前言
    天然气管网监测管理系统是一项综合性系统工程，通过下位机采集现场温度、压力、瞬时流量，然后对流量进行运算，运算的数据和结果，通过生产控制网送到上位机，上位机接收后对现场的实时数据及运算结果进行处理、显示、存储，并可根据管理需要将这些数据绘制成曲线，通过分析比较做出相应的提示，同时还可根据各用户各项参数的特殊要求进行超限报警及各类表格的打印，并且可实现办公网数据共享。该系统具有安装方便，操作简单，使用起来灵活可靠，下游用户数量可任意扩展，天然气管网运行信息能及时反馈的特点，能实现天然气管网集中调度，天然气管网运行分析，提高天然气管网的管理水平。
一、概述
    长宁长输天然气管道管线长273.13公里，设有三场站、10个紧急自动切断阀室，跨越陕甘宁三省，是宁夏回族自治区的重点工程之一。自1999年通气运营以来，截至去年底，拥有11个用户，共计完成输气13.5亿标准立方米，相当于为宁夏输入135万吨石油。自治区充分利用这一资源优势，建设了一批能够对自治区经济起提升和带动作用的工业项目。
    长宁长输天然气管道全线采用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制）系统管理。采用三级监控：指挥调度中心、站级监控、现场级监控，各级之间采用多种通讯方式，这样可以实现集中管理、分散控制的目的，保证监控的实时性，同时还可以避免一个站点出问题影响到其它站点，有效合理的分散系统风险，提高系统整体稳定性。全线监控系统要求：
    具备实时远程数据传输通讯功能，生产数据实时传输到指挥调度中心；
    完善的安全监视及安全防范措施。生产数据自动录入实时分布式数据库；
    系统具有开放性，与上一级应用的联网收费系统、地理信息系统和办公自动化系统实现无逢连接，为生产决策提供依据；
    系统具有完善的冗余措施；
    支持多通讯协议；
    友好易用的中文人机界面；
    采用模块化结构，灵活的工业组态，便于维护、扩充和升级；
    高性能价格比。
二、长输天然气智能监控系统的实现
1、网络硬件系统结构
    基于长输天然气智能监控系统的要求，设计了一种高可靠性的实时远程监控系统。为确保监控系统的安全性和可靠性，本系统所有硬件均采用工业级产品和符合燃气行业标准的设备。本监控系统网络硬件系统结构如图一。
该网络监视系统硬件设备主要由4台CISCO路由器和5台交换机、两台HP企业级服务器、8台HP工业计算机和可编成逻辑控制器（PLC）等组成。
    控制器选用A-B公司的PLC5/30可编程控制器。为了提高系统的可靠性，控制单元采用冗余配置，每个控制单元由1块控制卡PLC5/30、2块模拟量输入模板、1块以太网通讯模板、2块电源卡1771-PWR组成。共有2层输入、输出卡。每层I/O由1块和控制单元通讯的远程I/O适配卡1771-ASB (REMOTE I/O ADAPTER MODULE)、2块电源卡1771-PWR、6块16通道开关量输入卡IBD和4块16通道开关输出卡OBD组成。控制器通过控制网络DH+和I/O通讯。上位PC机通过以太网通讯模板与PLC5/30进行通讯，并可用来修改用户逻辑、系统设置、故障查询、状态监视和I/O的强制。
2、现场信号采集和监视
    长输天然气管道监视控制系统主要采集和监视工艺现场的压力、差压、温度、流量、阀门和可燃气体监视探头等。燃气行业对防爆要求较高，每一信号回路都必须装防爆安全栅。
1）压力、差压信号为4～20mA模拟量信号，直接通过4～20mA安全隔离栅进入PLC的4～20mA模拟量输入模块。
2）PT-100热电阻信号选用专用温度信号输入的RTD输入模块。
3）流量信号：本系统工艺区流量计有孔板和涡轮两种，孔板流量计的信号采集是通过采集孔板绝压、温度和上下游的差压信号，传输到PLC框架中的AGA2000流量计算机实时计算所得；涡轮流量计是通过PLC框架中的脉冲（ CMF）模板实时采集涡轮流量计的高频脉冲信号，然后有PLC编成计算而得。
4）阀位开关量信号经24VDC开关隔离栅接入24VDC开关量输入模块。
5）可燃气体泄漏报警，信号先接入美国塞克塞斯可燃气体检测控制器，再由控制器送出24VDC报警信号到PLC的开关量输入模块。
3、监视控制系统通讯
    通讯实现天然气长输管道智能监控的神经中枢，为了确保通讯系统的可靠性，本系统通讯工程从设备选型和设计方案都特别重视。
1）广域网
    本系统控制中心选用一台CISCO3600路由器、2台CISCO 3524交换机；场站选用一台CISCO2610路由器、1台CISCO 2924交换机。通讯线路采用了租用中国电信专用光纤DDN信道，把控制中心、三场站和11个最终用户的局域网连接组成生产监视控制广域网，其中三个场站使用公司内部专网（如图一），11个用户主要采用拨号、直连的模式。从而保证了全线生产系统实时监控。
2）PLC和 SCADA
    为了确保PLC和 SCADA之间的通讯的可靠性和易使用维护，我们摒弃了常用的DH+和1785通讯卡通讯的模式，而采用了大家都熟悉以太网的模式，使得所有的PLC 的管理都能可以向读本地PLC地址单元一样操作。
三、系统数据结构和软件编制
    系统数据库结构由数据源、数据管理、数据集成、数据应用4个层次。其中数据源是实时来自PLC采集的生产工艺区的生产数据；数据管理指生产数据在数据库中的数据保存、备份、交换和共享；数据集成指各种数据基于Web的集成；数据应用指用户在本地和远程对数据库中数据的访问和利用。具体结构如图二。
    本系统服务器端以WINNT4.0 Server为操作系统，安装微软SQL Server数据库、工控软件CITECT5.2和OFFICE2000等；其它终端为WINNT4.0 Workstation。本系统的系统软件选用了澳大利亚知名工控软件CITECT5.2和美国AB公司的PLC组态软件RLOGIX。
1、CITECT是世界领先的工业自动化软件之一，以它的可靠性和灵活性著名。Citect 作为 Microsoft 的合作伙伴已经超过十年。 主要特点：
1）快速系统开发：直接从 PLC 程序级输入标签定义，可以有效地缩短开发时间。这一功能节约大量组态时间，同时消除记录错误，
到快速、便捷和准确。 Citect 可以自动更新标签，确保与控制器同步进行，并保护数据的完整性。
2）全面网络支持：不管是模拟Modem拨号上网，还是宽带接入， Citect 都能应用自如。 Citect 支持当前几乎所有的上网连接方式，PSTN、ISDN、ADSL、FTTB、DDN，甚至是 Cable Modem ， Citect 通过透明化网络之间物理连接，使得站与站之间的过程数据交换畅通无阻。
3）灵活修改系统：利用第三方应用程序增加系统功能；灵活的 ActiveX 扩展功能利用加入 ActiveX 容器技术， Citect 的用户可以通过将一些诸如文件，录影和分析应用模块的“对象”直接嵌入 Citect 的方式扩展系统的功能。
本系统设计的操作界面主要有：
    ●现场工艺界面，显示门站的管道设备工艺，并实时显示重要工艺参数；
    ●实时参数界面，兼顾操作人员的操作习惯，将所有工艺参数以传统表格的形式显示出来；
    ●趋势图，分实时趋势图和历史趋势图，实时趋势图反映某一参数或某组参数当前变化的趋势，历史趋势图则反映过去每一时间或时间段的参数变化趋势；
    ●供电状况图，以供电电路图的方式，通过对各单元回路的供电信号检测，确定某一控制单元或设备的正常供电、发电机供电、工作或停用等状态，实时显示各控制单元的供电状态；
    ●报警窗口，监控系统发生报警时，根据预先设定的报警级别高低和优先级，将报警信息以中文的形式显示在报警窗口。对于重要参数的报警，还以语音的方式同时发出报警信号。所有报警信号必须经操作人员手动确认后，才会从报警列表中除去，否则，曾经发生报警的信息将一直保持在报警列表中；
    ●查询/报表窗口，查询功能以间隔10分钟，对2年内的历史数据进行连续查询显示，报表功能将在下面进行介绍。
2、PLC控制程序
    本系统在PLC控制程序应用RLOGIX在WINDOWS环境下方便的对PLC进行编成。主要由常规参数采集、AGA2000流量计模板模块、阀门自动控制模块、电源模板采集模块和色谱分析仪表数据采集等模块组成。
3、中文报表开发
    中文报表是本系统的一大特色，开发中使用了常规的二维的报表式样，使用SQL语言，结合Microsoft Excel 2000强大的电子表格功能和CITECT 软件开放的ODBC数据接口，简单方便的开发了符合国人习惯的中文报表模块，嵌入到CITECT系统中。实时计算天然气的瞬时标方流量、总累计量。每天7：00整，计算出上日输气量，并按每1小时统计一次生成上一天生产日报表。每月一日，计算出上月输气总量，日均输气量，最大压力、最小压力、平均压力、最高温度，最低温度、平均温度等数据，生成生产月报表。所有报表都可以通过打印机打印出来，完全可以取代手工记录的报表。
四、 结束语
    此系统通过几年的运行，由小到大不断扩大，功能不断完善，运行状况良好。由于系统设计中选用较先进的技术及设备，在通讯上使用专线，实现了通讯的良好的效果，不论是在降低投资还是整个网络正常运行，及以后进一步扩展中都起到重要作用。另外本系统维修量较低，长期运行相当可靠，系统管理功能上选用最新的计算机语言，操作简便，画面清晰，除显示实时监测数据外，还有分析提示功能、技术资料查询登记功能，确保历史数据长期保存及资料的随时查询，并且能够打印各种图表及通过服务器实现数据共享，更大的发挥了资源利用率。该系统为宁夏回族自治区的发展取得了良好的经济效益和社会效益。