一、項(xiàng)目名稱：天然氣管網(wǎng)的 SCADA 控制 （TCS for SCADA Operation of Gas Pipelines） 　　二、項(xiàng)目背景 　　1992 年三月， Transwestern 管道公司（ Enron 公司的聯(lián)營公司，以下簡稱 TW ）開始一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)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(gè)網(wǎng)點(diǎn)，天然氣輸送由十二個(gè)泵站負(fù)責(zé)，天然氣流由帶有三臺(tái)五千馬力的大型空壓機(jī)的泵站驅(qū)動(dòng)。 傳統(tǒng)上，沿輸送管線分布的每個(gè)泵站 24 小時(shí)都必須有人值守，以維護(hù)每個(gè)泵站的三臺(tái)空壓縮機(jī)。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(shí)開動(dòng)空壓機(jī)，何時(shí)調(diào)節(jié)輸出量，何時(shí)關(guān)機(jī)。并根據(jù)公共網(wǎng)點(diǎn)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(jī)控制方式直到近期才改變。舊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶有延時(shí)繼電器和單回路控制器，它們存在幾個(gè)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(jìn)行編程修改，報(bào)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(tǒng)供應(yīng)商 WAYSON 接觸聯(lián)系， WAYSON 是基于用戶需求的集散系統(tǒng) TCS 的 OEM 制造商，一個(gè)基于 PC 的 SCADA 系統(tǒng)被推薦給了 TM ，這個(gè)系統(tǒng)結(jié)合了以下特點(diǎn)：一個(gè)帶有 32 位 SNAP 控制器的 486 個(gè)人計(jì)算機(jī)，智能 I/O 模塊，流程圖形 FACTORY FLOOR 控制軟件。經(jīng)過多方比較評(píng)估，公司認(rèn)為 TCS 系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：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(wǎng)能力和簡單人機(jī)操作員界面；而所有這些特點(diǎn)都建立在一個(gè)具有吸引力的性能 / 價(jià)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(diǎn)的托羅作為新控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，該系統(tǒng)最終也將代替其他站點(diǎn)的控制設(shè)備。 　　三、新系統(tǒng)組成 　　●更好的控制特性 　　托羅站原被設(shè)計(jì)成共有 550 個(gè) I/O 點(diǎn)的系統(tǒng)，三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中，每臺(tái)共使用了 144 個(gè) OPTO22 的 I/O 點(diǎn)，其中共有 80 個(gè)開關(guān)量和 64 個(gè)模擬量點(diǎn)。新系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成帶有 4 個(gè) SNAP 控制器的系統(tǒng)， SNAP 以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中一臺(tái) SNAP 控制器被設(shè)計(jì)成主控制器（每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)配 一臺(tái)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)的啟動(dòng)、調(diào)節(jié)或停止的命令，而主控制器與每臺(tái)從屬控制器進(jìn)行通訊?？刂浦行膶?duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)能監(jiān)控超過 50 多個(gè) I/O 點(diǎn)，通過這些 I/O 點(diǎn)及其構(gòu)成的 PID 回路對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)、溫度、壓力報(bào)警進(jìn)行控制，并將結(jié)果返還給控制器。 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度 PID 回路控制是用 SNAP 的智能模擬 I/O 模塊在 I/O 級(jí)就完成，風(fēng)冷型制冷機(jī)成年累月地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供 24 小時(shí)不停的冷卻。 　　● 智能I/O 　　控制發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)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(gè)智能控制單元。模擬量智能單元可以完成高低限報(bào)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(duì) 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(shì)。 因?yàn)橄到y(tǒng)要求具有故障糾錯(cuò)能力，所以舊系統(tǒng)必須將所有 I/O 點(diǎn)從發(fā)動(dòng)機(jī)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(jí)的就地控制能力，所以只需將三個(gè)從屬控制器用線和主控制器機(jī)房相連接。一個(gè)可與各從控制器通信的、設(shè)立在機(jī)房的智能前端單元能獨(dú)立完成緊急停車任務(wù)，從而省去了昂貴的并需花大量時(shí)間安裝的硬線連接的繼電器控制面板 　　●危險(xiǎn)環(huán)境操作運(yùn)行 　　SNAP 產(chǎn)品具有一類危險(xiǎn)環(huán)境工作資格證書。它使 TW 能夠?qū)⑷齻€(gè)機(jī)房用的控制器放在標(biāo)準(zhǔn)的 NEMA 機(jī)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 FactorFloor 軟件對(duì) SNAP 控制器進(jìn)行編程，F(xiàn)actorFloor 通過流程圖畫面提供了一個(gè)控制邏輯的清晰的可見的表達(dá)方式。通過用帶有一個(gè)或多個(gè)命令的動(dòng)作塊來繪制一個(gè)" TO DO "（需要做）的表格，例如"打開閥門 1 "，然后將這些動(dòng)作塊與條件模塊用線相連以確定條件是否滿足，即會(huì)問"閥門 1 開了嗎？"動(dòng)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(gè)應(yīng)用程序。 　　TW 的發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，F(xiàn)actorFloor支持 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)算法，這種浮點(diǎn)算法通過在控制器一級(jí)的 SNAP 的數(shù)學(xué)協(xié)處理器實(shí)施運(yùn)算。另一個(gè)對(duì) SNAP 的長處是在每個(gè)從控制器和主控制器上均可進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。 　　●人機(jī)界面軟件 　　TW 用新的 MMI 軟件對(duì)操作員界面進(jìn)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(gè)，所以省去了數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)工作，使精度更高，并減少了編程時(shí)間。新的軟件可以對(duì) I/O 、控制變量、報(bào)警狀態(tài)、數(shù)據(jù)記錄進(jìn)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(hào)庫，這些特點(diǎn)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(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場均使用 MMI 軟件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，操作員很容易就能確定原因，從而能派出合適的機(jī)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(jí)培訓(xùn)過的程序員就可以進(jìn)行大多數(shù)簡單的維護(hù)，第一次使用的操作員也有可能對(duì) MMI 進(jìn)行升級(jí)。 　　四、結(jié)語 　　隨著托羅基地安裝工程的完工， TW 開始用 SNAP 對(duì)位于另一處 ———— 亞利桑那州的泵站也進(jìn)行了升級(jí)和更新，這個(gè)泵站有望在幾個(gè)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 WAYSON 該工程組的工程師們幾年的時(shí)間。