压缩天然气(CNG)加气站网络监控系统设计

焦洪峰 艾秀娟

（1.中海石油（中国）东海西湖石油天然气作业公司，上海 200030； 2.渤海石油装备制造有限公司第一机械厂，河北 沧州 062658）

1 引言

随着能源行业和环保事业的发展，压缩天然气作为一种清洁能源近年来有了前所未有的发展。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，发展更为迅速，目前已遍布全国大小城镇。另外，由于燃气车辆价格较燃油车辆平均降低百分之三十的费用，深得出租车行业和运输业的青睐，更加推动了压缩天然气（CNG，Compressed Natural Gas）行业的发展。压缩天然气是一种理想的车用替代能源，它具有成本低，效益高，无污染，使用便捷等特点，越来越显示其强大的应用发展潜力。

国外燃气汽车技术发展较早，以欧美等发达国家为例，他们主要通过技术来保证安全，使用较为先进的设备，加上国外管输天然气质量较好，普遍是由液化天然气经气化后的天然气管网供气，站内无需设置脱硫、脱水等装置，因而放散点少，隐患少。在我国，在CNG行业迅速发展的同时造成的是站点分散，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。

本文基于此设计的CNG加气站网络监控系统整合了加气站的设备运行监控（压缩机、干燥器、顺序控制盘等）、售气管理（IC卡管理系统、银行联网系统等）、安全监控联动系统（加气气瓶安全监测系统、燃气泄漏监控、消防报警系统、视频监控、门禁系统等）、物流配送库存管理（车辆GPS调度、储气井管理系统等）等子系统，系统不仅在加气站本地实现了对整个加气站的自动化运行监控与管理，而且支持以B/S和C/S结构的数据传输，在公司级的调度服务器上可远程实时监控整个加气站的生产及运营状况。

2 首要问题

由于CNG加气站属于易燃易爆高危险工作环境，特殊的工作环境需要本系统担当安全重任而不允许它发生异常现象，否则轻则影响生产，重则造成事故。因此在设计过程中，把安全可靠放在首位。设计过程中考虑以下几个方面：

（1）设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，比如联锁保护、声光报警、事故预测、事故处理、不间断电源等。

（2）选择使用的检测、控制设备和工业控制计算机采用运行可靠性高的设备，确保系统在恶劣的工作环境下，仍能正常运行。

（3）分级的用户权限操作和安全提示确认机制，避免由于使用过程中的误操作造成损失。

（4）网络信息传递的安全性，避免由于外部干扰导致数据变化造成误动作；避免由于人为恶意窃取系统数据造成公司损失。

3 加气站网络监控系统结构

3.1 CNG配售联网调度管理系统

随着CNG加气站数量的逐步扩大，加气子母站管理模式的逐步推广，为了帮助售气公司及时获取各加气站、输送车辆的综合信息，方便统一调度和管理，建设一套CNG配售联网管理系统尤显必要。CNG配售联网调度管理系统由监控调度中心、CNG加气站联网监控管理系统和CNG移动输气车辆监控终端组成（如图1所示）。

图1 CNG配售气联网调度管理系统

（1）监控调度中心

主要由监控调度计算机和数据服务器组成，适时收集各站点现场数据，对各加气站运行数据、售气数据、设备状态进行实时监控和管理，对运输车辆进行统一监控调度，在此基础上对整个CNG配售系统进行最优化调度管理。

监控调度中心与气站的数据传输支持两种方式：

C/S方式：气站运行数据可实现定时上传、异常信息及时上传和监控中心轮询呼叫上传。在监控中心配置专门的监控调度软件，对数据进行统计分析，调度各场站最优化运行。

B/S方式：气站监控管理软件支持WEB发布功能，在调度中心无需安装专门的监控软件，仅需通过IE浏览软件，输入相应站点的IP地址或域名后即可对气站实行点对点访问，实时监控气站运行数据和视频图像。

（2）CNG加气站联网监控管理系统

包括运行设备自动监控系统、售气监控系统和网络视频监视系统。自动监控系统实时监测燃气压缩机、干躁器、程控盘、燃气泄漏报警等重点设备运行状态，售气监控管理系统实时监控售气过程，实时保存售气记录。视频监视系统一视频图像方式实时监视气站情况。

（3）CNG运输车辆移动监控终端

安装在CNG运输车上，通过GPS接收器实时接收车辆位置、速度信息，适时监控车载燃气泄漏探头状态，适时采集车辆传感器信号，完成对车辆位置、燃气泄漏状态、车辆运行状态等数据的实时采集和传输，通过GPRS/CDMA 1X方式传输到监控中心，比接收调度中心的调度指令。

（4）传输网络

加气站与调度中心的传输推荐采用宽带建立连接，利用Internet公网建立VPN（虚拟专用网）传输通道。车辆移动监控终端与调度中心采用移动GPRS或CDMA 1X方式进行数据传输。

3.2 加气站网络监控系统结构

基于成熟可靠的工业过程自动化技术，本系统实时采集设备运行信息，以加气站内的设备为核心监控对象，任何异常信息能被气站值班人员甚至远程公司级管理人员及时获取，及早采取措施避免事故扩大。同时，监控系统具有联锁控制功能，发生异常事故后能根据预定的联锁保护程序控制相关设备的启停，自动采取应急保护措施。

因此，CNG加气站监控管理系统由综合监控管理计算机、售气管理机、CNG压缩机监控系统、干燥器监控系统、程控盘监控系统及门禁系统等组成。本系统是一个以网络平台为依托建立的结构。采用三级网络架构：设备控制层、监控管理层、信息调度层。设备控制网络采用RS485通信网络，采用Modbus RTU通信协议；监控管理层利用TCP/IP以太网组建气站局域网，实现监控管理计算机、售气管理机与门禁系统的数据交换；加气站与监控中心的远程数据传输采用基于Internet的VPN网络。

（1）压缩机组自控系统：压缩机组一般采用PLC进行控制，在CNG加气站网络监控管理系统中使用该PLC与站级监控管理系统通信，实现压缩机组的运行参数监测与联锁监控。压缩机组PLC须配置独立的RS485接口，并且支持Modbus RTU协议。

图2 CNG加气站监控管理系统

（2）监控管理计算机：根据使用工作环境的不同，本系统配置两种类型的计算机。对于站级监控管理系统，选择使用工业控制计算机，配置RS485多串口卡和以太网卡；对于公司级监控管理系统和销售系统，选择使用商用计算机，配置以太网卡

（3）干燥器自控系统：干燥器一般采用PLC进行控制，在CNG加气站网络监控管理系统中使用该PLC与站级监控管理系统通讯，实现干燥器的监控。干燥器PLC须配置独立的RS485接口，并且支持Modbus RTU协议

（4）顺序控制盘通讯设备：顺序控制盘可采用PLC或单片机控制器进行控制，在CNG加气站网络监控管理系统中使用该控制器与站级监控管理系统通讯，实现顺序控制盘的监控。顺序控制盘控制器须配置独立的RS485接口，并且支持Modbus RTU协议。

（5）视频监视系统：安装一台视频服务器和若干摄像头，以视频图象方式实时监视气站运行情况，视频服务器支持TCP/IP以太网远程访问，支持Internet远程访问

（6）气体报警器通讯设备：气体报警器探头与控制器配套使用，在CNG加气站网络监控管理系统中使用该控制器与站级监控管理系统通讯，实现可燃气体浓度的监控。气体报警器控制器须配置独立的RS485接口，并且支持Modbus RTU协议。

（7）进站智能流量计：进站流量计与站级监控管理系统通讯，实现进站流量、压力、温度的实时采集和计量。配置独立的RS485接口，并且支持Modbus RTU协议。

4 加气站网络监控系统的主要功能

气站运行数据、售气数据被自动存入数据库中，并及时传往调度中心。同时管理系统能对这些数据进行自动汇总与分析处理，自动生成运行、经营报表，实现电子化自动管理，帮助企业及时获取全面信息，为科学经营决策提供依据。

建立监控管理系统后，压缩机不仅是独立运行，可根据进站压力、售气量适时调整运行工况，降低能耗，实现最优化管理。气站进气量、售气实时记录能被自动记录和远程访问，管理调度人员能通过网络实时监控气站作业情况。根据获取的加气站数据和加气站的管理需求，形成一个有针对性的管理模式，加气站管理者可以科学的进行运营管理。气站运行关键参数和设备能被实时监控，无须专人轮巡，在提高气站安全运行能力的同时，也提高了工作效率，降低人工成本。

CNG加气站监控管理系统的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并作出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。系统处理的事件一般分为两类：一类是定时事件，如数据的定时采集，运算控制等，对此系统设置时钟，保证定时处理；另一类是随机事件，如事故、报警等，对此系统设置中断，并根据事故的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。而且，系统针对加气站网络监控管理采用模块化设计，把不同的功能设计成相对独立的功能模块（包含硬件和软件），模块之间预留相互通讯的接口。工程实施中根据用户的具体需求选择功能模块组合，既可以降低用户的投资成本，又可以保证用户以后的扩展需要。

5 结论

压缩天然气（CNG）作为一种新型清洁燃料，在我国正在普遍推广，本文旨在对CNG加气站的网络监控系统做出分析总结，随着天然气在中国城镇的规模化普及和利用，加气站的应用将更加广泛，其网络监控技术也将更具实效性和应用性。

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