1.方案概述(即系统概述)
二十一世纪以来，国家对于环保的要求越来越高，天然气由于燃烧清洁、储量巨大，作为汽车燃料和供热燃料技术的不断成熟而受到青睐，使用越来越广泛。其中，中小气站以其投资少、见效快、服务灵活等特点，普遍为商家看好，发展迅速。目前我国CNG汽车已经超过10万辆，CNG加气站有400座左右。除了应用于天然气汽车之外，在天然气管网到达不了的城镇，LNG/CNG站的应用也已迅速展开。
在LNG/CNG行业迅速发展的同时，由于站点分散，监管难度加大，加之许多地方管理工作相对薄弱滞后、控制手段落后，使得许多新建的LNG/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。组态王软件作为国内领先的自动化软件，可以为国内的LNG/CNG子站提供可靠的软件平台，构建安全高效的LNG/CNG站监控系统。LNG/CNG站控系统主要实现数据采集、设备监制、测量、参数调节以及各类信号报警。能够为燃气综合监控系统提供及时、准确、可靠的管网运行工况数据，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。
2.系统需求
LNG/CNG站根据大小规模的不同设备流程稍有不同，典型的CNG加气站系统工艺流程如图一所示，一般包括以下几个系统：输气计量控制系统、压缩机组监控系统、净化干燥监控系统、燃气浓度报警系统。
对于LNG/CNG站来说，连续的压力、温度、储气量、燃气浓度的检测都十分重要，自动化系统的目的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，LNG/CNG系统自动控制需求为：
1)设备运行状态显示，工艺流程显示。系统采集到的压缩机前后压力、储罐压力、储罐液位、管道流量等各种数据，在显示屏上以画面、报表、图像的形式动态显示调压的工艺过程、参数、设备状态。显示屏幕上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)设备通讯功能。能够通过以太网或无线数据通讯的方式实现与现场控制设备PLC、智能仪表等的通讯，实现稳定可靠的数据采集和控制。
3)数据展示、存储、查询。可进行最大值、最小值、平均值、偏差值、累计值和其它各种特殊的运算处理。并可根据需要，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，可完成各类报表的制作工作，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存储，以方便进行查询和打印。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。安全的权限管理，分配不同的操作权限，是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)能够提供客户端远程数据访问功能。通过客户端工具，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，使用户可在IE中实现浏览。
7)站控系统扩展性。LNG/CNG站内设备结构比较简单，后期增添设备情况较多，因此要求监控系统具有较高的可扩展性。另外，LNG/CNG站控系统作为燃气综合监控的一个子系统，需要向上级监控系统提供设备运行数据，使集团调度控制中心的调度和操作人员能通过工作站提供的LNG/CNG站内工艺过程的压力、温度、流量、燃气消耗等信息，完成对燃气整体的监控及运行管理。
3.解决方案
1.1系统设计/框架
LNG/CNG站控系统构成如图1所示。现场监控设备为PLC和各类数据采集模块，实现对站内各测量装置、压缩机、脱水净化装置、售气机等的数据采集和控制。
上位配置四台计算机，安装Kingview组态软件，分别配置为IO服务器，历史记录服务器，报警服务器，web发布服务器。两台上位机通过以太网相连接，作为IO服务器，正常时主机与PLC控制系统进行通讯，而主机发生异常时由从机与PLC控制系统通讯，数据同步备份，保证了数据一致和完整性，使生产安全稳定的运行。为了系统的更加安全可靠，系统配置一台计算机专门作为报警服务器，产生报警和报警记录。历史记录服务器，进行历史数据记录，提供数据查询。Kingview客户端可以作为工程师站进行整体监控，监控系统中所有的实时变量、报警信息和进行历史数据查询。系统配置了网络发布功能，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和燃气供应情况。
1.2系统功能
组态王是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，为企业提供对生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够有效获取信息，及时做出反应，以获得最优化的结果。
1) 画面展示
组态王工具箱中提供了方便实用的绘图工具，包括直线、折线、圆弧、矩形(方形)、圆角矩形、圆形(椭圆)等工具，组态王开发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、指示表、阀门、电机、泵、管路和其他标准工业元件。图库中的元素称为“图库精灵”，使用“图库精灵”将极大地加快应用系统的构造。能够在工程中开发出更加丰富多彩、生动逼真的画面。
组态王工程画面以动态的图形和颜色区分实时显示压缩机、储罐、管道、售气机等主要设备的工作状态，现场操作人员在操作室就可以及时了解设备的工况，降低危险系数。
2) 下位设备通讯
组态王目前能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等上千种工业自动化设备。
在LNG/CNG站内燃气设备的监控，常用的控制设备为PLC，常用的有西门子S7系列，三菱PLC、欧姆龙PLC，组态王通过串口通讯或以太网通讯方式，稳定高速的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、分散控制的安全操作。
除了串口、以太网连接方式，组态王还支持多种数据采集方式，支持GPRS/CDMA无线、ADSL有线等多种通讯方式，可以实现远程设备监控。远程控制终端RTU是一种直接连接到现场各种工业设备的开放的远程控制终端，是为现场与各种远端计算机系统之间提供远程设备而设计的，体现了“测控分散，管理集中”的思想，是一个真正开放的、易于集成的系统。
3) 报表功能和数据存储查询
组态王为工程人员提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。组态王6.55版本，新增向导式报表功能，实现快速建立班报、日报、周报、月报、季报和年报表。
对于LNG/CNG站控系统，组态王能够实现完整的设备运行数据记录，对各设备运行数据压力、温度、浓度、阀门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存可以放到外部数据库中，实现资料建档追踪，并可实现精确、方便、快捷的查询。系统具备天燃气流量计算、输配优化调度管理功能，并可实现企业信息管理系统对接，实现数据交互。
4) 趋势曲线显示
组态王的实时数据和历史数据除了在画面中以值输出的方式和以报表形式显示外，还可以用曲线的形式显示。组态王的曲线有趋势曲线和超级X-Y曲线。
趋势分析是控制软件必不可少的功能，“组态王”对该功能提供了强有力的支持和简单的控制方法，趋势曲线可以分为实时曲线和历史曲线。
实时曲线：一幅画面可以有若干个趋势曲线控件每个控件中可显示4条绘图区，每个绘图区有4条Y轴，2条X轴每个绘图区可以对应一个设备，反映这些参数的实时变化情况，另外也可对不同的设备的同个参数进行对比，从而实现数据的横向与纵向对比。
历史曲线：显示某段时间内(几秒钟、几分钟、几小时、几天、几个月甚至一年)的各种参数连续变化情况，历史曲线参数和时间可由用户自己任意选择。用户可以放大缩小时间轴，时间单位支持毫秒精度。
5) 报警显示和记录
组态王的实时报警信息通过报警窗口来显示，利用报警窗口，操作者不但能及时查阅报警信息，而且可以确认报警、删除报警、更改报警类型、事件类型、操作员、报警优先级、报警组、站点名和服务器名等信息。组态王配置了事件记录功能，系统可以记录操作人员登录退出以及操作情况，并实现存储、查询和打印。
报警信息通过存储到文件，输出到数据库和实时打印机打印三种方式进行记录，并能实现各种条件下的查询，实现生产过程的追踪，方便设备的检修和维护。
6) 安全管理，操作权限设置
LNG/CNG站的操作员都需要一定的技能培训之后才能上岗，因此对于监控系统的安全权限要求较高，组态王采用分级和分区的双重保护策略。应用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。系统可以设置几种种用户操作等级，例如操作员级，此级别智能对设备操作、监视、历史数据查询，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。
7) 网络功能和web发布
组态王基于网络的概念，是一种真正的客户/服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，可运行在基于TCP/IP网络协议的网上，因此系统能够实现上、下位机的扩展以及更高层次的企业级连网。
组态王全面支持网络发布功能。IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络可以实现在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向各CNG站现场发布控制命令，实现实时控制的功能。
4.总结
组态王监控的LNG/CNG站智能监控系统能对压缩机、测量设备、脱水净化装置、售气机的运行数据进行实时监测和控制，可以及时了解现场设备的运行情况以及安全状况，能够实现系统紧急情况下的报警和连锁控制，为CNG储气井的高效生产提供安全保障。实现了LNG/CNG站的集中监控，并且作为子系统可以向上级监控系统提供实时数据，实现了企业实时、有效、全面系统化的信息管理和监控，提高了企业的安全水平和综合自动化水平。
