油气长输管道SCADA系统

③ 控制中心以太网发生通信故障、接口故障时,会在控制中心操作界面各处进行故障显示和报警记录。 11.3.3.3 系统调试 1 硬件调试 检查PLC 系统、MMI 系统及各通信连接系统的连线、开关设定正常后,各系统逐一受电,检查各个状态灯显示是否正常。上位机在正常供电的情况下,通过存储在硬盘上的应用程序自动进入操作环境;各站场PLC 与现场设备之间通信正常。

2 冗余检验

在保证控制中心上位机与各站场PLC 通信正常的情况下,按照陕银线控制中心冗余系统进行硬件连接,通信测试数据分别采用靖边首站、盐池清管站和银川末站的PLC 时钟秒单元地址数据。

① 主、从服务器各自单独运行,通信测试数据接收正常。

② 主、从服务器同时运行, 但冗余通信程序ComTestH() 和ComTestS( ) 未运行。此时,两服务器的通信通过同一条数据通道对PLC 读/ 写数据,造成数据冲突,从而使通信测试数据接收时通时断。

③ 冗余通信程序ComTestH( ) 和ComTestS( ) 均运行,主服务器运行后,从服务器再运行。6s 后通信恢复正常(通信测试数据接收正常) 。主服务器掌握主控权,将采集到的数据及状态信息通过以太网传给从服务器。

④ 在③模式下,人为故障关闭主服务器,从服务器接替主服务器的权限,4s 后通信恢复正常。

⑤ 在④模式下,运行主服务器,从服务器立即将权限交给主服务器,从服务器处于热备状态,8s 后通信恢复正常。

⑥ 在⑤模式下,人为故障关闭从服务器,不影响 通信。 3 软件调试

安装系统软件Windows NT Server/ Workstation ,经检查运行正常。检查控制中心与各站场之间的通信情况,控制中心采集数据正确,发送网络时钟时各站场接收正确。控制中心和各站场的操作画面均能按照设计要求正确显示。

4 回路调试

① 温度、压力、流量仪表调试

在各站场调出要测试的温度、压力、流量模拟点,在现场给对应的变送器接上信号发生器, 然后送出4～20mA 的信号,分4 ,8 ,12 ,16 ,20mA 5 个点,每给一个输入信号,在站场和控制中心的流程画面上检查其显示的PV 值是否对应为0 % ,25 % ,50 % ,75 % ,100 % 5个点。当每个信号的检查结果都正确后,才确定这个回路正确,否则要根据回路图逐一检查处理,直到恢复正常为止。

② 电动球阀调试

在站场调出要调试的阀门,并找到现场对应的阀门,确定气路畅通后,分别给出开、关、停信号,检查现场阀门动作是否开关到位,开关回讯能否闭合。在站场和控制中心的流程图画面检查阀门状态显示是否对应为开过程(绿蓝闪烁) 、关过程(红蓝闪烁) 、开到位(绿) 、关到位(红) 或偏差报警(红色闪烁) 、故障报警(橙色闪烁) 。每个动作和状态显示的结果都正确后,就确定这个回路正确。

③ 清管指示器调试

在各站场和控制中心上位机逐一调出含有清管指示器测试点的流程画面,并找到现场对应的清管指示器,人为对清管指示器进行打开与闭合,观察流程画面中相应的测试点是否正确变化,每个动作和状态显示的结果都正确后,就确定这个回路正确。

④ 气相色谱分析仪调试

a 检查BTU 与PLC 的连线是否正确。靖边首站和银川末站均有气相色谱分析仪BTU 与PLC 相连,以便在线监测首、末站天然气的组分和热值。BTU 输出的4～20mA 电流信号通过RS - 232 串口与AB 公司的1771 - DB/ B 通信,并将数据通过PLC - 5/ 30 处理器传送到2100 - AGA 中进行流量计算。

b 检查BTU 各气路连接是否正确。载气为150psi 的氦气。校正气(标准气) 与天然气压力一致,为30～40psi 。且标准气与天然气含量基本一致。

c 检查电路连接是否正确。

d 开电源前,氦气吹扫15min ;然后开机测试。比较BTU 测试结果与站场和控制中心上位机的显示结 果,如果一致,确定此回路正确。 ⑤ 火灾/ 烟雾报警系统调试

分别使站场和控制中心各火灾/ 烟雾探头有感应信号,并观察站场和控制中心上位机是否有正确显示的相

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应报警。若显示和报警均正确,确定此回路正确。

11.3.3.4 使用效果

陕银线SCADA 系统已于1999 年正式投产,经过两年多的安全运行,系统各项指标均达到设计要求。该系统在结构配置、通信方案、数据采集、操作方式等方面,与国内其它天然气管道SCADA 系统相比,具有独特性和先进性,完全能够满足生产要求和今后扩充的需要,是一套性能价格比较高的输气管道SCADA 系统。做到了在确保管线安全输送的前提下,既节省投资,又使系统达到了较高的自动化水平,提高了经济效益和劳动生产率,真正实现了陕银输气管道安全、平稳、高效、经济的运行。

11.3.4 SCADA系统在东营—临邑输油管线中的应用

东营至临邑输油管线分为两条,一条为1975年建设的东临老线,另一条为1997 年建设的东临复线。东临复线全长157 km ,采用串联泵密闭输油工艺,全线设有东营首站一座,中间加热泵站一座(滨州输油站) ,目前输送胜利油。东临老线全长171125 km ,采用旁接油罐输油工艺,全线设有东营首站一座,滨州、惠民、商河中间加压站3 座,临邑末站一座,目前输送进口油。

11.3.4.1 系统构成

该SCADA 系统由潍坊调度中心集中控制,滨州站和东营站分别为独立的两套控制系统。站控系统监控软件采用澳大利亚西雅特公司的CITECT组态软件与美国AB 公司可编程序控制器(PLC) 的以太网接口进行通讯。为增加系统的稳定性,两个泵站的站控监控系统及PLC 系统均采用双机热备形式。对于PLC 系统,一个系统控制远程I/ O 的运行,称为主PLC ,另一个系统准备当主系统发生故障时接管远程I/ O 的控制,称为副PLC。主、副系统通过7852BCM 热备通讯模块实现主、副PLC 间的切换。

在正常运行时,PLC 把远程的输入和数据表传给副PLC ,当发生故障进行切换时,副系统PLC(此时变为主系统) 就拥有了同样的数据,完成同样的数据采集和监控任务,主、副系统的切换是自动完成的。主、副PLC 分别有两条数据通讯通道:一条通道经过带以太网接口的CPU 模块17852L20E;另一条通道经过以太网模块17852ENET ,完成与上位机的通讯。两个泵站的站控监控系统与主、副PLC构成局域网。

滨州站与东营站到潍坊控制中心分别采用两路专用微波通讯线路,经过调制解调器和路由器完成数据通讯。由于临邑站不属于潍坊输油处管理,因此不设站控监视系统,只采用AB 公司的SLC(Small Logical

Controller) 采用临邑站进站温度、压力以及流量参数,再经过微波专用通道传输到潍坊控制中心。潍坊控制中心SCADA 系统也采用澳大利亚西雅特公司的CITECT 组态软件,与滨州站和东营站的站控系统组成一个广域网,完成各站有关参数的采集,监视各站生产和主要设备的运行状态。系统配置图如图11-14 所示。

图11-14 东营—临邑输油管线SCADA 系统配置图 11.3.4.2 硬件配置 1 上位机系统

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潍坊控制中心、滨州站控、东营站控上位机监控系统均采用DELL P Ⅲ 450 MHz 64 M内存的工业控制计算机,显示器是分辨率为1 280 ×1 024 的53cm 彩色显示器。其中潍坊控制中心为3 台工控机,滨州站控、东营站控分别为2 台工控机。站控及控制中心分别设两台EPSON LQ1600KⅡ打印机完成报表及报警的打印。

2 站控PLC

滨州站和东营站控制单元分别采用美国罗克韦尔自动化AB 公司的PLC25 系列可编程控制器和一些功能模块,如输入/ 输出模块、以太网模块、适配器模块、电源模块、带有以太网接口的CPU 模块、双机热备模块,由13 槽框架组成。滨州站除以上功能模块外,还配有高速计数器模块和电力参数监视模块。临邑站为SLC 500 系列小型可编程序控制器。

3 通讯设备

滨州站和东营站的站控PLC 分别采用AB 公司的以太网模块以及带以太网接口的CPU 模块,组成双数据通道与站控机监控系统进行通讯。两个泵站的站控机上装有D2LINK及3COM双通讯网卡,两个泵站的站控机均作为输入/ 输出服务器。在控制中心工控机上也装有D2LINK及3COM双通讯网卡,控制中心及两个泵站均有两台CISCO 1601ROUTER 路由器。两个泵站分别设两台专线调制解调器,控制中心设4 台HAYES ULTRA 336 MODEM 专线调制解调器,经过微波线路以四线同步通讯方式,完成潍坊控制中心与两个泵站工控机之间的数据传输工作。另外,控制中心一台工控机的串行接口,经过专线调制解调器直接与临邑站SLC500 的CPU 模块上的RS2232 口经过拨号网络进行通讯。

11.3.4.3 软件 1 操作平台

所有工控机操作系统均为Windows NT 4. 0 中文版操作系统。Windows NT 系统既具有Windows95 易于使用的界面,又具有系统的可靠性与数据的安全性。

2 RSLinx 通讯工具

RSLinx 软件是AB 可编程序控制器与各种RockwellSoftware 及AB 应用软件建立起通讯联系的工具, 基于WIN95/ NT 操作系统的计算机通过RSLinx 软件,应用程序可以直接在以太网处理器之间建立通讯。

3 编程软件

RSlogix 5 是PLC25 系列可编程序控制器的梯形逻辑编程软件包,RSlogix 500 是SLC2500 小型可编程序控制器的梯形逻辑编程软件包。两种软件均可在Windows 98 ,Windows NT 下完成离线编程,即程序的开发和存储是在编程终端内部进行,不需要直接连接到PLC25 或SLC 500。PLC25 系列可编程序控制器的指令,包括继电器指令、定时器和计数器、计算指令(包括三角函数、指数、幂运算等) 、数据转换、诊断、位移寄存器、比较、数据传送、顺序器、程序控制、立即I/ O 和PID 控制以及顺序功能流程图指令等。利用这些功能即可完成3 个泵站输油设备参数的数据采集及处理;顺序停泵逻辑控制保护;远程启停泵操作及进、出站压力PID 的控制等。

4 监控软件

站控监控软件及控制中心监控软件,均采用澳大利亚西雅特公司的CITECT 组态软件,是一种基于

Windows98/ NT操作系统的软件。可以完成数据实时采集、趋势分析、报警、报表打印、操作记录等任务。该组态软件具有良好的人机界面,易于学习和掌握。

它的一些功能,如模板( templates) 、精灵(genies) 、向导(wizards) 等,可以缩短组态系统所需要的时间,同时系统的功能得到增强。由CITECT 组态的画面采用分页管理的形式,一个系统由一系列屏幕图页面组成,可以在各屏幕图之间任意切换。在每个页面还可以建立各种子窗口,每页由静态的背景以及会变化的“动画”目标构成。另外, CITECT软件还具有强大网络功能,直接采用NETBIOS 进行网络通讯。它仅仅需要操作系统和硬件的支持,CITECT与CITECT 之间直接建立实时数据通讯,不需要文件服务器的介入。

11.3.4.4 系统功能

1 潍坊控制中心的系统功能

应用CITECT 组态软件将3 个泵站相关参数纳入到一个工程中,在每台计算机上均能看到3 个泵站的参数。通过页面切换可以调出各站工艺流程图,监视各站生产和主要设备运行状况。对各站的重要参数如进、出站压力、温度以趋势图页面的形式,显示其历史趋势及实时趋势,便于及时发现管线运行中出现的问题,以及进行历史故障的原因分析。对重要的参数进行报警管理,当参数超过报警设定值时有声音报警,并在当前页面有报警提示,相应参数颜色发生变化。

2 泵站控制系统主要功能 1) 所有工艺参数、输油设备运行参数采集及相关设备状态量的采集任务,各模拟量参数均以工程量单位显

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示。

2) 控制现场设备,如启、停泵操作。

3) 输油泵的安全运行保护。当泵参数值超过设定值时,系统发生报警。如果该参数继续超过高限设定值,则PLC 自动发出停泵命令。

4) 顺序停泵保护。 5) 进、出站调节阀的PID 控制。为保证输油管线出站压力在允许范围内,在东营站及滨州站分别设置了出站压力调节系统。为防止输油泵抽空而损坏设备,设置了进站压力超低自动调节系统。

11.3.4.5 系统监控页面的显示及相关操作

在控制中心及各站控监控系统,通过CITECT组态软件实现系统功能图形界面的显示及进行相关操作。 1) 流程图页面:CITECT 组态软件具有丰富的图形符号库,利用图形编辑系统可绘制出丰富的立体的图形页面,既可利用自身图形库的符号,也可使用其他图形软件包如AUTOCAD ,BITMAPS ,JPEG等生成的图形对象,经过对图形对象属性的定义,即可对定义的动画目标进行相关操作或动态显示。

2) 报警记录页面分3 组页面:a) 组态报警,CITECT自动监测系统各种采集数据的正常范围,一旦超过正常范围就报警提示,并将报警的详细内容记录在组态报警页面;b) 系统报警,CITECT 自动诊断所有外部I/ O 设备的状态,当通讯故障时报警自动记录在系统报警页面;c) 报警总览,当每项报警被触发、认可、重置时,其所有活动、发生时间、消除时间等历史记录都保存在报警总览页面。

3) 参数表页面: 将各站站控PLC 实时采集的过程参数,经单位换算、运算处理后,全部显示在参数总表页面。另外,为了监视方便,在工艺流程图上数据采集的位置,也以工程量单位实时显示该变量的值。

4) 控制流程图页面:在该页面包括简单的仪表控制流程图,可以进行远程启、停泵操作。操作时用鼠标点击相应的泵体,则弹出一个启、停泵的操作子窗口,根据按钮上的中文提示即可执行相应的操作。

5) 调节阀控制回路页面:在该页面包括进、出站压力; 调节阀阀位的趋势图; PID 控制回路图;进、出站PID 调节器的操作面板;调节阀阀位操作面板及显示面板。具有相应操作权限的操作员可

对PID 参数;进、出站压力给定值;调节阀的手动/自动切换;调节阀阀位进行手动操作。该页面趋势图主要是为系统调式及整定进、出站PID 增益值时提供参考。

6) 趋势图:分为两种,一种是固定参数趋势图,在一页趋势图上可定义8 个趋势变量,一旦这些趋势变量定义好后,在该页面就显示这8 个趋势变量的动态趋势。另一种是可选择参数趋势图,系统在运行中操作人员可根据需要自由组合趋势变量,可随时增、减或更换趋势变量。无论哪种趋势图,均可以在趋势图上随时调用历史趋势,如果要返回到实时状态,只需点击相应的操作按钮。

7) 操作记录:在该页面显示操作员对系统中的设备控制点、系统状态点以及工艺参数等内容进行操作的记录,如PID 调节器参数值的设定;调节阀的阀位操作;泵的启、停等都记录在该操作记录页面。在该页面详细记录了某年某月、某个时刻、某操作员进行的操作。

8) 系统维护页面:主要功能是对操作员权限的

管理和实时监控系统的退出,在该页面还可监视系统运行情况、修改系统时间、注册编辑用户、调整系统时钟等。

9) 打印功能页面:可根据需要打印当前日期或指定日期的报表。整个实时监控系统由以上多个屏幕图页面组成,屏幕图页面的选择主要由页面下面的一排选择功能键完成。使用鼠标器左键单击某一功能键,即选中该画面,由此可进入相应屏幕图页面,进行相关操作或监视相关参数。

11.4 油气管道SCADA 系统设计与实施

现代油气管道自动化管理多采用SCADA 系统。在国内外油气管道设计中,SCADA 系统已成为必不可少的选择,已成为管道系统管理和控制的标准化设施。SCADA 系统在系统设计和的系统实施过程，必须充分吸收国外同类工程建设的经验并结合我国国情。

11.4.1 油气管道SCADA 系统的设计思想 （1）安全性

工业生产首先要讲安全,油气输送管道的操作,更是防范甚于救灾。安全的目的是保护人、设备、资源和环境,减少国家财产的损失和保障生命。因此系统设计,安全为先。

由于油气属于易燃易爆物品,因此油气管道的SCADA 系统设计要将防火防爆纳入设计范畴,有条件也可设置自动消防系统。为此,陕京输气管道专门设置了火灾和气体监测系统,另外根据地区性防爆等级要求而选择相应的防爆类型的仪器仪表。在硬件设置上,安全性措施还有很多,如在控制室信号引入点有隔离措施,在雷暴

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