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摘 要：随着西气东输工程的顺利开展，天然气开始进入城市的千家万户，而天然气调压站是各大城市供气系统的核心和枢纽。天然气调压站智能监控系统可以实现合理调度，无人职守，既能保证安全供气，又能节约能源与资金，开始被广泛应用。本文介绍了PLC在天然气调压站智能监控系统中的应用，重点介绍系统硬件组成、软件流程的设计。
关键词：PLC 天然气调压站 智能监控系统 应用
一、前言
天然气调压站是各大城市供气系统的核心和枢纽，现有调压站系统基本上采用传统的阀门加简单电控的方式进行天然气用气量的调度和管理。随着供气范围的扩大、用气量的增加以及对供气要求的提高，供气网络和用气方式必将日益复杂，传统的控制方式已很难满足现代生产和生活的需要。运用新技术对调压站系统进行自动控制和调度管理已成为社会发展的必然。
二、PLC在天然气调压站智能监控系统设计中的应用
1、硬件设计
天然气调压站的智能监控系统实现系统功能，需要围绕PLC，配备模拟量采集部分、通信部分等的配电电路，这个系统的硬件组成包括CPU、PLC、、信号变送器、处理模块、液晶触摸屏和执行机构等，是极具代表性的数字化监控系统。
（一） 变送器。要实现系统的智能化监控功能，首先需要用变送器对天然气的压力、温度、流量、差压等信息进行变换、采集。变送器选用的原则是可靠且满足防爆要求的。
（二）智能总线仪表。智能总线仪表为艾默生公司的miniEVC，用来测量气体流量，它通过RS485 通信口与PLC 进行数据通信，通信协议为Modbus 协议。
（三）PLC 及I /O 处理部分。结合调压站功能需要，控制系统选用西门子S7—200 系列CPU、PLC 作为控制核心（ 根據各调压站需求的不同选用该系列中的不同型号，一般为224 及以上） ，它们自带有数量较多的开关量和部分模拟量I /O 点。当自带I /O 点不足时，可扩展成为4路12位高精度EM231模拟量输入模块以及16 点24 V 的EM221CN直流电路输入模块。
（四）电源部分。一般交流电源选用标准的220 V/50 Hz工频输入，而如果是直流电源，则用24 V的工业开关电源模块。使用直流电源的是为了提供模拟和开关信号的输入输出处理所需能源。剩下的仪器中，体积修正仪和智能仪表所用的9V电源是通过安全栅来直接提供。考虑到城市的用气不能间断，系统需要配备UPS后备电源，以保证在停电情况下系统仍可以继续进行工作2小时以上。
（五）液晶触摸屏。目前一般系统选用的是西门子公司生产的大尺寸彩色STN液晶触摸屏，它的接口有MPI /Profibus DP和2MBFlash Memory两种，同时支持中文的组态软件，使用方便，可以直观地对各种参数的显示和修改进行设置。但自控系统的参数出现异常，系统会发出声光报警信息，同时在液晶屏上闪烁警报。
（六）隔离保护部分。该系统的工作条件是易燃易爆的天然气环境，因此，设计时充分考虑安全因素，对系统进行合理的隔离和保护十分重要。在设计时，可以在电源的进线处设置防雷浪涌的保护器，同时对模拟输入信号回路上合理的采用隔离安全栅，进行隔离保护。
2、软件设计
天然气监控中使用到的系统执行逻辑在智能化监控系统中属于比较简单的，PLC软件进行设计的主要内容是模拟数据的采集、处理工作，与智能总线仪表间的通信。压力、温度和压差是通过电流传感器测定传输的，输出的电流信号在4-20Ma。而在EM231的内部自带有模拟量的滤波功能与采样数值的设置。通常，为了显示值保持较稳定状态，我们可以在程序中使用算术平均滤波的方法，对随机的干扰信号进行滤波，消除其对监控过程的影响。
（一）初始化：根据要接收的信息特点，对SMB87-SMB94进行合理设置。在本系统中不用设置空闲线的检测时间。SM0.1触发端口开始进行初始化，连接的发送完成，以此同时接收完成中断。
（二）发送唤醒指令：仪表在不工作的时候处于睡眠状态。发送唤醒指令，读取信号的指令延时1.5秒发送，接收信息。仪器的睡眠状态需要连续发送5次FF才能唤醒。
LDN M0.0
R SM87.7.1
RCV VB600.0
XMT VB500.0
这一步要特别注意到一点：在初始化过程中，端口O的状态被置为接收，如果在此时直接发送唤醒指令，会造成端口O的通讯冲突，从而出现故障，不能正常的进行工作。因此，在唤醒指令发生前，需要先禁止接收（将SM87.7复0），然后才能执行RCV指令，在唤醒指令的中断过程中，定时1.5s，此时只可以发读信号指令，不能再发唤醒指令。
（三）发读信号指令：在发送完成的中断过程中，对端口O进行重置，设为接收状态（置位SM87.7，执行RCV指令），然后在对RCV指令的接收缓冲区进行清空。
LD MO.2
R SM87.7.1
RCV VB600.0
XMT VB500.0
（四）接收信息：在接收信息中断让，为了智能仪表可以有充足的响应时间，先延时1s，再发送读取信号的指令。
LD SMO.O
RCV VB600.0
3、应用分析
新余燃气有限公司天然气利用工程的站控系统总体设计包括城市门站和调压站两个站控系统。
站控系统包括操作员工作站、工程师工作站、PLC和通讯设备等。站控系统可以独立完成对所在站场的数据采集和控制，同时还可以将有关信息传输给调度控制中心，接受其下达的命令并执行。在站控系统的调度室设置2台监控工作站，实时监视现场设备运行状况。如果调度室监控计算机发生故障，PLC可以独立工作。安防系统包含视频监控系统和红外对射报警系统。在城市门站区域，共设置6台摄像机，其中2台安装在工艺装置区，4台安装在安全区。在调压站区域，共设置11台摄像机，其中6台安装在工艺装置区，5台安装在安全区。安防系统实现联网监控，执行总调度中心发送的指令，向总调度中心发送带时间标志的实时数据，进行数据通信管理。
工程师工作站的主要功能是对城市门站及调压站的工艺变量进行数据采集和处理，对电力设备及其相关变量进行监控，对可燃气体进行监视和报警，显示动态工艺流程，显示各种工艺变量、其他有关参数和报警一览表，对数据进行储存及处理，显示实时趋势曲线和历史曲线，实现流量计算、流量控制、压力控制、逻辑控制、联锁保护、打印报警、事件报告以及生产报表等。
新余燃气有限公司天然气利用工程的天然气站控系统的PLC配置。站控系统选用和利时公司的具有自主知识产权的新一代控制器LK系列PLC，CPU采用LK系列中最高端的LK210，具有热备冗余的功能，并具有2个以太网接口、2个冗余的Profibus-DP总线接口、1个支持自由口协议和Modbus协议的RS232串行接口、1个支持自由口协议和Modbus协议的RS232/485串行接口，可以实现各种复杂的控制逻辑和大量的过程控制。
三、结束语
利用PLC进行天然气调压站智能监控系统的设计，具有开发周期短、抗干扰能力强、操作简单、重量轻，能耗低等优点，值得推广使用，目前，已在许多地区装配运行，应用到天然气的调控管理中。
参考文献
[1]吴志刚.PLC在天然气调压站智能监控中的应用[J].电气与应用，201l，30（11）：84—86.
关键词：PLC 天然气调压站 智能监控系统 应用
一、前言
天然气调压站是各大城市供气系统的核心和枢纽，现有调压站系统基本上采用传统的阀门加简单电控的方式进行天然气用气量的调度和管理。随着供气范围的扩大、用气量的增加以及对供气要求的提高，供气网络和用气方式必将日益复杂，传统的控制方式已很难满足现代生产和生活的需要。运用新技术对调压站系统进行自动控制和调度管理已成为社会发展的必然。
二、PLC在天然气调压站智能监控系统设计中的应用
1、硬件设计
天然气调压站的智能监控系统实现系统功能，需要围绕PLC，配备模拟量采集部分、通信部分等的配电电路，这个系统的硬件组成包括CPU、PLC、、信号变送器、处理模块、液晶触摸屏和执行机构等，是极具代表性的数字化监控系统。
（一） 变送器。要实现系统的智能化监控功能，首先需要用变送器对天然气的压力、温度、流量、差压等信息进行变换、采集。变送器选用的原则是可靠且满足防爆要求的。
（二）智能总线仪表。智能总线仪表为艾默生公司的miniEVC，用来测量气体流量，它通过RS485 通信口与PLC 进行数据通信，通信协议为Modbus 协议。
（三）PLC 及I /O 处理部分。结合调压站功能需要，控制系统选用西门子S7—200 系列CPU、PLC 作为控制核心（ 根據各调压站需求的不同选用该系列中的不同型号，一般为224 及以上） ，它们自带有数量较多的开关量和部分模拟量I /O 点。当自带I /O 点不足时，可扩展成为4路12位高精度EM231模拟量输入模块以及16 点24 V 的EM221CN直流电路输入模块。
（四）电源部分。一般交流电源选用标准的220 V/50 Hz工频输入，而如果是直流电源，则用24 V的工业开关电源模块。使用直流电源的是为了提供模拟和开关信号的输入输出处理所需能源。剩下的仪器中，体积修正仪和智能仪表所用的9V电源是通过安全栅来直接提供。考虑到城市的用气不能间断，系统需要配备UPS后备电源，以保证在停电情况下系统仍可以继续进行工作2小时以上。
（五）液晶触摸屏。目前一般系统选用的是西门子公司生产的大尺寸彩色STN液晶触摸屏，它的接口有MPI /Profibus DP和2MBFlash Memory两种，同时支持中文的组态软件，使用方便，可以直观地对各种参数的显示和修改进行设置。但自控系统的参数出现异常，系统会发出声光报警信息，同时在液晶屏上闪烁警报。
（六）隔离保护部分。该系统的工作条件是易燃易爆的天然气环境，因此，设计时充分考虑安全因素，对系统进行合理的隔离和保护十分重要。在设计时，可以在电源的进线处设置防雷浪涌的保护器，同时对模拟输入信号回路上合理的采用隔离安全栅，进行隔离保护。
2、软件设计
天然气监控中使用到的系统执行逻辑在智能化监控系统中属于比较简单的，PLC软件进行设计的主要内容是模拟数据的采集、处理工作，与智能总线仪表间的通信。压力、温度和压差是通过电流传感器测定传输的，输出的电流信号在4-20Ma。而在EM231的内部自带有模拟量的滤波功能与采样数值的设置。通常，为了显示值保持较稳定状态，我们可以在程序中使用算术平均滤波的方法，对随机的干扰信号进行滤波，消除其对监控过程的影响。
（一）初始化：根据要接收的信息特点，对SMB87-SMB94进行合理设置。在本系统中不用设置空闲线的检测时间。SM0.1触发端口开始进行初始化，连接的发送完成，以此同时接收完成中断。
（二）发送唤醒指令：仪表在不工作的时候处于睡眠状态。发送唤醒指令，读取信号的指令延时1.5秒发送，接收信息。仪器的睡眠状态需要连续发送5次FF才能唤醒。
LDN M0.0
R SM87.7.1
RCV VB600.0
XMT VB500.0
这一步要特别注意到一点：在初始化过程中，端口O的状态被置为接收，如果在此时直接发送唤醒指令，会造成端口O的通讯冲突，从而出现故障，不能正常的进行工作。因此，在唤醒指令发生前，需要先禁止接收（将SM87.7复0），然后才能执行RCV指令，在唤醒指令的中断过程中，定时1.5s，此时只可以发读信号指令，不能再发唤醒指令。
（三）发读信号指令：在发送完成的中断过程中，对端口O进行重置，设为接收状态（置位SM87.7，执行RCV指令），然后在对RCV指令的接收缓冲区进行清空。
LD MO.2
R SM87.7.1
RCV VB600.0
XMT VB500.0
（四）接收信息：在接收信息中断让，为了智能仪表可以有充足的响应时间，先延时1s，再发送读取信号的指令。
LD SMO.O
RCV VB600.0
3、应用分析
新余燃气有限公司天然气利用工程的站控系统总体设计包括城市门站和调压站两个站控系统。
站控系统包括操作员工作站、工程师工作站、PLC和通讯设备等。站控系统可以独立完成对所在站场的数据采集和控制，同时还可以将有关信息传输给调度控制中心，接受其下达的命令并执行。在站控系统的调度室设置2台监控工作站，实时监视现场设备运行状况。如果调度室监控计算机发生故障，PLC可以独立工作。安防系统包含视频监控系统和红外对射报警系统。在城市门站区域，共设置6台摄像机，其中2台安装在工艺装置区，4台安装在安全区。在调压站区域，共设置11台摄像机，其中6台安装在工艺装置区，5台安装在安全区。安防系统实现联网监控，执行总调度中心发送的指令，向总调度中心发送带时间标志的实时数据，进行数据通信管理。
工程师工作站的主要功能是对城市门站及调压站的工艺变量进行数据采集和处理，对电力设备及其相关变量进行监控，对可燃气体进行监视和报警，显示动态工艺流程，显示各种工艺变量、其他有关参数和报警一览表，对数据进行储存及处理，显示实时趋势曲线和历史曲线，实现流量计算、流量控制、压力控制、逻辑控制、联锁保护、打印报警、事件报告以及生产报表等。
新余燃气有限公司天然气利用工程的天然气站控系统的PLC配置。站控系统选用和利时公司的具有自主知识产权的新一代控制器LK系列PLC，CPU采用LK系列中最高端的LK210，具有热备冗余的功能，并具有2个以太网接口、2个冗余的Profibus-DP总线接口、1个支持自由口协议和Modbus协议的RS232串行接口、1个支持自由口协议和Modbus协议的RS232/485串行接口，可以实现各种复杂的控制逻辑和大量的过程控制。
三、结束语
利用PLC进行天然气调压站智能监控系统的设计，具有开发周期短、抗干扰能力强、操作简单、重量轻，能耗低等优点，值得推广使用，目前，已在许多地区装配运行，应用到天然气的调控管理中。
参考文献
[1]吴志刚.PLC在天然气调压站智能监控中的应用[J].电气与应用，201l，30（11）：84—86.