1 引言

隨著能源行業和環保事業的發展，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，發展更為迅速，目前已遍布全國大小城鎮。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，深得出租車行業和運輸業的青睞，更加推動了壓縮天然氣（CNG，Compressed Natural Gas）行業的發展。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展潛力。

國外燃氣汽車技術發展較早，以歐美等發達國家為例，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行業迅速發展的同時造成的是站點分散，監管難度加大，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加氣站網絡監控系統整合了加氣站的設備運行監控（壓縮機、干燥器、順序控制盤等）、售氣管理（IC卡管理系統、銀行聯網系統等）、安全監控聯動系統（加氣氣瓶安全監測系統、燃氣泄漏監控、消防報警系統、視頻監控、門禁系統等）、物流配送庫存管理（車輛GPS調度、儲氣井管理系統等）等子系統，系統不僅在加氣站本地實現了對整個加氣站的自動化運行監控與管理，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境，特殊的工作環境需要本系統擔當安全重任而不允許它發生異?，F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、控制設備和工業控制計算機采用運行可靠性高的設備，確保系統在惡劣的工作環境下，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數據造成公司損失。

3 加氣站網絡監控系統結構

3.1 CNG配售聯網調度管理系統

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，方便統一調度和管理，建設一套CNG配售聯網管理系統尤顯必要。CNG配售聯網調度管理系統由監控調度中心、CNG加氣站聯網監控管理系統和CNG移動輸氣車輛監控終端組成。

• 監控調度中心

主要由監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、設備狀態進行實時監控和管理，對運輸車輛進行統一監控調度，在此基礎上對整個CNG配售系統進行最優化調度管理。

監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控中心輪詢呼叫上傳。在監控中心配置專門的監控調度軟件，對數據進行統計分析，調度各場站最優化運行。

B/S方式：氣站監控管理軟件支持WEB發布功能，在調度中心無需安裝專門的監控軟件，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，實時監控氣站運行數據和視頻圖像。

• CNG加氣站聯網監控管理系統

包括運行設備自動監控系統、售氣監控系統和網絡視頻監視系統。自動監控系統實時監測燃氣壓縮機、干躁器、程控盤、燃氣泄漏報警等重點設備運行狀態，售氣監控管理系統實時監控售氣過程，實時保存售氣記錄。視頻監視系統一視頻圖像方式實時監視氣站情況。

• CNG運輸車輛移動監控終端

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，適時監控車載燃氣泄漏探頭狀態，適時采集車輛傳感器信號，完成對車輛位置、燃氣泄漏狀態、車輛運行狀態等數據的實時采集和傳輸，通過GPRS/CDMA 1X方式傳輸到監控中心，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 加氣站網絡監控系統結構

基于成熟可靠的工業過程自動化技術，本系統實時采集設備運行信息，以加氣站內的設備為核心監控對象，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，監控系統具有聯鎖控制功能，發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加氣站監控管理系統由綜合監控管理計算機、售氣管理機、CNG壓縮機監控系統、干燥器監控系統、程控盤監控系統及門禁系統等組成。本系統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通信協議；監控管理層利用TCP/IP以太網組建氣站局域網，實現監控管理計算機、售氣管理機與門禁系統的數據交換；加氣站與監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：壓縮機組一般采用PLC進行控制，在CNG加氣站網絡監控管理系統中使用該PLC與站級監控管理系統通訊，實現壓縮機組的運行參數監測與聯鎖監控。壓縮機組PLC須配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協議。

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

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

（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加氣站網絡監控管理系統中使用該控制器與站級監控管理系統通訊，實現順序控制盤的監控。順序控制盤控制器須配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協議。

（5）視頻監視系統：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加氣站網絡監控管理系統中使用該控制器與站級監控管理系統通訊，實現可燃氣體濃度的監控。氣體報警器控制器須配置獨立的RS485接口，并且支持Modbus RTU協議。

（7）進站智能流量計：進站流量計與站級監控管理系統通訊，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協議。

4 加氣站網絡監控系統的主要功能

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，幫助企業及時獲取全面信息，為科學經營決策提供依據。

建立監控管理系統后，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控氣站作業情況。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加氣站監控管理系統的實時性，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，一旦事故發生，保證優先處理緊急故障。

而且，系統針對加氣站網絡監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加氣站的網絡監控系統做出分析總結，隨著天然氣在中國城鎮的規?；占昂屠?，加氣站的應用將更加廣泛，其網絡監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）加氣站網絡監控系統設計”，作者為焦洪峰、艾秀娟。）