基于计算机监控系统在燃气行业中应用综述
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摘要：目前的燃气生产行业中，多采用计算机监控系统来替代传统的人工监控，在燃气生产行业的现行计算机监控系统中采用Fieldbus网络及其智能仪表组成的控制系统，将比采用传统技术的控制系统(DOS系统)具有一些固有的技术优势。由于燃气生产行业工况复杂，环境温度较高，导致以往采用的人工参与的调节系统既不安全也不可靠。本文提出了一些自己的见解，以供同行参考。
关键词：计算机监控系统；数字信号；智能仪表；
前言
文中所介绍的应用方案适用性较广。 可以被应用在燃气行业中的诸多领域。 比如：在罐站管理、炼焦制气监测以及外网监控管理中，都可以采取本方案。 在提高安全性和可靠性的同时。 达到理想的监测效果。一个完整的计算机监控系统应包括硬件和软件两大部分，其中，硬件系统的实现主要涉及到了工业控制网络的系统集成与架构设计工作，而软件系统则主要是系统监控软件的编制，这其中包括软件的设计、开发、调试与测试。 在实际使用过程中，软硬件系统必须紧密结合，协同工作，只有这样才能实现真正意义上的计算机监控。
Fieldbus 是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现的双向、串行、多节点数字通信系统，也称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 它将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有数字计算机和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，在形成了各种适应实际需要的自动控制系统。在燃气生产行业的现行计算机监控系统中采用 Fieldbus 网络及其智能仪表组成的控制系统， 将比采用传统技术的控制系统（DOS 系统）具有一些固有的技术优势。首先，Fieldbus 网络是一个全数字化的现场通信网络，其采用数字信号代替传统的模拟信号，使其测量精度高，抗干扰性强。 其次，它实现了控制功能的彻底分散，把控制下放到底层的智能化现场设备，既降低了成本又增加了安全性和可靠性。 另外，基于总线的智能化现场仪表，可以对量程和零点进行远方设定，具有仪表工作状态自诊断功能，因此能进行多参数测量和对环境影响的自动补偿。综上所述，在现行燃气生产行业中采用基于 Fieldbus 网络的计算机监控系统能取得较好的测量效果与控制效果。
一、系统监控方案分析
在现场监控层：智能化仪表和 I／O 模块通过 Fieldbus 网络与监控机实时通信，操作员可通过监控机实现对它们所有参数的设定与数据的采集。 具体过程为：系统通过模拟量采集模块（NIFP―AI―100）或智能仪表采集到参数信息后，发送到总线上，然后总线信息通过现场总线接口卡采集到现场监控计算机中，之后现场监控机调用 SQL SERVER 数据库进行数据存储，并调用监控软件进行实时数据及历史曲线的显示。 同时，在生产管理层，工厂管理级 PC 可通过 NE2000 网卡与监控机相连，实现数据共享和生产管理集成功能。
二、系统结构设计分析
在实际组网时，考虑到目前燃气生产行业中现存有大量的模拟仪表，如果全部改成数字仪表进行网络集成，势必会造成现有设备的大量浪费，同时也会导致相应成本的大幅提高，因此在设计系统结构时采取了两种形式仪表共存的网络架构，对部分不参与控制的、实时性要求较差的参数，如烟道温度、煤气氧含量参数，是通过原有模拟仪表进行采集， 然后经过模拟量采集模块（NIFP―AI―100）进行转换后变成数字信号发送到 Fieldbus 网络上 ，而对于那些参与控制的、实时性要求较高的参数，如煤气主管压力、烟道吸力控制参数，则是直接通过智能化仪表(Smar LD302) 进行采集，因采集到的信号已是数字信号，所以无需进行转换，达到了快速显示与控制的目的。管理层 PC 通过网络可实时对现场生产参数进行监测。可见，监控系统是由现场设备层网络、制层网络与上层管理层网络所组成的三级网络体系结构，其结构严谨、控制方便，能够较好的实现数据的采集与控制。
三、系统软件设计分析
FP 一 3000 以及 FP 一 AI―100、FP―AO 一 200 的组态软件选用 NI 公司的 NI Configrator 软件。 系统监控程序采用 Visualbasic6.0 开发，以形象的人机界面形式供用户对现场设备信息进行监视、设置等操作，提供各种实时、历史曲线显示，现对现场设备的管理并具有显示 参数实时列表，印报表等功能。
1、软件功能块结构图
各功能块所承担的具体任务如下 ：
1) 工艺流程显示主要生产流程画面及相关参数。
2) 趋势记录 以曲线图形式显示现场数据趋势，可查看六天以内的历史纪录。
3) 参数列表以表格形式显示所有参数，其中包括参数名、参数类型与相关量程等项目并可根据指定时间打印报表。
4) 控制系统以图形方式设置相应 PID 控制参数。 其中主要涉及比例带、积分时间、微分时间等相关参数。
5) 报警模块显示相关参数的报警信息。 其中主要涉及报警时间、控报警类型、故障来源等参数。在实现时由主界面来统一调度各功能模块来完成相应的显示与操作。
2、 开发过程中涉及到的主要问题
1) 监控程序与数据 I/O 之间的通信机制。工业现场数据多是实时的、动态的数据，因此，监控系统如果要实现动态的数据采集与处理，如果采用传统的单线程程序设计方式，往往不能很好的协调数据采集与数据处理模块之间的通信。 Windows 是一个支持多任务的操作系统，一个 Windows 下的应用程序（进程）可同时并发多个任务（即线程）。 在我们的监控系统设计过程中，充分利用了Windows 系统的多线程技术，为数据采集和数据处理设置专门的线程，通过异步 I/O 和事件驱动 I/O 结合的方式处理数据采集和数据处理线程之间的通信。 以下是两个线程的不同分工：①控制线程（主线程）：用于对通信线程中接受的数据进行计算、存储和显示，并可以通过用户交互，置现场设备层网络设的控制参数，向其发送命令，改变其相应的运行状态。②通信线程（辅助线程）：负责监听串口状态，处理监控系统与底层网络的数据和指令的通信；将上传的数据存放在指定的数据缓冲区中，发送消息给控制线程并通知采集数据到达；通信超时探测。综上所述，通过使用多线程技术，在辅助线程中监视串口，有数据到达时依靠事件驱动，读入数据并向主线程报告，在主线程中发送控制命令，并使异步 I/O 技术依靠操作让串口读写在后台运行，通过 I/O 事件驱动和线程间的快速切换。 监控系统在实际应用中可以达到接近实时的效果。
2) 实时数据库引擎的选择：监控系统的具体实现中。 采用了高效的、基于多任务的 OPC 内部实时数据库引擎，OPC 接口是一个统一规范。 是基于 OLE 的由独立销售商制定的软件接口。 该接口在微软的支持下。 被自动化领域中的各大公司发展为一个工业标
准。 一个 OPC 服务器是为各生产厂商的应用程序提供标准 OPC 接口的程序。 不管使用何种通讯网络和协议。 通过 OPC 接口访问过程数据总是统一的。一个 OPC 服务器构成中间层。 该层介于允许访问被处理的过程数据的应用程序和允许访问该数据的各网络协议与接口之间。从而在保证了系统实时数据快速采集的基础上，实现了对异种系统的开放支持。
四、结束语
由于燃气生产行业工况复杂，环境温度较高，导致以往采用的人工参与的调节系统既不安全也不可靠。 因此，在目前的燃气生产行业中，多采用计算机监控系统来替代传统的人工监控。 这样既提高了测量精度，也增加了安全性和可靠性。
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