王彦回

摘要：压缩站是煤层气输送的一个重要环节。当前，在压缩站生产过程中，存在生产工艺数据繁杂、消息交互困难、人员工作量大等问题。为此，针对压缩站现场设备多样、数据量大等特点，围绕压缩站管理的切实需求，对压缩站站控系统及其关键技术进行了深入研究，并以SIMENS S7-200系列PLC为核心，开发了一套站控系统。

关键词：压缩站；站控系统；PLC；组态王

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2015）04016202

1概述

我国煤层气开发利用已经进入了高速发展阶段，压缩站担负着煤层气压缩、输送的职责，但是压缩站的管理还停止不前，处于传统方式上，大量的操作需要人工手动完成，繁杂的数据需要人工抄录传递。随着我国煤层气工艺的快速发展和规模的不断扩大，传统管理模式弊端尽显，生产运行实际和人员配置问题突显，已经很难适应现在压缩站发展的要求。目前，压缩站存在以下问题：

（1）公司的煤层气井分布范围广泛，所以压缩站设计也比较分散，生产信息数据处于分散的状态。而且，压缩站数据量庞大，但收集方式处于原始的手工抄录阶段，没有很好的集中处理。

（2）各个压缩站采用设备不尽相同，技术方案亦不相同，每个系统均有自己的数据管理方式，所以各个系统之间的信息交换颇为困难。

（3）压缩站生产数据与管理没有有效的结合起来。目前各压缩站的生产数据只掌握在现场操作、管理人员手中，管理层次的人员需要现场数据需要奔波数公里，甚至几十公里到达现场才能掌握运行状态，效率十分低下。同时各级管理、维护人员也不能及时掌握现场设备预警信息，同时也存在着安全隐患。

综合上述，压缩站目前的管理模式是：人员定时巡检、人员昼夜在岗、数据人工手动抄录、设备手动排污等等。而随着数字化概念的兴起，为了降低员工劳动强度、减少劳动力、精简运行管理成本，降低压缩站安全运行风险，对已建成的压缩站利用现代化数字技术进行升级改造，进行数字化建设，实现压缩站的集中监控运行。

2站控系统要求

根据压缩站的工艺流程和实际生产情况，其对站控系统的功能需求如下：

（1）上位机显示屏上以画面、报表等形势显示设备运行状态。并通过色彩的变化，颜色的填充使得画面更具有可视性。

（2）实现各种数据的存储与查询，并能够形成报表，提供报表的转存与打印。

（3）提供报警功能。系统对各种数据的超限能够自动识别，并提供声光报警提示。

（4）通信功能。多个站点的数据能够实现共享与互访。

（5）系统扩展性。压缩站在后期的运行中有可能会增添设备，或者新建压缩站，所以要求站控系统具备良好的可扩展性。

3站控系统设计方案

煤层气压缩站站控系统由压缩机控制系统、高压脱水控制系统、环境控制系统以及上位机软件系统组成。4套系统相互配合实现压缩站安全、平稳运行。

3.1压缩机控制系统与高压脱水控制系统

压缩机与高压脱水装置已配置有控制系统，其使用西门子S7-200 PLC作为控制核心。为了能够将原有的系统接入到压缩站控制系统中，需要在原有设备中增设通信模块。

为了方便组网，并使系统具备更好的扩展性能，采用工业以太网作为系统的通信网络。西门子S7-200系列PLC自身不具备以太网接头，因此要组成以太网必须配备以太网模块CP234-1 IT。

CP 243-1是一种通讯处理器，设计用于在S7-200自动化系统中运行。它可用于将S7-200系统连接到工业以太网（IE）中。CP 243-1通讯处理器还可用于实现S7低端性能产品的以太网通信。因此，可以使用STEP 7 Micro/WIN 32对S7-200进行远程组态、编程和诊断。

要实现S7-200的以太网通信，首先要对S7-200进行设置，并利用STEP7-Micro/WIN的“以太网向导”生成通信，以下为具体步骤：

（1）首先建立STEP7-Micro/WIN与S7-200之间的通信。

通过PLC编程电缆将PLC与计算机链接起来，启动编程软件。在“PC/PPI（PPI）”选项中，点击属性，选中“USB”接口。在通信界面中，双击“刷新”，找到“CPU 226 CN”，点击确定。

（2）打开“以太网向导”。

启动“以太网向导”，点击“读取模块”，找到模块位置。指定模块IP地址与子网掩码，模块连接类型指定为自动检测通信。指定命令字节和连接数目，由于站控系统是上位机与PLC直接通信，PLC直接不相互通信，所以连接数设定为1。配置连接，将“远程属性”设置为“10.00”，再将IP地址设定为上位机IP地址。启用CRC保护。分配配置内存，通过“建议地址”自动生成。单击“完成”按钮，完成以太网向导配置。

完成对PLC的组态后，组态王就可以通过以太网访问PLC，并获取设备的运行数据。

3.2环境控制系统

环境控制系统是对生产现场的瓦斯浓度进行监测的系统，当系统监测到现场瓦斯浓度超标，则启动现场轴流风机，对现场强制通风，并通过气动执行器关闭进站阀门，切断进站气源。压缩机会因失去进气压力而被迫停机，但高压脱水装置不会停机，这样存在一定的安全隐患。

为了使环境控制系统更加完善、安全，在原有的环境控制系统中，增设一台西门子S7-200PLC。这台PLC用来采集各个瓦斯探头监测到的数据，而输出端输出紧急停机指令，并将紧急停机指令与所有的压缩机和高压脱水装置的紧急停机指令关联。同样的在这台PLC上安装以太网模块CP234-1 IT，使其具备以太网通信功能。这样，当任意瓦斯探头监测到工作现场瓦斯浓度高于爆炸下限20%，PLC能以发出紧急停机指令，使压缩机与高压脱水同时紧急停机。

3.3上位机软件系统

本系统配备一台工控机，工控机上安装组态王软件。使用组态王完成上位机软件的功能。组态王软件通过工业以太网访问系统中的各个PLC，实现数据采集的功能。并通过软件设计，借由组态王的画面组态，实现数据展示、存储、查询、报表生成和报警功能。

组态王软件通过通信组态、变量组态、图形组态、功能组态完成对压缩站现场的描述，最后在界面上生成监控系统，对现场参数进行监控。

通信组态是在组态王中定义各个PLC，将PLC作为组态王的外部设备。变量组态是将外部设备中的寄存器数据作为组态王的变量，这些变量结合在组态王中被称为数据词典。完成以上两步，组态王即可应用各个PLC中的数据。

图形组态就是用图形画面来模拟实际生产现场和相应的控制设备。用组态王系统开发的应用工程是以画面为程序的显示单位，画面显示在程序实际运行时的Windows窗口中。画面上的各种图形元素通过“动画连接”实现与变量组态的关联关系。

压缩站在公司分布较广，每个站之间的地域间隔较大。压缩站与总部之间的通信依靠传统的电话人工播报，不仅费用高，而且由于不具备实时性，一直被诟病。随着通信技术的不断发展，为压缩站生产数据的实时传送提供了可能。组态王自备网络通信功能，它可以实现组态王之间的数据交互。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，使用户能够实现上、下位机以及更高层组态王的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，可以引用远程站点的变量到本地使用（显示、计算等），这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。服务器的分配可以是基于项目中物理设备结构或不同的功能，用户可以根据系统需要设立专门的IO服务器、历史数据服务器、报警服务器、登录服务器和WEB服务器等。

4系统测试与应用效果

4.1系统测试

首先，检查各系统接线，确认线号端子是否无误、有无松动、PLC上电是否正常等；检测站控工控机与各个PLC、智能流量计通信是否正常。

然后，进行数据对比。通过现场仪表测试参数与工控机测试参数的对比，确认监测数据的准确性。若有误，则需检查接线有无错误或PLC程序有无错误。

最后，进行功能测试。测试监控软件工艺报表生成与打印、历史数据查询、报警记录查询。

通过以上调试，从实际测试记录资料显示，系统工作正常，性能稳定可靠，数据准确无误，达到了预期的设计要求。

4.2应用效果

通过在压缩站运用该站控系统，实现了对压缩站的集中控制，能够满足压缩站日常生产和管理的需求，有效提高了压缩站的自动化程度，提升了监控室对现场设备的监控能力，有效的降低了操作人员的劳动强度。主要表现在：

（1）通过使用站控系统，压缩站生产过程中的工艺参数能够被动态采集，并被快速传送，确保生产参数的实时性和准确性。

（2）通过组态王的网络功能，实现了压缩站站控系统与公司监控系统的集成，通过各个压缩站站点的数据交换，方便对压缩站的运行管理，为公司的气量调配提供了依据。

参考文献

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