摘要：本文介紹了羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品在河北省天然氣利用一期工程中的應(yīng)用情況，ControlLogix組成的自控系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)等。 關(guān)鍵詞：輸氣管道 ControlLogix SCADA系統(tǒng) 一、前言 河北省能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以煤炭為主，占總能源消費(fèi)的89%以上，電力、燃?xì)獾南M(fèi)相對(duì)較少，這種能源品種結(jié)構(gòu)的不合理，造成全省城市大氣污染嚴(yán)重。因此，必須大力調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大量使用天然氣等潔凈能源，使全省的資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。天然氣具有煤炭、石油所無法比擬的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。我國的天然氣開發(fā)利用雖起步較晚，但在目前和今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，將得到大力發(fā)展，這就為河北省利用天然氣資源提供了一個(gè)歷史契機(jī)。河北省天然氣利用一期工程即陜京線北京—石家莊支線，是關(guān)系到河北省工業(yè)生產(chǎn)、人民生活、減少大氣污染、改善和提高環(huán)境質(zhì)量的大事，涉及各行各業(yè)與千家萬戶，關(guān)系國計(jì)民生。建設(shè)該工程的主要目的就是：調(diào)整河北省的能源結(jié)構(gòu)，提高城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量，減少大氣污染、改善和提高環(huán)境質(zhì)量。 二、概述 河北省天然氣利用一期工程是河北省重點(diǎn)工程，省長(zhǎng)一號(hào)工程。該工程設(shè)計(jì)年輸氣能力15×108m3年。始于陜京輸氣管道二站村閥室，終點(diǎn)為石家莊末站，沿線共經(jīng)過15個(gè)縣、市、區(qū)，全長(zhǎng)201.7km。主管線管徑φ508，設(shè)計(jì)壓力6.3MPa。沿線共設(shè)4座工藝站場(chǎng)，7座截?cái)嚅y室。 自動(dòng)控制采用集中監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)），調(diào)度控制中心設(shè)在石家莊末站，由調(diào)度中心對(duì)沿線各站場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和控制，各站設(shè)PLC站控系統(tǒng)。合理的工藝水平、高精度的交接計(jì)量、調(diào)壓技術(shù)和先進(jìn)自控水平，使本工程達(dá)到了九十年代末世界先進(jìn)水平。 三、輸氣站場(chǎng)工藝簡(jiǎn)介 本工程沿線共設(shè)置4座工藝站場(chǎng)，分別為：涿州首站、保定分輸站、定州分輸站和石家莊末站。每座站場(chǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)均考慮投產(chǎn)初期氣量較小的情況，并設(shè)有反輸流程，在條件允許的情況下，天然氣從石家莊輸至涿州，向沿線各城市供氣。 [ALIGN=CENTER] 全線總體流程示意圖[/ALIGN] 涿州首站站內(nèi)分為兩個(gè)部分，一部分包括天然氣進(jìn)站截?cái)喾趴?、天然氣分離、天然氣計(jì)量（上游），該部分由北京集輸公司管理；另一部分包括天然氣總計(jì)量（下游）以及向涿州市分輸部分的調(diào)壓、計(jì)量等。在涿州首站還設(shè)有氣體在線分析。 [ALIGN=CENTER] 涿州首站照片[/ALIGN] 保定分輸站主要包括清管器收發(fā)裝置2套、氣體進(jìn)站分離以及向保定市分輸部分的調(diào)壓計(jì)量。定州分輸站主要包括天然氣截?cái)喾趴蘸拖蚨ㄖ莘州敳糠值姆蛛x、調(diào)壓計(jì)量等。 石家莊末站承擔(dān)者向石家莊市供氣的任務(wù)，主要包括天然氣分離、調(diào)壓計(jì)量，并預(yù)留第二氣源的進(jìn)口，向邢臺(tái)、邯鄲供氣預(yù)留接口；同時(shí)，還設(shè)有調(diào)度控制中心，對(duì)全線生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行控制和調(diào)度。石家莊末站設(shè)有綜合樓和宿舍樓，在投產(chǎn)初期負(fù)責(zé)公司人員的就餐及部分人員的住宿。 [ALIGN=CENTER] 石家莊末站照片[/ALIGN] 四、 自控系統(tǒng) 4.1 概述 本工程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)內(nèi)容包括涿州首站、保定分輸站、定州分輸站、石家莊末站站控系統(tǒng)和石家莊調(diào)度控制中心等。 涿州首站、保定分輸站、定州分輸站和石家莊末站的站控系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集站場(chǎng)工藝過程參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)等，如溫度、壓力、流量及供配電系統(tǒng)等參數(shù)，對(duì)閥門的開、關(guān)和故障狀態(tài)、火災(zāi)報(bào)警、可燃?xì)怏w檢測(cè)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。石家莊調(diào)度控制中心是管線的管理中心和調(diào)度核心，負(fù)責(zé)對(duì)管道沿線的涿州首站、保定分輸站、定州分輸站和石家莊末站的運(yùn)行實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理，監(jiān)視站場(chǎng)重要的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，設(shè)定值和各項(xiàng)操作命令能夠從調(diào)度中心準(zhǔn)確地下達(dá)到有關(guān)站場(chǎng)。站場(chǎng)控制系統(tǒng)和調(diào)度中心組成了SCADA系統(tǒng)。 [ALIGN=CENTER] SCADA系統(tǒng)框圖[/ALIGN] 4.2 自控水平 調(diào)度控制中心、中間各站場(chǎng)站控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)儀表組成一個(gè)三級(jí)監(jiān)測(cè)、控制管理的系統(tǒng)模式。 第一級(jí)：為就地儀表、手動(dòng)和站場(chǎng)系統(tǒng)監(jiān)控（站場(chǎng)儀表）。 第二級(jí)：實(shí)現(xiàn)站控系統(tǒng)值班控制室內(nèi)的集中監(jiān)視控制（站控系統(tǒng)）。 第三級(jí)：石家莊設(shè)調(diào)度控制中心集中遠(yuǎn)程監(jiān)視控制（監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即SCADA系統(tǒng)）。 4.3 控制方案 本工程儀表及自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型以技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用為原則，自控系統(tǒng)采用監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）。在石家莊末站設(shè)調(diào)度控制中心，首站、末站及各分輸站均設(shè)站控系統(tǒng)監(jiān)控全站。經(jīng)過仔細(xì)的考察和比選，采用了羅克韋爾自動(dòng)化ControlLogix 系列PLC構(gòu)成集中監(jiān)視、分散控制方案。ControlLogix 系列PLC是羅克韋爾自動(dòng)化公司最新推出的、功能更強(qiáng)大的可編程邏輯控制器。它有以下特點(diǎn)： 模塊化：ControlLogix系統(tǒng)的模塊化的I/O、內(nèi)存及通訊接口為用戶提供了一種即可組態(tài)又便于擴(kuò)展的系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)需要靈活配置所需的I/O數(shù)量，內(nèi)存容量以及通訊網(wǎng)絡(luò)。以后當(dāng)用戶需要進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，可隨時(shí)添加I/O，內(nèi)存及通訊接口。最大I/O點(diǎn)數(shù)為128000。 帶電插拔：ControlLogix允許用戶帶電插拔系統(tǒng)中的任何模塊，而不會(huì)對(duì)模塊造成損壞。這樣用戶就可以在繼續(xù)維持系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)更換故障模塊。 高分辯率I/O：最高16位，可選帶自診斷功能模塊，I/O故障報(bào)告。 高速傳送：ControlLogix 所采用的PRODUCER/CONSUMER技術(shù)使得數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)之間，網(wǎng)絡(luò)的鏈路之間以及通過背板的模塊之間實(shí)現(xiàn)有效的高速傳送。 高強(qiáng)度工業(yè)硬件平臺(tái)：ControlLogix采用特殊設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度工業(yè)硬件平臺(tái)，從而可耐受振動(dòng)，高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電器干擾。 分布式處理：通過Ethernet，ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)將處理器連接起來，可以實(shí)現(xiàn)分布式處理。 IEC-1131-complaint操作系統(tǒng)：該操作系統(tǒng)提供了真正具有優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)環(huán)境，從而允許用戶通過單獨(dú)排定軟件組件來滿足自己的應(yīng)用要求。這就大大提高了處理器的效率而且降低了成本，因?yàn)樗梢詼p少用戶整個(gè)控制系統(tǒng)的處理器數(shù)量。 4.4 系統(tǒng)組成及特點(diǎn) 本系統(tǒng)中冗余的ControlLogix 站控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成： 兩個(gè)四槽框架：1756-A4； 兩個(gè)處理器模塊：1756-L55M13； 兩個(gè)ControlNet模塊：1756-CNB/D； 兩個(gè)冗余模塊：1757-SRM； 冗余模塊連接電纜：1757-SRC1； 兩個(gè)I/O框架：包括ControlNet模塊，ENET模塊，串口通訊模塊1756-MVI，相應(yīng)的I/O模塊。用于連接超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電動(dòng)球閥和其它現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備。主要信號(hào)包括4～20mADC、開關(guān)信號(hào)、RS485接口信號(hào)等。 這個(gè)冗余系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有： 控制系統(tǒng)高可靠性的最優(yōu)化； 完全不需要用戶編程； 保證在最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)邏輯控制下的輸出的無擾動(dòng)切換； 切換只需100ms； 支持Logix5555處理器及CNB（D系列以上）模塊； 切換相對(duì)通過各種網(wǎng)絡(luò)與冗余框架相連的其它設(shè)備來講完全透明； 從主控制器到從控制器的程序裝載過程完全透明； 對(duì)主控制器在線進(jìn)行的設(shè)置/命令/編輯自動(dòng)傳遞給從控制器； 用戶可對(duì)切換進(jìn)行“取消”或“恢復(fù)”操作。 ControlLogix 冗余系統(tǒng)與I/O框架用ControlNet連接，與上位機(jī)及調(diào)度中心通過以太網(wǎng)連接。 4.5 系統(tǒng)功能 站控制系統(tǒng)主要功能： 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理； 站場(chǎng)設(shè)備控制； 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制； 站場(chǎng)正常關(guān)閉控制和緊急停車控制； 各系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊； 各系統(tǒng)時(shí)鐘同步； 操作員權(quán)限控制：操作員身份確認(rèn)，行為記錄； 報(bào)警管理：顯示所有存在的報(bào)警和所有返回到正常狀態(tài)下沒有經(jīng)過確認(rèn)的報(bào)警情況，顯示報(bào)警時(shí)間； 趨勢(shì)曲線管理：包括時(shí)實(shí)和歷史趨勢(shì)曲線； 監(jiān)視控制畫面：準(zhǔn)確形象顯示現(xiàn)場(chǎng)工藝流程，支持快捷鍵操作； 報(bào)表生成：定時(shí)打印生產(chǎn)報(bào)表、歷史報(bào)表等。 上位監(jiān)控軟件使用了開放的面向工業(yè)應(yīng)用的集成開發(fā)軟件Citect。SCADA系統(tǒng)主通信手段為DDN，同時(shí)采用PSTN作為備用通道。調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、經(jīng)理終端及報(bào)警、報(bào)表打印機(jī)等組成。為提高系統(tǒng)的可靠性，服務(wù)器和局域網(wǎng)（LAN）采用冗余配置，操作員工作站、工程師工作站等均作為局域網(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，共享服務(wù)器的資源。這樣設(shè)計(jì)不僅技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)單，且經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)具有很高可靠性。軟件的配置采用模塊化，以便于版本修改和升級(jí)。 調(diào)度控制中心具備了以下多種功能： 全線工藝流程畫面顯示； 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、顯示和存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)； 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)搜索查閱； 流量計(jì)算數(shù)據(jù)表顯示； 流量分析及計(jì)算； 貿(mào)易結(jié)算管理； 生產(chǎn)報(bào)表的生成和打?。ㄈ?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)等）； 報(bào)警、事件記錄和打印、事故報(bào)警預(yù)報(bào)及追憶； 事故的遠(yuǎn)程站場(chǎng)緊急停車控制； 系統(tǒng)配置及總貌圖顯示； 生產(chǎn)運(yùn)營和調(diào)度管理； 與陜—京線調(diào)度中心通信。 五、結(jié)束語 該工程于2001年6月18日開工，12月19日投產(chǎn)，何少存副省長(zhǎng)及省各有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)參加了開工和投產(chǎn)儀式。該工程當(dāng)年設(shè)計(jì)、當(dāng)年施工、當(dāng)年投產(chǎn)，創(chuàng)造了多項(xiàng)新業(yè)績(jī)。建成投產(chǎn)后，可以調(diào)整河北省的能源結(jié)構(gòu)，改善生態(tài)環(huán)境，提高城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量，同時(shí)帶動(dòng)和促進(jìn)河北省國民經(jīng)濟(jì)的快速和健康發(fā)展，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，對(duì)推動(dòng)河北省的天然氣事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。羅克韋爾自動(dòng)化ControlLogix 系列PLC在該工程中，經(jīng)兩年考驗(yàn)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、程序修改靈活、操作方便等特點(diǎn)，為管線控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行起了非常重要的作用。