摘　要：分析CNG加气站站控系统的要求，探讨了由现场变器、PLC、计算机组成的站控系统的功能。

关键词：CNG加气站　站控系统　PLC　组态王软件

Design of Control System in CNG Filling Station

Abstract：The requirements of the station control system in CNG filling station are analyzed．The functions of the station control system composed of site transmitter，PLC and computers are discussed．

Key words：CNG filling station；station control system；programmable logic controller(PLC)；Kingview software

1　概述

近年来CNG行业迅速发展，由于站点分散，监管难度大，加之许多地方管理工作相对薄弱，控制手段落后，使得许多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。

CNG加气站站控系统主要实现数据采集、设备监控、参数测量和调节以及各类信号报警^[1]，能够为燃气综合监控系统提供及时、准确、可靠的运行工况数据，降低劳动强度，提高管理效益，使整个燃气生产管理过程可视化、规范化、自动化、信息化。组态王软件作为国内领先的自动化软件，可以为CNG加气站提供可靠的软件平台，构建安全高效的CNG加气站站控系统。

2　站控系统要求

对于CNG加气站来说，连续的压力、温度、储气量、站区燃气浓度的检测都十分重要，自动化系统的作用就是在中控室综合监控系统的运行状态，使整个系统处在较高的安全水平上。CNG加气站站控系统的要求如下。

①设备运行状态显示，工艺流程显示。系统采集压缩机前后压力、储气装置压力、管道流量等数据，在显示屏上以画面、报表、图像的形式动态显示；显示调压的工艺过程、参数、设备状态。显示屏上既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设备通信功能。能够通过以太网或无线数据通信的方式实现与现场监控设备PLC、智能仪表等的通信，实现稳定可靠的数据采集和控制。

③数据展示、储存、查询。可进行最大值、最小值、平均值、偏差值、累计值和其他特殊的运算处理。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，并具有定时打印和随机打印功能。

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，能够实现站区燃气浓度自动检测报警和连锁控制功能，能进行实时报警提示，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储存，以便进行查询和打印。可以在系统运行过程中查看和修改各系统变量的报警参数。

⑤操作安全权限管理。分配不同的操作权限，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。

⑥能够提供客户端网络数据访问功能。凭借客户端工具，通过网络监控远程设备运行状态，确保远程设备运行正常。在Internet网络或局域网中将实时、历史、报警等数据以集成的方式进行发布，用户可以在IE中浏览。

⑦站控系统扩展性。CNG加气站站内设备较少，后期增添设备情况较多，因此要求站控系统具有较高的可扩展性。另外，CNG加气站站控系统作为燃气综合监控系统的一个子系统，需要向上级监控系统提供设备运行数据，使集团公司调度控制中心的调度和操作人员能通过工作站提供的CNG加气站站内工艺过程的压力、温度、流量、燃气储气量等信息，完成对燃气系统整体的监控及运行管理。

3　站控系统设计方案

3．1　系统组成

CNG加气站控制系统分压缩机控制系统、加气机收费管理系统、工艺管道控制系统、可燃气体报警控制系统，4套系统相互结合以实现加气站安全运营、平稳加气。前两套系统由设备厂家配套提供，笔者只对后两套系统进行设计。工艺管道控制系统和可燃气体报警系统由若干现场变送器、一台PLC和4台计算机组成。

3．2　系统功能

①现场变送器

现场变送器实现对现场压力、温度的采集，并将模拟信号转换成4～20mA电信号传至控制室PLC，现场变送器报警点及连锁点根据工艺要求设定。CNG加气站需要测量的现场参数有：脱水装置进口管道温度、压力，储气瓶组低、中、高压管道压力，压缩机出口管道压力、温度等。当事故或紧急状况下，通过PLC紧急停止所有压缩机。当高、中、低压储气瓶组压力达到高报高控值时，控制室声光报警，停止所有压缩机。当站区燃气体积分数达到20％爆炸下限时，控制室声光报警，启动现场轴流风机；当站区燃气体积分数达到50％爆炸下限时，控制室声光报警，停止所有压缩机。当智能仪表所检测的参数达不到工艺要求值时，PLC输出触点动作(动合或动断)，多路声光报警器声光报警，同时与该参数相关联的设备动作，实现连锁控制。

②PLC

PLC安装于控制室内，PLC编程软件选用STEP7，用户程序由用户在STEP7中生成，然后下载到PLC的CPU。用户程序实现处理用户特定任务所需要的所有功能。STEP7将用户编写的程序和程序所需的数据放置在块中，使单个的程序部件标准化。通过在块内或块之间类似子程序的调用，使用户程序结构化，可以简化程序组成，使程序易于修改和调试。块结构显著增加了PLC程序的透明性、可理解性和易维护性。

当现场变送器所检测的参数达到设定值时，PLC输出触点动作(动合或动断)，多路声光报警器声光报警，同时与该参数相关联的设备动作，实现连锁控制。

③计算机

本系统共配置4台计算机，均安装Kingview组态软件(组态王软件)，分别配置为IO服务器、报警服务器、历史记录服务器、Web发布服务器，安装于控制室内。IO服务器与PLC控制系统通过Rs-485串口通信，使生产安全稳定运行。报警服务器产生报警和提供报警记录。历史记录服务器进行历史数据记录，提供数据查询。Web发布服务器可以通过Kingview客户端将工程数据发布到公网，工程人员可以在任何有网络的地方实时查看现场设备运行情况。

Kingview组态软件的功能有以下几个方面。

画面展示：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、指示仪表、阀门、电机、泵、管路和其他标准工业元件。画面以动态的图形和颜色区分实时显示压缩机、储罐、管道、加气机等主要设备的工作状态，操作人员在控制室就可以及时了解设备的工况，降低危险系数。

下位设备通信：Kingview组态软件可连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等工业自动化设备。对CNG加气站内燃气设备的监控，常用的控制设备为S7系列PLC，Kingview组态软件通过串口通信方式，稳定高速地与设备进行数据交换。上位监控系统与PLC程序互相结合，将分散的设备集中到一起监控，实现集中监视、分散控制。

报表功能和数据储存查询：对于CNG加气站站控系统，Kingview组态软件能够实现完整的设备运行数据记录，对各设备运行数据如压力、温度、浓度、阀门状态等能够生成报表，进行定时或实时打印存档，对采集到的历史数据可以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。

趋势曲线显示：Kingview组态软件的实时数据和历史数据可以用曲线的形式显示。Kingview组态软件的曲线有趋势曲线和超级X-Y，曲线。

安全操作权限设置：CNG加气站的操作员需要进行一定的技能培训之后才能上岗，因此对于站控系统的安全权限要求较高，Kingview组态软件采用分级和分区的双重保护策略。系统中的每一个可操作元素都可以被指定保护级别(最大999级)和安全区(最多64个)，在系统中设立不同的安全操作等级，针对不同的操作者设置相应的加密等级，以保证设备的安全运行。系统可以设置几种用户操作等级，例如操作员级，此级别只能对设备操作、监视、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，并能够对操作员的权限进行在线管理。

参考文献：

[1]吴佩英．LNG汽车加气站技术的发展与应用[J]．煤气与热力，2003，23(10)：629-630．

本文作者：宋晓丽  张剑鹏  李政尧  谷平

作者单位：中交煤气热力研究设计院有限公司

  烟台龙源电力技术股份有限公司