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摘要：随着工控系统在燃气及水厂方面应用的深入，与此同时工控系统的安全稳定运行也成为保障燃气及水厂方面安全的重要因素，由此有效组织系统调试工作、科学运用调试方法、合理安排功能验证，将为燃气及水厂方面平稳运营奠定良好的基础。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对燃气及水厂方面工控系统组态软件设计、调试提出了一些建议，仅供参考。
关键词：燃气；水厂方面；工控系统；组态软件设计、调试
引言
随着各行各业运营智能化的飞速发展，工控系统的功能和规模亦将日益强大，由此对工控系统调试施工提出了更高的要求。对此需不断完善燃气及水厂的调试方法和验收体系，从而实现系统性能的最优化。
1、工控系统
通过传感器、网络、可编程逻辑控制和上位机组态软件等组件，使得燃气及水厂工作迈向数字化和自动化，提高了日常工作的处理效率，减轻了污水对环境所造成的影响。
2、燃气工控系统组态软件设计、调试
2.1压缩机控制
压力联锁：现场压力传感器将压力信号传递到SIS控制器，SIS控制器通过逻辑运算计算实时压力，当压力异常时发出报警信号，提醒工作人员进行处理。如压力值超出设定界限时引起联锁程序动作关闭压縮机，并通过SIS的输出信号将相关开关阀推送至安全位置。可燃及有毒气体联锁：在压缩机房布置可燃及有毒气体浓度传感器检测现场气体状况。当可燃及有毒气体浓度超出浓度最大设定值时，SIS控制器立即发出紧急停机命令，关闭压缩机組。控制器一旦收到任何压缩机组停机反馈信号，即刻关闭该机组的燃料气阀门同时关闭机组进气和排气总阀门。
2.2计量支路PID调节流量
根据下游住户用气量、上游供气压力对天然气计量支路控制，针对小、中、大各流量段采取不同的控制策略。分析天然气供气流量特性曲线，针对控制现场流量调节的特征，并根据流量设定值与测量值的偏差，采用临界比例法进行PID参数整定：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记录此时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）通过公式计算得到PID控制器的参数。
2.3安全仪表系统控制
安全仪表系统主要由检测仪表、控制器和执行元件三部分组成。安全仪表系统按故障安全型设计，即在正常状态下ESD控制回路是励磁的。天然气长输管线中安全仪表系统是独立于基本过程控制系统的单体设备，但是部分特殊信号需要同时进入基本过程控制系统PLC和安全仪表系统SIS。
2.4控制气液联动阀门
天然气长输管线阀门的远程启停需要经过RTU逻辑程序判断才能实现，防止现场在不具备条件时下发启停命令。首先上位机给RTU下达启动阀门命令，经过预设时间延时后输出到下一级，RTU通过逻辑程序判断阀门是否同时接收到以下命令：停止阀门、开到位、偏差报警、设备维护。只有当阀门没有收到以上命令时，RTU才能输出启动命令，实现远程开启现场阀门。停止阀门过程与启动阀门原理相反。
3、水厂方面工控系统组态软件设计、调试
3.1系统架构设计
水厂工控系统主要包括终端信息采集与监测系统和核心控制系统两部分，通过数据接口能够将水厂及泵站的实时运行数据传输至管理平台当中。
3.2监测系统设计
通过SCADA软件实现对地域分布极为分散的供水泵房进行集中控制，在太原市多个供水泵房进行定位，在地图上以定位点的形式显现出来，工作人员可以在控制中心查看每个供水泵房的运行情况。
通过点击地图上供水泵房定位图标，可以打开每个供水泵房的监控系统，工作人员可以在此界面上查看进水压力、出水压力、出水流量、设定压力和伺服电机的电压、电流、转速、温度、累计用电量以及供水泵房的湿度，水的浊度，还可以查看供水泵房监控摄像头拍摄的实时视频监控画面。工作人员也可以通过此界面远程操控伺服电机的启停和电路的通断以及门禁系统。当供水系统出现故障时，会自动故障报警，工作人员可以通过故障分析了解到系统故障的具体原因，再派出技术人员进行维修处理，大大降低了工人的劳动强度。
3.3控制系统设计
为了降低成本，减轻工人的劳动强度，同时又希望实现单人值守甚至无人值守，通过PLC技术和SCADA系统就可以实现此功能并达到数据的远程采集和设备的集中控制目的。各泵站需要通过PLC检测并传递参数，如：压力、流量、浊度、湿度、电机转速、电压、温度。2）通过PLC控制开关量，如电路的通断，伺服电机的启停，门禁系统。3）通过PLC实现伺服电机一用一备功能，也就是定时功能。4）通过PLC控制伺服电机的转速，以达到恒压的效果。可编程序控制器（PLC）在工业自动化领域有着十分重要的位置，因为自身小型化、价格低、编程简单、可靠性强的特点，在现代工业中的作用是不可取代的。PLC的主要功能有逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令。此供水系统采用PLC控制，自动控制工作全部由PLC完成。
3.4拓扑结构设计
第一，终端监测与区域控制层级之间的拓扑结构。终端监测层级与区域控制层级常用通信协议划分，可分为ProfibusDP、Modbus（RTU/TCP）、CAN等。针对不同需求、不同使用场景，相应选择合适的通信协议。例如，ProfibusDP通信中各仪器仪表为串联关系，单个设备出现故障不影响其他仪表的正常通信，但发生线路中断时，其后的全部仪表均无法完成通信活动。当采用Modbus RTU协议时，根据RS－485串口通信规范，网络中接入的硬件设备理论最大为32个或通信距离理论最大为1200m，当超出上述限制后，将无法正常通信。应增加中继器或接口转换设备进行扩展。第二，区域控制层级内部的拓扑结构。CPU与I/O之间采用ProfibusDP通信，该方式的兼容性更高，借助光电转换器形成光纤环网后，可实现更远距离的通信传输，并提高通信过程的抗电磁干扰能力。若系统中出现单点断网现象，通信活动仍可正常进行。其中光电转换器的作用是将Profi-bus的通信介质改为光纤，常见拓扑结构形式包括点对点、线性、星形等。以上拓扑结构在使用时应选择双光纤端口，且要求光电转换器的型号相同。第三，区域与中央控制层级之间的拓扑结构。区域与中央控制层级之间的拓扑结构采用工业以太网，在中央控制室及各分站内设置千兆级工业以太网交换机，要求每一交换机端口在2个以上，以便形成光纤环网。若系统中发生单点光纤故障，整个数据链路转变为线性结构，发挥冗余功能。
3.5监测平台设计
水厂SCADA系统监测平台选用B/S架构，主要包括GIS系统及数据库，通过平台，能够对水厂的运行情况进行全面监管和调度。
3.6调试结果
例如，观察系统中给出的管道液位差即可大致判断出该位置淤泥堵塞情况，发现液位差异常后，可提前组织开展清淤活动，避免堵塞程度进一步发带来更严重的管网故障。
结束语
随着工业4.0的推出及推广，工控系统是该发展道路上的产物，是燃气及水厂方面信息化、智能化建设的平台。因此，工控系统数据链路的合理搭建以及保证数据链路的安全性和可靠性显得尤其重要。
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