用太阳能为气体分配SCADA供电

美国天然气公用事业公司经营着250万英里的分配和传输管道，横跨全国，为超过1.77亿美国人提供服务。天然气公用事业是其所在社区的一部分。他们的使命是确保客户的安全、可靠和知情。

像全国其他公用事业一样，内布拉斯加州的大都会公用事业区(MUD)面临着解决老化基础设施可持续性的挑战。MUD是美国第五大公共天然气公用事业公司，为奥马哈、本宁顿、卡尔霍恩堡、斯普林菲尔德、玉坦和贝尔维尤等城市的超过25万客户提供天然气。

霍夫曼工程公司20多年来一直是MUD值得信赖的顾问。“我们依靠霍夫曼工程公司在控制系统和技术方面的专业知识来指导我们的基础设施升级。MUD天然气配送工长Jim Bewley表示:“无论是白天还是晚上，我们都愿意随时响应我们的呼叫，这有助于保持我们所服务社区的安全。”

这个问题

2005年，MUD的280个远程气体调节站都有一个安装在杆子上的外壳，里面有一个机械纸质图表记录仪，用于监测进出口压力(见图1)。图表记录仪可以记录3到7天的调节器压力读数数据。每隔48小时或每周，这些图表都会由专门负责这项工作的MUD员工手动更改并进行检查。

这不仅是过时和劳动密集型的问题，而且在长达一周的时间内没有对数据进行分析，这是MUD在纠正异常操作条件的紧急响应时间方面的主要问题。MUD希望能够实时监控远程站点，并在其系统控制总部的监控控制和数据采集(SCADA)系统上显示信息。

通往解决方案的旅程

纸制海图记录仪的更换始于2005年，当时只有5个试点地点。在这个分五个阶段的项目中，MUD依靠霍夫曼工程公司作为合作伙伴和顾问，最后一组调节站的自动化将于2017年进行。Huffman Engineering的工作包括设计控制面板和安装新硬件，将压力读数传输到MUD的系统控制SCADA系统。霍夫曼工程公司对SCADA系统软件进行了编程，将新的集中式数据收集与显示、报警、趋势、历史日志记录和报告功能集成在一起。

Jim Bewley总结了自动化配气站点的好处:“成本节省是巨大的。更重要的是，通过可靠的自动化监测系统，我们所服务的社区的安全和保障得到了改善，该系统在15分钟内报告问题，而不是可能需要7天。”

一路走来的挑战

成本:在试验场地，主要的成本是由电气承包商承担的。当地电力公司免费为工地供电。然而，在研究下一组场地的转换时，电力并不容易获得，因此成本相当高。让电力公司和电力承包商带来电力的成本从每个地点的1万美元到2万美元不等，这取决于到达地点的距离和困难程度。这使得MUD的成本过高。这些位置需要离网解决方案来为设备供电。

替代电源差的适合:在最初的几次太阳能安装之后，MUD继续寻找最佳解决方案。对于位于公众可进入区域的监测点，太阳能电池阵列(电池板)因其尺寸而脱颖而出。测试的一种替代解决方案是热电电池充电器，这是一种小设备，不像太阳能电池阵列那样突出。这种热电电池充电器利用天然气产生温差，然后转化为电能。因为天然气在每个监管地点都有，所以尝试一下是有意义的。然而，热电装置工作了几个月后，由于内部腐蚀而失效。MUD认为热电电池充电器并不是一个很好的长期解决方案。

漫长的过程:更换所有手动海图记录仪的计划计划分阶段进行，每年安装一期。每一阶段需要六至七个月完成，包括一组50至60个场地。该过程包括现场准备工作和连接变送器的天然气管道，漫长的招标和选择程序，零件采购，面板建造，安装和测试。

解决方案突出

太阳能站点硬件:硬件由一个极和一个安装有远程终端单元(RTU)的外壳、调制解调器、充电控制器、电池、安装有压力变送器的外壳以及安装在极顶部的太阳能电池板组成(见图2)。RTU输入/输出点包括压力读数、电池电压和心跳数据。

SCADA系统在MUD的系统控制:通过移走附近或多余的场址，项目范围缩小到升级225个监测地点。所有监测站都在MUD的系统控制下进行监控，系统控制人员每天24小时值班。rtu每15分钟收集一次压力数据，在正常情况下，它们每4小时向SCADA系统报告一次压力读数。如果压力超出范围，rtu将在15分钟内向SCADA系统报告压力读数。压力在SCADA屏幕上发出警报，以Hi、Hi/Hi、Low和Low/Low状态提醒操作员。然后，操作员可以将问题报告给主管，以便立即采取行动。

解决方案的好处

安全:根据MUD的说法，实时监测已经向MUD人员发出了异常操作条件(压力高于或低于报警设定值)的警报。

每日报告:技术人员每天通过电子邮件收到报告，以简化当天的工作。这些报告，以及访问历史数据以查看趋势的能力，允许进行预测性维护，以保持气体调节站的正常运行(见图3)。报告包括:

• 局点压力告警。
• 通信失败。
• 按站点划分的呼入数。
• 太阳能电池板的电池电压。

通过标准化实现一致性和易于维护

• 面板都是一样的。只有三套图纸:一套用于1个发射机站点，2个发射机站点和3个发射机站点。
• 所有的面板都有相同的零件，减少了备品备件的数量。
• RTU程序没有单独的复杂设置;根据发射机的数量，也只有三种变化。

节省劳力

• 取消图表技术员职位(以前是两名员工)。
• SCADA报告在早上通过电子邮件发送给天然气配送人员，指导他们如何组织一天的工作。
• 面板的标准化使员工手头有合适的备件，并迅速解决维护问题。

其他成本节约

• 通过将蜂窝调制解调器编程为仅在传输数据时(除报警情况外，每四小时开机一次)开机，减少蜂窝数据的使用和电力成本。
• 12伏太阳能充电系统耗电量最小。

该项目为霍夫曼工程公司提供了一种具有成本效益、可靠的太阳能自动气体分配调节器监测系统。霍夫曼工程公司为提高MUD气体系统的安全性和效率做出了贡献而感到自豪。像这样的创新、低成本的解决方案可以在美国各地实施，以提高老化基础设施的可持续性。

克雷格Malesker是否有高级电气工程师和项目经理霍夫曼工程公司他自1993年以来一直在那里工作。Malesker专注于各种行业的编程控制系统，接受过9个领先平台的培训，并拥有所有主要品牌的经验。Malesker毕业于内布拉斯加大学林肯分校，获得电气工程学士学位。

肖恩Creager他是霍夫曼工程公司的高级电气工程师，在那里他已经工作了近8年。他的专长是人机界面(HMI)配置，并完成了五个流行平台的培训。他的HMI配置技能包括操作员界面设计，数据库设计和维护，以及基于web的报告。Creager获得了内布拉斯加大学林肯分校的电气工程学士学位，在那里他是J.D.爱德华兹荣誉项目的一部分。

霍夫曼工程公司是CSIA认证的控制系统集成商。

本文发表于应用自动化补充的控制工程而且设备工程．

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