組態(tài)軟件及其在天然氣計量中的應(yīng)用

［摘 要］介紹了組態(tài)軟件的發(fā)展歷史、組態(tài)軟件的概念、組態(tài)軟件的組成和功能，同時對組態(tài)軟件MCGS在天然氣計量中的應(yīng)用給出了具體的結(jié)構(gòu)、組成和實現(xiàn)方法。
　　
　　 組態(tài)軟件從20世紀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)軟件大都運行在DOS下，隨著微軟公司可視化界面的出現(xiàn)，人機交互界面的軟件才開始出現(xiàn)。同時隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展對天然氣需求越來越大，對天然氣計量的準確要求就越來越高，組態(tài)軟件應(yīng)用也給天然氣計量帶來了新的概念和方法，其應(yīng)用已經(jīng)深入到天然氣計量當中。
　　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，要實現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序（如使用BASIC、C、FORTRAN等）來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。過去需要幾個月的工作通過組態(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)計算機控制中，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)。人機界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。其實在其他行業(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)果是用在實時監(jiān)控的。組態(tài)工具的解釋引擎要根據(jù)這些組態(tài)結(jié)果實時運行。從表面上看，組態(tài)工具的運行程序就是執(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
　　 組態(tài)軟件組要包括人機界面軟件（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)控報警；（4）報表功能；（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：（1）延續(xù)性和可擴充性，用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當現(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，不需作很多修改即可方便地完成軟件的更新和升級；（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復(fù)雜工程所要求的所有功能；（3）通用性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，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，就能完成一個具有動畫效果、實時數(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，在天然氣計量項目中，包括大大小小的工作站，首先每個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、報表打印、報警等功能，這些功能的實現(xiàn)，便于現(xiàn)場工作人員對生產(chǎn)進行監(jiān)控和控制，從而形成我們整個系統(tǒng)中的一個站點。所有的站點通過計算機的聯(lián)網(wǎng)，將計量數(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的上位機管理系統(tǒng)。管理者利用上位機管理系統(tǒng)從Internet瀏覽器實時了解生產(chǎn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)曲線、歷史存盤數(shù)據(jù)等，及時掌握生產(chǎn)動態(tài)。同時，基于Web的上位機管理系統(tǒng)充分發(fā)揮服務(wù)器和管理的功能，發(fā)揮數(shù)值計算能力和統(tǒng)計匯總功能，使得整個系統(tǒng)的潛能得以發(fā)揮。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。
　　
　　
　　3 系統(tǒng)功能
　　 （1）實時采集管道運行的差壓、壓力、溫度、瞬時流量、日累計氣量、月累計氣量、年累計氣量，這些數(shù)據(jù)實時顯示保存，方便查詢。
　　 （2）自動補償功能，對于檢修、停電以及更換計量器具可以利用氣量補償功能。
　　 （3）實時顯示輸氣站的工藝流程圖，并顯示運行情況以及各個對應(yīng)點的生產(chǎn)參數(shù)，如溫度、壓力、差壓、瞬時流量等。
　　 （4）實時顯示各參數(shù)趨勢曲線圖。
　　 （5）打印以及查詢小時報表、日報表、月報表以計量從參數(shù)設(shè)置情況。
　　 （6）通過界面及時修改天然氣計量參數(shù)。
　　 （7）黑匣子功能，自動記錄參數(shù)修改以及運行狀態(tài)變化情況，該數(shù)據(jù)無法修改，方便對異常情況進行查詢了解。
　　 （8）報警功能，對出現(xiàn)可能產(chǎn)生危險事故的情況進行報警并通過聲音通知工作人員。
　　 （9）進行遠程數(shù)據(jù)交換，便于上位機管理。
　　4 站控介紹
　　 為了提高計量系統(tǒng)的計量精度和自動化程度，我們采用的工控機為研華工控機，溫度變送器為A級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。變送器信號經(jīng)由西門子公司PLC將現(xiàn)場傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳入計算機。在上位機中我們采用MCGS工控組態(tài)軟件將傳送過來的數(shù)字信號的溫度、差壓、壓力這三個物理量來計算管道內(nèi)天然氣的瞬時流量。同時，在上位機中利用MCGS強大的組態(tài)功能，實現(xiàn)了報表、報警、曲線、數(shù)據(jù)實施顯示等功能。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)的智能化自動化。
　　5 服務(wù)器組態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)布
　　 當站內(nèi)數(shù)據(jù)通過通信線路傳送到調(diào)度中心服務(wù)器上的時候，選用MCGS的IE版本，利用傳送過來各個計量站點的數(shù)據(jù)組態(tài)，實現(xiàn)曲線、報表、實時顯示、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)。管理機根據(jù)各自的權(quán)限，通過IE就可以方便地瀏覽各個畫面，包括數(shù)據(jù)顯示、報表、歷史曲線和數(shù)據(jù)、動畫顯示，使管理者清楚地了解現(xiàn)場的生產(chǎn)情況?；赪eb的上位機管理系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)遠程傳輸數(shù)據(jù)慢的特點，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)；還能利用管理機的圖形功能繪制動畫，發(fā)揮服務(wù)器的數(shù)據(jù)計算功能統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使得整個系統(tǒng)得到充分應(yīng)用