1 引言

隨著能源行業(yè)和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，壓縮天然氣作為一種清潔能源近年來有了前所未有的發(fā)展。其中，中小氣站以其投資少、見效快、服務靈活等特點，普遍為商家看好，發(fā)展更為迅速，目前已遍布全國大小城鎮(zhèn)。另外，由于燃氣車輛價格較燃油車輛平均降低百分之三十的費用，深得出租車行業(yè)和運輸業(yè)的青睞，更加推動了壓縮天然氣（CNG，Compressed Natural Gas）行業(yè)的發(fā)展。壓縮天然氣是一種理想的車用替代能源，它具有成本低，效益高，無污染，使用便捷等特點，越來越顯示其強大的應用發(fā)展?jié)摿Α?/p>

國外燃氣汽車技術發(fā)展較早，以歐美等發(fā)達國家為例，他們主要通過技術來保證安全，使用較為先進的設備，加上國外管輸天然氣質量較好，普遍是由液化天然氣經氣化后的天然氣管網供氣，站內無需設置脫硫、脫水等裝置，因而放散點少，隱患少。在我國，在CNG行業(yè)迅速發(fā)展的同時造成的是站點分散，監(jiān)管難度加大，加之許多地方管理工作相對薄弱滯后、控制手段落后，使得許多新建的CNG加氣站在經營管理、設備監(jiān)控、安全生產等方面存在諸多漏洞和問題。

本文基于此設計的CNG加氣站網絡監(jiān)控系統(tǒng)整合了加氣站的設備運行監(jiān)控（壓縮機、干燥器、順序控制盤等）、售氣管理（IC卡管理系統(tǒng)、銀行聯網系統(tǒng)等）、安全監(jiān)控聯動系統(tǒng)（加氣氣瓶安全監(jiān)測系統(tǒng)、燃氣泄漏監(jiān)控、消防報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)等）、物流配送庫存管理（車輛GPS調度、儲氣井管理系統(tǒng)等）等子系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅在加氣站本地實現了對整個加氣站的自動化運行監(jiān)控與管理，而且支持以B/S和C/S結構的數據傳輸，在公司級的調度服務器上可遠程實時監(jiān)控整個加氣站的生產及運營狀況。

2 首要問題

由于CNG加氣站屬于易燃易爆高危險工作環(huán)境，特殊的工作環(huán)境需要本系統(tǒng)擔當安全重任而不允許它發(fā)生異常現象，否則輕則影響生產，重則造成事故。因此在設計過程中，把安全可靠放在首位。設計過程中考慮以下幾個方面：

• 設計可靠的控制方案，并具有各種安全保護措施，比如聯鎖保護、聲光報警、事故預測、事故處理、不間斷電源等。
• 選擇使用的檢測、控制設備和工業(yè)控制計算機采用運行可靠性高的設備，確保系統(tǒng)在惡劣的工作環(huán)境下，仍能正常運行。
• 分級的用戶權限操作和安全提示確認機制，避免由于使用過程中的誤操作造成損失。
• 網絡信息傳遞的安全性，避免由于外部干擾導致數據變化造成誤動作；避免由于人為惡意竊取系統(tǒng)數據造成公司損失。

3 加氣站網絡監(jiān)控系統(tǒng)結構

3.1 CNG配售聯網調度管理系統(tǒng)

隨著CNG加氣站數量的逐步擴大，加氣子母站管理模式的逐步推廣，為了幫助售氣公司及時獲取各加氣站、輸送車輛的綜合信息，方便統(tǒng)一調度和管理，建設一套CNG配售聯網管理系統(tǒng)尤顯必要。CNG配售聯網調度管理系統(tǒng)由監(jiān)控調度中心、CNG加氣站聯網監(jiān)控管理系統(tǒng)和CNG移動輸氣車輛監(jiān)控終端組成。

• 監(jiān)控調度中心

主要由監(jiān)控調度計算機和數據服務器組成，適時收集各站點現場數據，對各加氣站運行數據、售氣數據、設備狀態(tài)進行實時監(jiān)控和管理，對運輸車輛進行統(tǒng)一監(jiān)控調度，在此基礎上對整個CNG配售系統(tǒng)進行最優(yōu)化調度管理。

監(jiān)控調度中心與氣站的數據傳輸支持兩種方式：

C/S方式：氣站運行數據可實現定時上傳、異常信息及時上傳和監(jiān)控中心輪詢呼叫上傳。在監(jiān)控中心配置專門的監(jiān)控調度軟件，對數據進行統(tǒng)計分析，調度各場站最優(yōu)化運行。

B/S方式：氣站監(jiān)控管理軟件支持WEB發(fā)布功能，在調度中心無需安裝專門的監(jiān)控軟件，僅需通過IE瀏覽軟件，輸入相應站點的IP地址或域名后即可對氣站實行點對點訪問，實時監(jiān)控氣站運行數據和視頻圖像。

• CNG加氣站聯網監(jiān)控管理系統(tǒng)

包括運行設備自動監(jiān)控系統(tǒng)、售氣監(jiān)控系統(tǒng)和網絡視頻監(jiān)視系統(tǒng)。自動監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測燃氣壓縮機、干躁器、程控盤、燃氣泄漏報警等重點設備運行狀態(tài)，售氣監(jiān)控管理系統(tǒng)實時監(jiān)控售氣過程，實時保存售氣記錄。視頻監(jiān)視系統(tǒng)一視頻圖像方式實時監(jiān)視氣站情況。

• CNG運輸車輛移動監(jiān)控終端

安裝在CNG運輸車上，通過GPS接收器實時接收車輛位置、速度信息，適時監(jiān)控車載燃氣泄漏探頭狀態(tài)，適時采集車輛傳感器信號，完成對車輛位置、燃氣泄漏狀態(tài)、車輛運行狀態(tài)等數據的實時采集和傳輸，通過GPRS/CDMA 1X方式傳輸到監(jiān)控中心，比接收調度中心的調度指令。

• 傳輸網絡

加氣站與調度中心的傳輸推薦采用寬帶建立連接，利用Internet公網建立VPN（虛擬專用網）傳輸通道。車輛移動監(jiān)控終端與調度中心采用移動GPRS或CDMA 1X方式進行數據傳輸。

3.2 加氣站網絡監(jiān)控系統(tǒng)結構

基于成熟可靠的工業(yè)過程自動化技術，本系統(tǒng)實時采集設備運行信息，以加氣站內的設備為核心監(jiān)控對象，任何異常信息能被氣站值班人員甚至遠程公司級管理人員及時獲取，及早采取措施避免事故擴大。同時，監(jiān)控系統(tǒng)具有聯鎖控制功能，發(fā)生異常事故后能根據預定的聯鎖保護程序控制相關設備的啟停，自動采取應急保護措施。

因此，CNG加氣站監(jiān)控管理系統(tǒng)由綜合監(jiān)控管理計算機、售氣管理機、CNG壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)、干燥器監(jiān)控系統(tǒng)、程控盤監(jiān)控系統(tǒng)及門禁系統(tǒng)等組成。本系統(tǒng)是一個以網絡平臺為依托建立的結構。采用三級網絡架構：設備控制層、監(jiān)控管理層、信息調度層。

設備控制網絡采用RS485通信網絡，采用Modbus RTU通信協(xié)議；監(jiān)控管理層利用TCP/IP以太網組建氣站局域網，實現監(jiān)控管理計算機、售氣管理機與門禁系統(tǒng)的數據交換；加氣站與監(jiān)控中心的遠程數據傳輸采用基于Internet的VPN網絡。

（1）壓縮機組自控系統(tǒng)：壓縮機組一般采用PLC進行控制，在CNG加氣站網絡監(jiān)控管理系統(tǒng)中使用該PLC與站級監(jiān)控管理系統(tǒng)通訊，實現壓縮機組的運行參數監(jiān)測與聯鎖監(jiān)控。壓縮機組PLC須配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協(xié)議。

（2）監(jiān)控管理計算機：根據使用工作環(huán)境的不同，本系統(tǒng)配置兩種類型的計算機。對于站級監(jiān)控管理系統(tǒng)，選擇使用工業(yè)控制計算機，配置RS485多串口卡和以太網卡；對于公司級監(jiān)控管理系統(tǒng)和銷售系統(tǒng)，選擇使用商用計算機，配置以太網卡

（3）干燥器自控系統(tǒng)：干燥器一般采用PLC進行控制，在CNG加氣站網絡監(jiān)控管理系統(tǒng)中使用該PLC與站級監(jiān)控管理系統(tǒng)通訊，實現干燥器的監(jiān)控。干燥器PLC須配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協(xié)議

（4）順序控制盤通訊設備：順序控制盤可采用PLC或單片機控制器進行控制，在CNG加氣站網絡監(jiān)控管理系統(tǒng)中使用該控制器與站級監(jiān)控管理系統(tǒng)通訊，實現順序控制盤的監(jiān)控。順序控制盤控制器須配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協(xié)議。

（5）視頻監(jiān)視系統(tǒng)：安裝一臺視頻服務器和若干攝像頭，以視頻圖象方式實時監(jiān)視氣站運行情況，視頻服務器支持TCP/IP以太網遠程訪問，支持Internet遠程訪問

（6）氣體報警器通訊設備：氣體報警器探頭與控制器配套使用，在CNG加氣站網絡監(jiān)控管理系統(tǒng)中使用該控制器與站級監(jiān)控管理系統(tǒng)通訊，實現可燃氣體濃度的監(jiān)控。氣體報警器控制器須配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協(xié)議。

（7）進站智能流量計：進站流量計與站級監(jiān)控管理系統(tǒng)通訊，實現進站流量、壓力、溫度的實時采集和計量。配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協(xié)議。

4 加氣站網絡監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

氣站運行數據、售氣數據被自動存入數據庫中，并及時傳往調度中心。同時管理系統(tǒng)能對這些數據進行自動匯總與分析處理，自動生成運行、經營報表，實現電子化自動管理，幫助企業(yè)及時獲取全面信息，為科學經營決策提供依據。

建立監(jiān)控管理系統(tǒng)后，壓縮機不僅是獨立運行，可根據進站壓力、售氣量適時調整運行工況，降低能耗，實現最優(yōu)化管理。氣站進氣量、售氣實時記錄能被自動記錄和遠程訪問，管理調度人員能通過網絡實時監(jiān)控氣站作業(yè)情況。根據獲取的加氣站數據和加氣站的管理需求，形成一個有針對性的管理模式，加氣站管理者可以科學的進行運營管理。

氣站運行關鍵參數和設備能被實時監(jiān)控，無須專人輪巡，在提高氣站安全運行能力的同時，也提高了工作效率，降低人工成本。

CNG加氣站監(jiān)控管理系統(tǒng)的實時性，表現在對內部和外部事件能及時地響應，并作出相應的處理，不丟失信息，不延誤操作。系統(tǒng)處理的事件一般分為兩類：一類是定時事件，如數據的定時采集，運算控制等，對此系統(tǒng)設置時鐘，保證定時處理；另一類是隨機事件，如事故、報警等，對此系統(tǒng)設置中斷，并根據事故的輕重緩急，預先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生，保證優(yōu)先處理緊急故障。

而且，系統(tǒng)針對加氣站網絡監(jiān)控管理采用模塊化設計，把不同的功能設計成相對獨立的功能模塊（包含硬件和軟件），模塊之間預留相互通訊的接口。工程實施中根據用戶的具體需求選擇功能模塊組合，既可以降低用戶的投資成本，又可以保證用戶以后的擴展需要。

5 總結

壓縮天然氣（CNG）作為一種新型清潔燃料，在我國正在普遍推廣，本文旨在對CNG加氣站的網絡監(jiān)控系統(tǒng)做出分析總結，隨著天然氣在中國城鎮(zhèn)的規(guī)模化普及和利用，加氣站的應用將更加廣泛，其網絡監(jiān)控技術也將更具實效性和應用性。

（編自《電氣技術》，原文標題為“壓縮天然氣（CNG）加氣站網絡監(jiān)控系統(tǒng)設計”，作者為焦洪峰、艾秀娟。）