品具有一類危險環境工作資格證書。它使 TW 能夠將三個機房用的控制器放在標準的 NEMA 機箱內，而沒有該證書的控制器必須放在昂貴的防爆箱內才能安全工作。

TW 采用 FactorFloor 軟件對 SNAP 控制器進行編程，FactorFloor 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 1 開了嗎？"動作塊間的連線顯示執行的順序。通過以上方法就編制好了一個應用程序。

TW 的發動機內部的溫度和壓力是用 PID 環路來調節的，這些 PID 環路非常復雜，必須進行浮點運算，FactorFloor支持 IEEE 標準的浮點算法，這種浮點算法通過在控制器一級的 SNAP 的數學協處理器實施運算。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據記錄。

●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據庫和控制數據庫是同一個，所以省去了數據庫對應工作，使精度更高，并減少了編程時間。新的軟件可以對 I/O 、控制變量、報警狀態、數據記錄進行訪問，其復雜而精致的目標生成的圖形軟件環境包括一系列的 3-D 圖庫和 ISA 符號庫，這些特點使得操作員界面的開發變得非常容易。

TW 的操作員在每個系統的現場均使用 MMI 軟件，當發現問題時，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員。

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

四、結語

隨著托羅基地安裝工程的完工， TW 開始用 SNAP 對位于另一處 －－－－ 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，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 WAYSON 該工程組的工程師們幾年的時間。

1簡單易操作

SNAP PAC系統由四個部分統一整合而成：軟件、控制器、智能處理器和I/O。系統建立、調試程序，以及故障維護都更簡便，大大減少了系統開發及投入運行的時間。

2更低的長期成本

SNAP PAC系統的成本低于許多plc系統，并且由于軟件是免費的，您不需要投入高昂的費用，便可投入使用該系統。我們為您提供免費的培訓以及技術支持，因此對于設備的整個使用期來測試，系統成本會大幅降低。

3適用于多類自動應用的SNAP PAC系統

SNAP PAC系統功能強大。一套系統，便可用于多個自動化項目中，幫助您完成過程控制、離散自動化、能耗管理、數據采集，甚至遠程集中監控。

分布式智能，幫助您隨時隨地方便地添加I/O。擁有了有線/無線控制器及I/O，您就可根據實際所需，將有線網絡轉換到無線網絡，或者立即實現兩個網絡的通訊。

靈活的硬件讓您無需浪費更多的投資，節省了金錢及時間。

4高級編程工具

SNAP PAC系統的編程方式采用直觀的流程圖，也可運用更高級的腳本語言，或者結合兩者一起使用。這兩種方法所包括的指令，用于標準的過程控制以及離散自動化的功能塊、浮點型數字、串行處理、排列、子程序、指針變量等，其他的高級工具用于復雜的應用。

5連接到第三方軟件及設備

SNAP PAC控制器及智能處理器，支持OPC、Modbus/TCP、EtherNet/IP。可簡易地將數據導入到SQL數據庫系統，并直接從硬件發送郵件。該系統也可以簡單地使用Modbus、DNP、BACnet、CAN或任意基于串口的設備、儀器，進行通訊。

6業界最好的I/O

憑借著業內最佳的保障：多數SNAP I/O模塊終身保用。每個模塊出廠前都經過獨立測試，而不是抽樣測試。SNAP PAC系統可以配置從幾個I/O點到數千個I/O點。您可按需，根據信號類型，選擇高可靠性的模擬量、數字量、串口模塊。電壓、電流、交流、直流、熱電偶、RTD、電源檢測器、RS-232、RS-485、Profibus、運動控制、應變測試等等，都可與SNAP PAC系統一同連接。

關于SNAP PAC系統

SNAP PAC系統是Opto 22公司出品，軟硬件集成的系統，用于工業控制、遠程監控、數據采集等應用。簡化了對自動化系統了解、選擇和采購的復雜過程，SNAP PAC系統由以下四部分組成：

PAC Project 軟件套件－－－－簡單易用的基于流程圖的編程方式、HMI（人機界面）、可選的OPC客戶端以及數據庫連接軟件。

SNAP PAC控制器－－－－獨立式和基于機架式的工業控制器；有線/無線模塊可選。

SNAP PAC智能處理器－－－－智能I/O處理器，用于分布式控制。也可選擇有線/無線模塊。

SNAP I/O－－－－模擬量、數字量、串口量、特殊功能I/O模塊，可與現場設備、儀器、傳感器相連接。所有I/O模塊可交替與標準的以及有線/無線智能處理器一同工作。

這四個簡單，又具有很大靈活性的系統組成部件，可處理任何情況，從最基本的設備監控到完整的工廠自動化。

通訊網絡及協議

SNAP PAC系統自帶Ethernet網絡協議，因此您無需擔心成本，以及額外添加網絡通訊卡的麻煩。系統中的分布式I/O可運行在以太網或串行網絡，也可同時運行于兩個網絡。另外，您可以與大量的串行設備通訊，例如條形碼閱讀器、RFID閱讀器、串口顯示器、modem等。

由于SNAP PAC系統運行于標準的Ethernet網絡，可直接與計算機、基于Ethernet的設備相互通訊，使用標準的協議包括TCP/IP、UDP/IP、郵件傳輸協議SMTP、網絡管理協議SNMP、Modbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系統的EtherNet/IP等。