?一、項(xiàng)目名稱(chēng)：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(yíng)公司，以下簡(jiǎn)稱(chēng) TW ）開(kāi)始一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在通過(guò)輸油管道網(wǎng)的改造來(lái)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(xiàn)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(huà)告知何時(shí)開(kāi)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(wèn)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(hù)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(guò)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(hù)更好地介入工藝過(guò)程的界面，更大的編程靈活性，一流組網(wǎng)能力和簡(jiǎn)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(chǎng)，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(kāi)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(guò) 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(guò)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。控制中心對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)能監(jiān)控超過(guò) 50 多個(gè) I/O 點(diǎn)，通過(guò)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(guò)一根雙絞線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chē)任務(wù)，從而省去了昂貴的并需花大量時(shí)間安裝的硬線(xiàn)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(lèi)危險(xiǎn)環(huán)境工作資格證書(shū)。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(méi)有該證書(shū)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，FactorFloor 通過(guò)流程圖畫(huà)面提供了一個(gè)控制邏輯的清晰的可見(jiàn)的表達(dá)方式。通過(guò)用帶有一個(gè)或多個(gè)命令的動(dòng)作塊來(lái)繪制一個(gè)" TO DO "（需要做）的表格，例如"打開(kāi)閥門(mén) 1 "，然后將這些動(dòng)作塊與條件模塊用線(xiàn)相連以確定條件是否滿(mǎn)足，即會(huì)問(wèn)"閥門(mén) 1 開(kāi)了嗎？"動(dòng)作塊間的連線(xiàn)顯示執(zhí)行的順序。通過(guò)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(lái)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，FactorFloor支持 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)算法，這種浮點(diǎn)算法通過(guò)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(zhǎng)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(kù)和控制數(shù)據(jù)庫(kù)是同一個(gè)，所以省去了數(shù)據(jù)庫(kù)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(fǎng)問(wèn)，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(kù)和 ISA 符號(hào)庫(kù)，這些特點(diǎn)使得操作員界面的開(kāi)發(fā)變得非常容易。
TW 的操作員在每個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)均使用 MMI 軟件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(jiǎn)易性使得操作員不必成為高級(jí)培訓(xùn)過(guò)的程序員就可以進(jìn)行大多數(shù)簡(jiǎn)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(yǔ)
隨著托羅基地安裝工程的完工， TW 開(kāi)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(lái)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。
1簡(jiǎn)單易操作
SNAP PAC系統(tǒng)由四個(gè)部分統(tǒng)一整合而成：軟件、控制器、智能處理器和I/O。系統(tǒng)建立、調(diào)試程序，以及故障維護(hù)都更簡(jiǎn)便，大大減少了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及投入運(yùn)行的時(shí)間。
2更低的長(zhǎng)期成本
SNAP PAC系統(tǒng)的成本低于許多plc系統(tǒng)，并且由于軟件是免費(fèi)的，您不需要投入高昂的費(fèi)用，便可投入使用該系統(tǒng)。我們?yōu)槟峁┟赓M(fèi)的培訓(xùn)以及技術(shù)支持，因此對(duì)于設(shè)備的整個(gè)使用期來(lái)測(cè)試，系統(tǒng)成本會(huì)大幅降低。
3適用于多類(lèi)自動(dòng)應(yīng)用的SNAP PAC系統(tǒng)
SNAP PAC系統(tǒng)功能強(qiáng)大。一套系統(tǒng)，便可用于多個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目中，幫助您完成過(guò)程控制、離散自動(dòng)化、能耗管理、數(shù)據(jù)采集，甚至遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。
分布式智能，幫助您隨時(shí)隨地方便地添加I/O。擁有了有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)控制器及I/O，您就可根據(jù)實(shí)際所需，將有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，或者立即實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊。
靈活的硬件讓您無(wú)需浪費(fèi)更多的投資，節(jié)省了金錢(qián)及時(shí)間。
4高級(jí)編程工具
SNAP PAC系統(tǒng)的編程方式采用直觀的流程圖，也可運(yùn)用更高級(jí)的腳本語(yǔ)言，或者結(jié)合兩者一起使用。這兩種方法所包括的指令，用于標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程控制以及離散自動(dòng)化的功能塊、浮點(diǎn)型數(shù)字、串行處理、排列、子程序、指針變量等，其他的高級(jí)工具用于復(fù)雜的應(yīng)用。
5連接到第三方軟件及設(shè)備
SNAP PAC控制器及智能處理器，支持OPC、Modbus/TCP、EtherNet/IP。可簡(jiǎn)易地將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并直接從硬件發(fā)送郵件。該系統(tǒng)也可以簡(jiǎn)單地使用Modbus、DNP、BACnet、CAN或任意基于串口的設(shè)備、儀器，進(jìn)行通訊。
6業(yè)界最好的I/O
憑借著業(yè)內(nèi)最佳的保障：多數(shù)SNAP I/O模塊終身保用。每個(gè)模塊出廠(chǎng)前都經(jīng)過(guò)獨(dú)立測(cè)試，而不是抽樣測(cè)試。SNAP PAC系統(tǒng)可以配置從幾個(gè)I/O點(diǎn)到數(shù)千個(gè)I/O點(diǎn)。您可按需，根據(jù)信號(hào)類(lèi)型，選擇高可靠性的模擬量、數(shù)字量、串口模塊。電壓、電流、交流、直流、熱電偶、RTD、電源檢測(cè)器、RS-232、RS-485、Profibus、運(yùn)動(dòng)控制、應(yīng)變測(cè)試等等，都可與SNAP PAC系統(tǒng)一同連接。
關(guān)于SNAP PAC系統(tǒng)
SNAP PAC系統(tǒng)是Opto 22公司出品，軟硬件集成的系統(tǒng)，用于工業(yè)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用。簡(jiǎn)化了對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)了解、選擇和采購(gòu)的復(fù)雜過(guò)程，SNAP PAC系統(tǒng)由以下四部分組成：
PAC Project 軟件套件－－－－簡(jiǎn)單易用的基于流程圖的編程方式、HMI（人機(jī)界面）、可選的OPC客戶(hù)端以及數(shù)據(jù)庫(kù)連接軟件。
SNAP PAC控制器－－－－獨(dú)立式和基于機(jī)架式的工業(yè)控制器；有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)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(xiàn)/無(wú)線(xiàn)模塊。
SNAP I/O－－－－模擬量、數(shù)字量、串口量、特殊功能I/O模塊，可與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀器、傳感器相連接。所有I/O模塊可交替與標(biāo)準(zhǔn)的以及有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)智能處理器一同工作。
這四個(gè)簡(jiǎn)單，又具有很大靈活性的系統(tǒng)組成部件，可處理任何情況，從最基本的設(shè)備監(jiān)控到完整的工廠(chǎng)自動(dòng)化。
通訊網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議
SNAP PAC系統(tǒng)自帶Ethernet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此您無(wú)需擔(dān)心成本，以及額外添加網(wǎng)絡(luò)通訊卡的麻煩。系統(tǒng)中的分布式I/O可運(yùn)行在以太網(wǎng)或串行網(wǎng)絡(luò)，也可同時(shí)運(yùn)行于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。另外，您可以與大量的串行設(shè)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(tǒng)運(yùn)行于標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet網(wǎng)絡(luò)，可直接與計(jì)算機(jī)、基于Ethernet的設(shè)備相互通訊，使用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議包括TCP/IP、UDP/IP、郵件傳輸協(xié)議SMTP、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP、Modbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系統(tǒng)的EtherNet/IP等。
