?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網(wǎng)點(diǎn)，天然氣輸送由十二個泵站負(fù)責(zé)，天然氣流由帶有三臺五千馬力的大型空壓機(jī)的泵站驅(qū)動。 傳統(tǒng)上，沿輸送管線分布的每個泵站 24 小時都必須有人值守，以維護(hù)每個泵站的三臺空壓縮機(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開動空壓機(jī)，何時調(diào)節(jié)輸出量，何時關(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)帶有延時繼電器和單回路控制器，它們存在幾個問題：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，一個基于 PC 的 SCADA 系統(tǒng)被推薦給了 TM ，這個系統(tǒng)結(jié)合了以下特點(diǎn)：一個帶有 32 位 SNAP 控制器的 486 個人計(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)都建立在一個具有吸引力的性能 / 價格比的基礎(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 I/O 點(diǎn)的系統(tǒng)，三個發(fā)動機(jī)中，每臺共使用了 144 個 OPTO22 的 I/O 點(diǎn)，其中共有 80 個開關(guān)量和 64 個模擬量點(diǎn)。新系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成帶有 4 個 SNAP 控制器的系統(tǒng)， SNAP 以點(diǎn)對點(diǎn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中一臺 SNAP 控制器被設(shè)計(jì)成主控制器（每臺發(fā)動機(jī)配 一臺從控制器），所有控制器通過 ARCENT 網(wǎng)連接在一起，主控制器和其他三臺發(fā)動機(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、調(diào)節(jié)或停止的命令，而主控制器與每臺從屬控制器進(jìn)行通訊。控制中心對每個發(fā)動機(jī)能監(jiān)控超過 50 多個 I/O 點(diǎn)，通過這些 I/O 點(diǎn)及其構(gòu)成的 PID 回路對發(fā)動機(jī)的定時、溫度、壓力報警進(jìn)行控制，并將結(jié)果返還給控制器。 發(fā)動機(jī)溫度 PID 回路控制是用 SNAP 的智能模擬 I/O 模塊在 I/O 級就完成，風(fēng)冷型制冷機(jī)成年累月地對發(fā)動機(jī)提供 24 小時不停的冷卻。
● 智能I/O
控制發(fā)動機(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 模塊和一個智能控制單元。模擬量智能單元可以完成高低限報警、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 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。 因?yàn)橄到y(tǒng)要求具有故障糾錯能力，所以舊系統(tǒng)必須將所有 I/O 點(diǎn)從發(fā)動機(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 一級的就地控制能力，所以只需將三個從屬控制器用線和主控制器機(jī)房相連接。一個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間安裝的硬線連接的繼電器控制面板
●危險環(huán)境操作運(yùn)行
SNAP 產(chǎn)品具有一類危險環(huán)境工作資格證書。它使 TW 能夠?qū)⑷齻€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 SNAP 控制器進(jìn)行編程，FactorFloor 通過流程圖畫面提供了一個控制邏輯的清晰的可見的表達(dá)方式。通過用帶有一個或多個命令的動作塊來繪制一個" TO DO "（需要做）的表格，例如"打開閥門 1 "，然后將這些動作塊與條件模塊用線相連以確定條件是否滿足，即會問"閥門 1 開了嗎？"動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應(yīng)用程序。
TW 的發(fā)動機(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，FactorFloor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的 SNAP 的數(shù)學(xué)協(xié)處理器實(shí)施運(yùn)算。另一個對 SNAP 的長處是在每個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，所以省去了數(shù)據(jù)庫對應(yīng)工作，使精度更高，并減少了編程時間。新的軟件可以對 I/O 、控制變量、報警狀態(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 的操作員在每個系統(tǒng)的現(xiàn)場均使用 MMI 軟件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時，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 MMI 進(jìn)行升級。
四、結(jié)語
隨著托羅基地安裝工程的完工， TW 開始用 SNAP 對位于另一處 －－－－ 亞利桑那州的泵站也進(jìn)行了升級和更新，這個泵站有望在幾個月后投產(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間。
1簡單易操作
SNAP PAC系統(tǒng)由四個部分統(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)都更簡便，大大減少了系統(tǒng)開發(fā)及投入運(yùn)行的時間。
2更低的長期成本
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，因此對于設(shè)備的整個使用期來測試，系統(tǒng)成本會大幅降低。
3適用于多類自動應(yīng)用的SNAP PAC系統(tǒng)
SNAP PAC系統(tǒng)功能強(qiáng)大。一套系統(tǒng)，便可用于多個自動化項(xiàng)目中，幫助您完成過程控制、離散自動化、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，幫助您隨時隨地方便地添加I/O。擁有了有線/無線控制器及I/O，您就可根據(jù)實(shí)際所需，將有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換到無線網(wǎng)絡(luò)，或者立即實(shí)現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)的通訊。
靈活的硬件讓您無需浪費(fèi)更多的投資，節(jié)省了金錢及時間。
4高級編程工具
SNAP PAC系統(tǒng)的編程方式采用直觀的流程圖，也可運(yùn)用更高級的腳本語言，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)的過程控制以及離散自動化的功能塊、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。可簡易地將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并直接從硬件發(fā)送郵件。該系統(tǒng)也可以簡單地使用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。每個模塊出廠前都經(jīng)過獨(dú)立測試，而不是抽樣測試。SNAP PAC系統(tǒng)可以配置從幾個I/O點(diǎn)到數(shù)千個I/O點(diǎn)。您可按需，根據(jù)信號類型，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、電源檢測器、RS-232、RS-485、Profibus、運(yùn)動控制、應(yīng)變測試等等，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。簡化了對自動化系統(tǒng)了解、選擇和采購的復(fù)雜過程，SNAP PAC系統(tǒng)由以下四部分組成：
PAC Project 軟件套件－－－－簡單易用的基于流程圖的編程方式、HMI（人機(jī)界面）、可選的OPC客戶端以及數(shù)據(jù)庫連接軟件。
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/無線模塊可選。
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/無線模塊。
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/無線智能處理器一同工作。
這四個簡單，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)控到完整的工廠自動化。
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)，也可同時運(yùn)行于兩個網(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。
