基于MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)天然氣流量數(shù)據(jù)測量和采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件從20世紀(jì)80年代初誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有近20年的歷程，它的出現(xiàn)是和PC的應(yīng)用興起密不可分的，最初的組態(tài)軟件大都運(yùn)行在DOS下，隨著微軟公司可視化界面的出現(xiàn)，人機(jī)交互界面的軟件才開始出現(xiàn)。同時(shí)隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)天然氣需求越來越大，對(duì)天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確要求就越來越高，組態(tài)軟件應(yīng)用也給天然氣計(jì)量帶來了新的概念和方法，其應(yīng)用已經(jīng)深入到天然氣計(jì)量當(dāng)中。

1、組態(tài)軟件概述

1.1 什么是組態(tài)和組態(tài)軟件的含義

組態(tài)（Configuration）就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法完成工程中某一具體任務(wù)的過程。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序（如使用BASIC、C、FORTRAN等）來實(shí)現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問題。過去需要幾個(gè)月的工作通過組態(tài)幾天就可以完成。

組態(tài)軟件就是提供組態(tài)功能的一些軟件，組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中，如DCS（集散控制系統(tǒng)）組態(tài)、PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。其實(shí)在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，如AutoCAD、PhotoShop、PowerPoint都存在相似的操作，即用軟件提供的工具來形成自己的作品，并以數(shù)據(jù)文件保存作品，而不是執(zhí)行程序。組態(tài)形成的數(shù)據(jù)只有其制造工具或其他專用工具才能識(shí)別。不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。組態(tài)工具的解釋引擎要根據(jù)這些組態(tài)結(jié)果實(shí)時(shí)運(yùn)行。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。

1.2 組態(tài)軟件的組成、功能和特點(diǎn)

組態(tài)軟件組要包括人機(jī)界面軟件（HMI）、基于PC的控制軟件以及生產(chǎn)執(zhí)行管理軟件。

組態(tài)軟件的功能：（1）工業(yè)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)可視化控制；（2）生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理；（3）生產(chǎn)過程監(jiān)控報(bào)警；（4）報(bào)表功能；（5）基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上傳和相應(yīng)控制。

組態(tài)軟件的特點(diǎn)：（1）延續(xù)性和可擴(kuò)充性，用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改即可方便地完成軟件的更新和升級(jí)；（2）封裝性（易學(xué)易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，用戶不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能；（3）通用性，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I／O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。

2、系統(tǒng)應(yīng)用概述

我們這里應(yīng)用的是MCGS組態(tài)軟件，在天然氣計(jì)量項(xiàng)目中，包括大大小小的工作站，首先每個(gè)站都配有精度極高的壓力、差壓、溫度變送器、數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)行天然氣流量數(shù)據(jù)的測量和采集，這些數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)和MCGS軟件結(jié)合使用，從而完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印、報(bào)警等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)，便于現(xiàn)場工作人員對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控和控制，從而形成我們整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)站點(diǎn)。所有的站點(diǎn)通過計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，將計(jì)量數(shù)據(jù)傳送到我們調(diào)度中心的服務(wù)器上，在調(diào)度中心的服務(wù)器上我們安裝了MCGS的IE版本，現(xiàn)場工作站可以通過微波、modem、串口通訊等方式把現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器上，在調(diào)度中心的服務(wù)器上組態(tài)并發(fā)布，從而形成基于Web的上位機(jī)管理系統(tǒng)。管理者利用上位機(jī)管理系統(tǒng)從Internet瀏覽器實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)曲線、歷史存盤數(shù)據(jù)等，及時(shí)掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。同時(shí)，基于Web的上位機(jī)管理系統(tǒng)充分發(fā)揮服務(wù)器和管理的功能，發(fā)揮數(shù)值計(jì)算能力和統(tǒng)計(jì)匯總功能，使得整個(gè)系統(tǒng)的潛能得以發(fā)揮。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3、系統(tǒng)功能

實(shí)時(shí)采集管道運(yùn)行的差壓、壓力、溫度、瞬時(shí)流量、日累計(jì)氣量、月累計(jì)氣量、年累計(jì)氣量，這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示保存，方便查詢。

自動(dòng)補(bǔ)償功能，對(duì)于檢修、停電以及更換計(jì)量器具可以利用氣量補(bǔ)償功能。

實(shí)時(shí)顯示輸氣站的工藝流程圖，并顯示運(yùn)行情況以及各個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的生產(chǎn)參數(shù)，如溫度、壓力、差壓、瞬時(shí)流量等。

實(shí)時(shí)顯示各參數(shù)趨勢曲線圖。

打印以及查詢小時(shí)報(bào)表、日報(bào)表、月報(bào)表以計(jì)量從參數(shù)設(shè)置情況。

通過界面及時(shí)修改天然氣計(jì)量參數(shù)。

黑匣子功能，自動(dòng)記錄參數(shù)修改以及運(yùn)行狀態(tài)變化情況，該數(shù)據(jù)無法修改，方便對(duì)異常情況進(jìn)行查詢了解。

報(bào)警功能，對(duì)出現(xiàn)可能產(chǎn)生危險(xiǎn)事故的情況進(jìn)行報(bào)警并通過聲音通知工作人員。

進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換，便于上位機(jī)管理。

4、站控介紹

為了提高計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量精度和自動(dòng)化程度，我們采用的工控機(jī)為研華工控機(jī)，溫度變送器為A級(jí)Pt100的鉑熱電阻測量，壓力和差壓變送器為日本橫河公司變送器。變送器信號(hào)經(jīng)由西門子公司PLC將現(xiàn)場傳送過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)。在上位機(jī)中我們采用MCGS工控組態(tài)軟件將傳送過來的數(shù)字信號(hào)的溫度、差壓、壓力這三個(gè)物理量來計(jì)算管道內(nèi)天然氣的瞬時(shí)流量。同時(shí)，在上位機(jī)中利用MCGS強(qiáng)大的組態(tài)功能，實(shí)現(xiàn)了報(bào)表、報(bào)警、曲線、數(shù)據(jù)實(shí)施顯示等功能。另外，還可以利用MCGS二次儀表通訊功能，根據(jù)現(xiàn)場氣量大小、瞬時(shí)流量、用戶需求壓力等調(diào)整儀表的量程范圍，使現(xiàn)場的值始終保持在儀表量程合理的范圍之內(nèi)，保證計(jì)量的精確，大大減少了人工作業(yè)，提高了站控系統(tǒng)的智能化自動(dòng)化。

5、服務(wù)器組態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)布

當(dāng)站內(nèi)數(shù)據(jù)通過通信線路傳送到調(diào)度中心服務(wù)器上的時(shí)候，選用MCGS的IE版本，利用傳送過來各個(gè)計(jì)量站點(diǎn)的數(shù)據(jù)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)曲線、報(bào)表、實(shí)時(shí)顯示、歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)瀏覽等功能，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布于局域網(wǎng)。管理機(jī)根據(jù)各自的權(quán)限，通過IE就可以方便地瀏覽各個(gè)畫面，包括數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表、歷史曲線和數(shù)據(jù)、動(dòng)畫顯示，使管理者清楚地了解現(xiàn)場的生產(chǎn)情況?；赪eb的上位機(jī)管理系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)慢的特點(diǎn)，即使是使用調(diào)制解調(diào)器的情況下也能很好工作，這就可以讓管理人員在家里了解系統(tǒng)狀態(tài)；還能利用管理機(jī)的圖形功能繪制動(dòng)畫，發(fā)揮服務(wù)器的數(shù)據(jù)計(jì)算功能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使得整個(gè)系統(tǒng)得到充分應(yīng)用。

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