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LNG/CNG加气站监控系统解决方案
发表时间：2015-11-27
1.方案概述
二十一世纪以来，国家对于环保的要求越来越高，天然气由于燃烧清洁、储量巨大，作为汽车燃料和供热燃料技术的不断成熟而倍受青睐，使用越来越广泛。
目前我国CNG、LNG 汽车逐年增加，对LNG/CNG 加气站的需求也越来越大。LNG/CNG除了应用于天然气汽车之外，在天然气管网到达不了的城镇，作为居民用气的应用也已迅速展开。在LNG/CNG 行业迅速发展的同时，加气站的监管难度加大，加之许多地方管理工作相对薄弱滞后、控制手段落后，使得许多新建的LNG/CNG 加气站在经营管理、设备监控、安全生产等方面存在诸多漏洞和问题。组态王软件作为国内领先的自动化软件，可以为国内的LNG/CNG 加气站提供可靠的软件平台，构建安全高效的LNG/CNG 站级监控系统。
LNG/CNG 加气站监控系统主要实现数据采集、设备监视、状态监控、参数调节、各类信号报警以及故障查询等功能，能够为燃气综合监控系统提供及时、准确、可靠的系统运行工况数据，实现天然气的合理调度，提高企业的管理效益，使加气站的天然气管理过程可视化、规范化、自动化、信息化。
2.系统需求
由于气体形态不同，LNG、CNG 加气站的工艺流程大不相同。CNG 加气站根据大小规模的不同，其设备流程也各不相同，典型的CNG 加气站系统工艺流程如图1 所示，一般包括以下几个系统：输气计量控制系统、压缩机组监控系统、净化干燥监控系统、燃气浓度报警系统。
图1 CNG加气站系统流程
LNG 加气站的工艺流程如图2 所示，主要是通过LNG 槽车将LNG 分送至各LNG 加气站，经烃泵加压后充装汽车和小型槽车，以满足市场需求。
天然气加气站除了LNG 加气站和CNG 加气站外，还有L-CNG 加气站、加油加气合建站以及LNG、L-CNG 两用加气站。
对于天然气加气站来说，连续的压力、温度、储气量、燃气浓度的检测都十分重要，自动化系统的目的就是在中控室综合监控加气站内设备的运行状态，使整个加气站处在较高的安全水平上，LNG/CNG 加气站监控系统需求为：
1）设备运行状态显示，工艺流程显示。系统采集到的储罐压力、储罐液位、管道流量、阀的开关状态等各种数据，在显示屏上以画面、报表、曲线的形式动态显示。显示屏幕上可以显示当前监测的数据，也可显示历史数据；显示时，可以通过颜色变化、百分比、色标填充等手段增强画面的可视性。
2）设备通讯功能。能够通过以太网或无线通讯的方式实现与现场控制设备PLC、智能仪表等的通讯，实现稳定可靠的数据采集和控制。
3）数据展示、存储、查询。可进行最大值、最小值、平均值、偏差值、累计值和其它各种特殊的运算处理。并可根据需要，生成各类报表、趋势曲线、实用图表，包括实时报表、日报、月报、年报、各类趋势曲线、棒（饼）状图等等。可以录入天气情况、值班人员、交接班日志、当日班故障分析及处理等信息，可完成各类报表的制作工作，并具有定时打印和手动打印功能。
4）报警功能。要求系统具备压力、温度等参数高低限自动报警功能，能够实现燃气浓度自动检测报警和连锁控制功能，能够实现设备通讯异常报警，对报警信息进行实时报警提示，自动弹出报警画面，能实现声音报警通知，远程信息报警通知提示，并能够对历史报警信息进行存储，以方便进行查询和打印。可以在系统运行过程中查看和修改各系统变量的报警限值、报警使能等参数。
5）视频监控功能。要求对进出加气站的车辆及人员情况、站区工作人员的工作情况等进行实时视频监控。视频图像信息至少能存储三个月，方便进行视频回放和信息查询。
6）操作安全权限管理。安全的权限管理，分配不同的操作权限，使生产操作在相应权限下进行，防止重要参数被误修改，保证正常操作，禁止越权操作。对需要进行安全保护操作的工艺设备进行安全连锁控制。
7）能够提供远程数据访问功能。在Internet 网络或局域网中，通过客户端远程监控加气站设备运行状态，确保加气站正常工作。
8）站控系统有良好的扩展性和兼容性。LNG/CNG 加气站有加气机管理系统、车辆管理系统、IC 卡管理系统等，加气站监控系统能从第三方系统中读取数据，同时能提供多种接口，供第三方系统获取数据，便于多个系统融合到一起。另外，LNG/CNG 加气站监控系统作为燃气综合监控的一个子系统，需要向上级监控系统提供设备运行数据，使集团调度中心的调度人员和操作人员能通过工作站提供的LNG/CNG 加气站内工艺过程的压力、温度、流量、燃气消耗等信息，完成对燃气整体的运行监控及调度管理。
3.解决方案
3.1 系统框架
系统结构图
LNG/CNG 站控系统框架如图3 所示。现场监控设备为PLC 和各类数据采集模块，实现对站内各测量装置、泵、压缩机、售气机等的数据采集和控制。
上位监控系统采用亚控的KingView 组态软件，通过KingView 软件的通讯接口，采集PLC 中的数据，或直接从现场智能装置中采集数据，软件支持有线和无线的数据采集方式。
系统采用单机监控。为了增强系统的稳定性和安全性，可以采用双机热备的方式，当监控主机出现异常时，由监控从机接管主机的工作，实现数据同步备份，保证监控系统的不间断运行，确保历史数据记录和报警记录的完整性。
上位监控软件支持B/S 架构。根据系统的需求，Web 功能可采用独立的Web 服务器来完成，也可集成到监控服务器中。通过浏览器的远程访问，工作人员能够随时随地对加气站进行整体监控，实现系统中所有设备的实时监控、报警信息查看、历史数据查询和燃气供应情况查询等功能。
加气站现场安装摄像头，通过视频服务器实时采集视频图像，在上位监控系统进行实时监视和图像存储，方便日后查看。
3.2 系统功能
组态王是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，为企业提供对生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够有效获取信息，及时做出反应，以获得最优化的结果。
1） 画面展示
组态王工具箱中提供了方便实用的绘图工具，包括直线、折线、圆弧、矩形（方形）、圆角矩形、圆形（椭圆）等工具，组态王开发画面中包含了大量预先建立好的组合图形对象，比如控制按钮、指示表、阀门、电机、泵、管路和其他标准工业元件。图库中的元素称为“图库精灵”，使用“图库精灵”将极大地加快应用系统的构造。能够在工程中开发出更加丰富多彩、生动逼真的画面。
组态王工程画面以动态的图形和颜色区分实时显示储罐、管道、阀门、售气机等主要设备的工作状态，现场操作人员在操作室就可以及时了解设备的工况，降低危险系数。
工艺流程主画面
2） 数据采集
组态王目前能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等上千种工业自动化设备。
在LNG/CNG 站内常用的控制设备为PLC，常用的有西门子S7 系列PLC、三菱PLC、
欧姆龙PLC 等，组态王通过串口或以太网通讯方式，稳定高速地与设备进行数据交换，将分散的设备集中到一起监控，实现集中监视、分散控制的安全操作。
除了串口、以太网通讯方式，组态王还支持多种通讯网络的数据采集，如支持GPRS/CDMA/3G 通讯网络、支持无线电台、支持ADSL 有线等多种通讯方式。
组态王软件为现场与上位机监控系统建立了沟通的桥梁，真正实现了开放的数据采集与易于集成的功能。
设备驱动
远程通讯设备
3） 报表功能和数据存储查询
组态王为工程人员提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。组态王6.55 版本，新增向导式报表功能，实现快速建立班报、日报、周报、月报、季报和年报表。
对于LNG/CNG 站控系统，组态王能够实现完整的设备运行数据记录，能够将压力、温度、浓度、阀门状态等参数生成报表进行定时或实时打印存档，对采集到的历史数据还可存放到外部数据库中，实现资料建档追踪，并可实现精确、方便、快捷的查询。系统具备天然气流量计算、车辆信息识别与记录、输配优化调度管理等功能，并可与企业信息管理系统对接，实现数据交互。
报表
4） 趋势曲线显示
组态王的实时数据和历史数据除了在画面中以值输出的方式和以报表形式显示外，还可用曲线的形式显示。趋势分析是监控软件必不可少的功能，组态王对该功能提供了强有力的支持和简单的控制方法，趋势曲线可以分为实时曲线和历史曲线。
实时曲线：一幅画面可以有若干个趋势曲线控件，每个曲线控件有一个绘图区，可以添加一个或多个参数，曲线趋势反映这些参数的实时变化情况。
历史曲线：显示某段时间内（几秒钟、几分钟、几小时、几天、几个月甚至一年）的各种参数连续变化情况，历史曲线参数和时间可由用户自己任意选择。用户可以放大缩小时间轴，时间单位支持毫秒精度。曲线控件支持多Y 轴显示，一条曲线关联一个Y 轴，随变量范围（Y 轴数值范围）的不同，曲线能更直观地反映变量的变化情况。此外，曲线控件可以添加对比曲线，通过对比分析，用户可很清楚的看到历史曲线不同变量之间、同一变量不同时间段之间的差异点、变化量，从而实现数据的横向与纵向对比。
历史趋势曲线
趋势曲线多Y 轴显示
5） 报警显示和记录
组态王软件具有优越的报警功能，有越限报警、变化率报警、死区报警、数据变化报警事件报警等，报警参数可在线进行修改，满足系统不同的报警需求。系统中报警变量可以分组管理，让系统操作员对报警的处理做到有条不紊。
系统的实时报警信息通过报警窗口来显示，利用报警窗口，操作员不但能及时查阅系统当前的报警信息，还可以对报警信息进行确认。事件报警是用户对系统的行为、动作，如操作员手动更改系统变量的值、启停变频器、登陆或退出系统等，这些不需要操作员对其确认，因此不会在实时报警窗口中显示。当系统中有新报警产生的时候，可采用自动弹出报警画面、播放声音通知、发送短信提醒等。
系统的报警信息通过文件、数据库和实时打印机打印三种方式进行分类存储，并能实现以报警组、变量名、时间段、报警类型等条件的查询，实现加气站工作过程的追踪，为事故追忆提供依据。
历史报警画面
6） 安全管理，操作权限设置
加气站的安全运行十分重要，这样就对监控系统的安全性提出了更高的要求。组态王采用分级和分区的双重保护策略，使系统中的每个用户都可以被指定权限级别（最大999 级）和安全区（最多64 个）。
按照加气站用户的操作需求，在系统中对同用户设立不同的安全操作等级，以保证设备的安全运行。系统可以设置多种用户操作等级，例如操作员级，此级别只能对设备操作、监视、历史数据查询，不可以对数据库进行管理以及修改工艺参数；管理员级别，可以使用本系统的所有功能，并能在线添加和删除用户，在线修改已有用户的操作权限等。
7） 网络功能和web 发布
组态王基于网络的概念，是一种真正的客户机/服务器模式，支持分布式数据采集系统、分布式历史数据库和分布式报警系统，可运行在基于TCP/IP 协议的网络上，因此系统能够实现上、下位机的扩展以及更高层次的企业级连网。
组态王全面支持网络发布功能。IE 浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE 客户端与Web 服务器保持高效的数据同步，通过网络可以实现在任何地方获得与Web 服务器上相同的画面、数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷地向各LNG/CNG 加气站现场发出控制命令，实现实时控制的功能。
8） 系统扩展和兼容性
组态王作为一个通用的工控软件平台，提供开放式的接口，如OPC、DDE、ODBC 等，方便实现与其他具有开放接口的软件进行数据交互，同时开放了历史数据库的查询接口。组态王还可嵌入标准的第三方OCX 控件，并通过调用控件属性和方法，满足实际系统的应用需求。
LNG/CNG 加气站中有加气机管理系统、车辆管理系统、IC 卡管理系统、经营管理系统等，利用加气站监控系统，可以将各系统的关键数据提取出来，集成到监控系统中，让多个系统真正实现无缝融合，便于系统管理员和操作员了解整个加气站的运行情况。加气站监控系统作为燃气综合监控的一个子系统，可以向上级监控系统提供设备运行参数、站内燃气消耗等信息，为管理员和调度员提供正确决策和合理调度的依据。
4.总结
用组态王监控软件配套的LNG/CNG 加气站监控系统以其完善的人机交互、稳定的系统运行和良好的兼容性、易用易扩展性受到企业用户的青睐。该监控系统不仅满足了加气站监控的实际需求，也为实现企业实时、有效、全面系统化的信息管理和监控、提高了企业的安全水平和综合自动化水平奠定了坚实的基础。
