王正义，史浩波

城市燃气是城市能源供应的重要组成部分，是城市建设的重要基础设施之一。发展城市燃气，对于节约能源、保护环境、方便人民生活、促进工业生产、发展城市公用事业意义十分重大，是实现城市现代化的重要标志之一。现在正值城市燃气向天然气转换的关键阶段。而在城市天然气管网系统中，调压站是必不可少的环节。如图1所示，调压站是管网系统根据下一级管网和用户所需的压力来调节燃气压力。其控制必须满足实时性、稳定性和安全性要求。

 
图1  城市管网简图

在天然气管网系统中调压站一般有城市门站、区域站、分输站等系列。门站是接纳天然气关键设施。具体有除尘、计量、贮存、加臭、降压等部分组成。区域站主要负责区域供气，具有过滤、调压、稳压等功能。由北京安控科技发展有限公司和常州信力公司共同开发的区域调压站系统，将RTU作为控制神经单元，结合国外的先进现场检测仪表设备集成的新型调压站系统，填补了国内RTU应用于调压站系统的空白。
1  产品简介
RTU（Remote Terminal Unit）是一种远端测控单元装置，以前的RTU的概念一般是以PLC为核心，再配置相关的软硬件设备来集成。而SuperE的研制具备了RTU和PLC的双重功能，集“遥测、遥信、遥控、遥调”于一体，具有自诊断硬件存在与否等功能，使其通用性极强。其一体化的设计，从电源到采集、控制、显示、通信、接线都完整的集成，免除了用户许多额外的工作。还可以扩展，在某些需要更多数据点的场合同样可以胜任，解决了许多原来组合RTU的缺点，如软硬件各设备间的接口问题等。
与常用的可编程控制器PLC相比，SuperE具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。SuperE具有多种程序编译方法（ELadder逻辑梯形图与C语言等），为应对通讯的各种实际问题提供强大的软件支持和多种解决方法。如协议的转换、生成、实现，传输信号的多种调制方式（可自定义）等。
同样通过ELadder逻辑梯形图与C语言，SuperE能够解决许多复杂而无法建立精确的数学模型系统的控制问题，通过对各个行业实践经验的总结，建立控制模型，在C语言的编译后，可以成功地将模糊控制应用于自来水行业，实现复杂控制傻瓜化。
SuperE RTU主要面向数据采集、控制系统，不但可以单独使用，实现就地显示、控制，更可以方便地组成SCADA系统，实现网络化管理。它具有性能卓越、使用简单、体积小巧、安装方便、扩展灵活、价格适中等优点，可以在石油、化工、电力、市政等行业加以应用。
如图2所示，SuperE提供的二次开发，定制用户所需系统。开发所需工具包括EDraw显示屏组态软件，ELadder逻辑梯形图软件以及C语言编译软件三种。
ELadder逻辑梯形图软件可以完成简单的计算、控制和通讯等工作。
C语言用来完成复杂的计算、控制。ELadder与C程序可同时运行，不会相互干扰。
EDraw用来组态屏幕，用户可以根据自己的需要，组态出相应的画面，完成数据的显示、控制、状态检测及报警监测等功能。

 
图2  二次开发流程图

2  系统介绍
以SuperE为核心的调压站系统是一典型的天然气远程采集SCADA系统，主要是进行现场监控和远程调度。
天然气远程数据采集系统分为远程调度系统和调压站系统两部分。如图3所示，远程调度系统是由控制中心通过数据传输网络与现场控制RTU组成。控制远离危险控制现场，通讯采用透明的MODBUS协议。现场监控以SuperE RTU作为控制单元核心部分，进行采集数据和现场控制，它可以单独实现对现场的监控也可在现场配置上位机进行现场监控，采用由北京安控公司自行开发的组态软件电蜘蛛6.0生成监控画面。

 
图3  SuperE RTU应用于天然气调压站系统框图

系统主要指标如下：
系统容量：最大255个RTU（按每个泵站1个RTU计算）
仪表电源： 220VAC，50Hz
测量量：综合误差≤1.5%，系统综合误差≤2.0%，遥测合格率99.9%
误码率：信噪比不大于17dB时=10-5
实时性：监测数据2～4秒更新一次
进口压力范围：门站     16～100 bar
              区域站   0.05～4 bar
出口压力范围：门站     2～16 bar
              区域站   10～300 mbar
环境温度：-20～70℃
调压精度：±5%
关闭精度：±10%
为满足调压站增补和改造生产工艺的需要，使用的计算机系统和现场RTU均采用开放式结构，便于未来的扩充。
2.1  系统的主要作用
(1)  数据实时检测
连续、实时、长期的监测各种现场状态仪表参数（包括对入口压力、出口压力、入口温度、过滤器差压信号、燃气泄露报警器等），可根据需要进行数据库处理，编制打印各种日、月、年报表文件，绘制各种参数的曲线图并在计算机屏幕上显示，还可以将数据保存起来供检索、修改。
(2)  控制状态检测
通过数据终端连续、实时检测有关阀门（如超压切断阀或电动球阀）的开关状态，及时反映现场的各个设备（如旁路的运行状态等）运行状态，可以根据需要进行分类处理，绘制出各种状态的运行时间图并在计算机屏幕上显示。系统将状态信息存储在计算机内供检索查阅，对于设备的异常状况的发现及快速处理、解决有极大的帮助。
(3)  调压设备控制
系统调压设备的控制是在上述数据、状态检测的基础上实现的。数据、状态检测能提供大量的数据，是实现控制的前提。通过对各仪表设备参数的实时检测，对相应的各执行机构或其它受控对象执行控制，实现系统的自动化管理。
系统的控制还具备开环控制和闭环控制双重用途，兼备了人工干预操作遥控与数据终端机（RTU）远程自动闭环控制。
系统还具备与其他设备的冗余接口，采用通用的MODBUS协议，方便连接与现场采集数据，而且RTU可带显示屏。
(4)  调压站计量
调压站的计量主要是流量计计量数据的采集和监控。包括瞬时流量，累计流量。流量计可配置智能总线型或普通型。
(5)  远程调度
系统还可通过冗余的通讯口连上远程数据传输网络（如PSTN、无线网络等）。可通过远端的控制终端（一般为监控计算机）遥控调度调压站，进行宏观控制。
2.2  SuperE应用于调压站系统的特点
(1)  一体化设计，结构合理，可直接应用于工业现场
本系统采用整体撬装结构，安装调试方便，现场控制与控制现场分体式布局，将调压设备放置危险的控制现场，控制主机放在控制室，进行实时控制。
SuperE自带电源，可直接用220VAC供电，也可使用24VDC供电，具有省电模式，可用太阳能电池供电，并具备电池充电和后备功能，带显示和按键，用于现场操作，采用壁挂式直接安装在控制柜内，并采用多层接线端子，现场安装和接线非常方便。
(2)  配置合理，具有很强的现场适应能力
SuperE具有AI、DI、AO、DO、PI等多种类型的输入、输出信号，各种信号数量可由客户选定。用于可检测温度、压力、流量状态等不同类型的信号，可满足开关、报警、连续调节等不同类型的控制要求，还可以通过配置的冗余COM口，通过C语言编译智能仪器仪表自带的协议，进行总线型的数据联接。
(3)  强大的软件功能，可以满足各种灵活控制、复杂运算的要求
支持逻辑梯形图语言、C语言编程及屏幕组态功能，支持实时多任务、PID算法和各种气体流量算法，提供多种专用的检测、控制软件包。对调压站系统的控制可提供调度控制优化软件。
(4)  灵活的通讯方式，标准的通讯协议，可方便地组成SCADA系统
一台SuperE提供最多三路对外通讯接口，可配接多种通讯设备，实现有线、无线通讯支持标准的MODBUS RTU/ASCII通讯协议，也可自定义通讯协议，与外界直接联系对话进行数据交换。
(5)  现场和远程监控兼备，为系统操作、诊断、维护和升级提供了方便
通过现场显示、按键或远程计算机可对现场设备进行监控。程序可现场下载或远程下载，实现现场或远程诊断、维护、升级。
(6)  细致周密的设计，严格的质量检验，为用户提供了可靠的保证
电源、信号入出口均有保护措施，并与主控电路隔离，具有看门狗及数据掉电保护功能，产品的研制、生产、检验严格按照ISO9001质量体系标准进行。
3  淄博天然气区域调压站
淄博天然气区域调压站系统是集数据采集、运算、输出及控制的自动化程度较高的系统。包括对入口压力、出口压力、入口温度、燃气泄漏、超压切断、过滤器差压信号、电动球阀的开启/关闭、流量计计量数据的采集和监控，将这些数据分门别类，以数据表格和报警形式输出或进行控制。由于区域站采用整体撬装结构，因而现场电器安装工作量少，只有安全区与危险区的管线连接，整个电器的连接，操作、维护方便，使用安全可靠，并且可以实行远程遥控，无需现场值守。
流量计采用智能文丘利涡街流量计，它有自己的通讯协议，系统采用C语言编制协议的方式，通过SuperE COM口与之建立通讯联接，采集流量计中数据。软件包进行专门开发，用优化软件对调压站系统进行控制。
3.1  应用软件