OPTO 22 SNAP I/O用于天然气管网的SCADA控制

一、项目名称：天然气管网的 SCADA 控制 （TCS for SCADA Operation of Gas Pipelines） 
　　
二、项目背景 
　　1992 年三月， Transwestern 管道公司（ Enron 公司的联营公司，以下简称 TW ）开始一个项目，该项目旨在通过输油管道网的改造来提高输送天然气的能力，公司的输油管道从奥克拉荷马和得克萨斯一直延伸 1000 英里到加利福尼亚中部和南部的各个网点，天然气输送由十二个泵站负责，天然气流由带有三台五千马力的大型空压机的泵站驱动。 传统上，沿输送管线分布的每个泵站 24 小时都必须有人值守，以维护每个泵站的三台空压缩机。为使天然气的输送正常，每次都需要技术人员从休斯顿控制中心的电话告知何时开动空压机，何时调节输出量，何时关机。并根据公共网点用气需要量的变化，日夜不停地由人改变供气量。旧的空压机控制方式直到近期才改变。旧控制系统的设计带有延时继电器和单回路控制器，它们存在几个问题：不能与休斯顿控制中心组网工作，难以用梯形逻辑进行编程修改，报表能力有限和蹩脚的操作员界面。
　　在搜寻新的解决方案中， TW 与系统供应商 WAYSON 接触联系， WAYSON 是基于用户需求的集散系统 TCS 的 OEM 制造商，一个基于 PC 的 SCADA 系统被推荐给了 TM ，这个系统结合了以下特点：一个带有 32 位 SNAP 控制器的 486 个人计算机，智能 I/O 模块，流程图形 FACTORY FLOOR 控制软件。经过多方比较评估，公司认为 TCS 系统具有以下特点：使用户更好地介入工艺过程的界面，更大的编程灵活性，一流组网能力和简单人机操作员界面；而所有这些特点都建立在一个具有吸引力的性能 / 价格比的基础上。系统具有模块化结构，它使以后系统能灵活随意地修改，因此公司选择新墨西哥站点的托罗作为新控制系统的一个实验现场，该系统最终也将代替其他站点的控制设备。 
　　
三、新系统组成 
　　●更好的控制特性
　　托罗站原被设计成共有 550 个 I/O 点的系统，三个发动机中，每台共使用了 144 个 OPTO22 的 I/O 点，其中共有 80 个开关量和 64 个模拟量点。新系统被设计成带有 4 个 SNAP 控制器的系统， SNAP 以点对点方式进行数据交换，其中一台 SNAP 控制器被设计成主控制器（每台发动机配 一台从控制器），所有控制器通过 ARCENT 网连接在一起，主控制器和其他三台发动机的从控制器都有各自的打印数据记录。使用新系统，公司的休斯顿操作中心现在通过卫星通讯能直接向主控制器发出空压机的启动、调节或停止的命令，而主控制器与每台从属控制器进行通讯。控制中心对每个发动机能监控超过 50 多个 I/O 点，通过这些 I/O 点及其构成的 PID 回路对发动机的定时、温度、压力报警进行控制，并将结果返还给控制器。 发动机温度 PID 回路控制是用 SNAP 的智能模拟 I/O 模块在 I/O 级就完成，风冷型制冷机成年累月地对发动机提供 24 小时不停的冷却。
　　● 智能I/O
　　控制发动机温度和压力的 I/O 前端智能单元通过一根双绞线和控制器相连，可以构成很大的分布式系统。每个智能单元含有很多就地控制的带光隔离功能的 12 位 I/O 模块和一个智能控制单元。模拟量智能单元可以完成高低限报警、滤波、热电偶线性化、波形产生、累加、平均、斜坡函数和其他功能。对 TW 而言， SNAP 的智能 I/O 模块在工作量和成本方面占有重要优势。 因为系统要求具有故障纠错能力，所以旧系统必须将所有 I/O 点从发动机室用硬线连到主控制室中。而 SNAP 系统的分布式前端智能单元提供了在 I/O 一级的就地控制能力，所以只需将三个从属控制器用线和主控制器机房相连接。一个可与各从控制器通信的、设立在机房的智能前端单元能独立完成紧急停车任务，从而省去了昂贵的并需花大量时间安装的硬线连接的继电器控制面板
　　●危险环境操作运行
　　SNAP 产品具有一类危险环境工作资格证书。它使 TW 能够将三个机房用的控制器放在标准的 NEMA 机箱内，而没有该证书的控制器必须放在昂贵的防爆箱内才能安全工作。 
　　TW 采用 FactorFloor 软件对 SNAP 控制器进行编程，FactorFloor 通过流程图画面提供了一个控制逻辑的清晰的可见的表达方式。通过用带有一个或多个命令的动作块来绘制一个" TO DO "（需要做）的表格，例如"打开阀门 1 "，然后将这些动作块与条件模块用线相连以确定条件是否满足，即会问"阀门 1 开了吗？"动作块间的连线显示执行的顺序。通过以上方法就编制好了一个应用程序。
　　TW 的发动机内部的温度和压力是用 PID 环路来调节的，这些 PID 环路非常复杂，必须进行浮点运算，FactorFloor支持 IEEE 标准的浮点算法，这种浮点算法通过在控制器一级的 SNAP 的数学协处理器实施运算。另一个对 SNAP 的长处是在每个从控制器和主控制器上均可进行数据记录。
　　●人机界面软件
　　TW 用新的 MMI 软件对操作员界面进行编程。由于新的软件的显示数据库和控制数据库是同一个，所以省去了数据库对应工作，使精度更高，并减少了编程时间。新的软件可以对 I/O 、控制变量、报警状态、数据记录进行访问，其复杂而精致的目标生成的图形软件环境包括一系列的 3-D 图库和 ISA 符号库，这些特点使得操作员界面的开发变得非常容易。
　　TW 的操作员在每个系统的现场均使用 MMI 软件，当发现问题时，操作员很容易就能确定原因，从而能派出合适的机械或仪表技术员。 
　　软件的简易性使得操作员不必成为高级培训过的程序员就可以进行大多数简单的维护，第一次使用的操作员也有可能对 MMI 进行升级。 
　　
四、结语 
　　随着托罗基地安装工程的完工， TW 开始用 SNAP 对位于另一处 ———— 亚利桑那州的泵站也进行了升级和更新，这个泵站有望在几个月后投产，接着，源源不断随后而来要求改造的泵站的更换可能要花去 WAYSON 该工程组的工程师们几年的时间。