SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管線中的應(yīng)用

1、SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管線中的應(yīng)用本文對(duì)大慶至鐵嶺密閉輸油管線SCADA計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了較為全面的論述，內(nèi)容涉及系統(tǒng)的硬軟件結(jié)構(gòu)、功能和特點(diǎn)，以及開(kāi)發(fā)的控制應(yīng)用程序主要內(nèi)容范圍和方法。一 管線系統(tǒng)概況大慶鐵嶺輸油管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：慶鐵線）是 70 年代初建成投產(chǎn)的兩條并聯(lián)的輸油干線，直徑為720mm，長(zhǎng)度分別為 516Km和 524Km，由于投產(chǎn)的先后不同，習(xí)慣上稱(chēng)為老線和新線。它是一個(gè)較為復(fù)雜的水利系統(tǒng)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：兩條主干線，四條分支交匯管線；九座輸油站，每站分新老兩個(gè)系統(tǒng)，并在每站的進(jìn)出站端通過(guò)閥門(mén)互相聯(lián)通，八座增壓站，七座線路閥室；慶鐵線是雙線并聯(lián)，每站的老新系統(tǒng)都有聯(lián)通，

2、好像一個(gè)巨大的梯子縱貫?zāi)媳薄Ｆ渲忻恳粋€(gè)“點(diǎn)”或“段”的局部變化勢(shì)必影響整個(gè)系統(tǒng)的變化。“ 局部”的調(diào)控與保護(hù)必然會(huì)對(duì)其他部分產(chǎn)生干擾。這樣一個(gè)復(fù)雜管網(wǎng)的調(diào)控，目前在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例。慶鐵線投產(chǎn)20多年來(lái)，每年輸油量都在四千萬(wàn)噸/年以上，給國(guó)家創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，是全國(guó)第一的輸油大動(dòng)脈。由于年久失修設(shè)備老化，一九九四年以來(lái)對(duì)慶鐵線的泵站進(jìn)行了大規(guī)模的改造。為實(shí)現(xiàn)密閉輸油以達(dá)到高效、低耗、節(jié)能和提高現(xiàn)代化管理水平的目的，決定采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)全線密閉輸油工藝運(yùn)行與控制。使全線系統(tǒng)達(dá)到較高的自動(dòng)控制水平，確保管線安全平穩(wěn)地運(yùn)行。二 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)慶鐵線所采用的數(shù)據(jù)采

3、集與監(jiān)控系統(tǒng) (SCADA)是一套全新的系統(tǒng)，它綜合和吸收了當(dāng)今國(guó)際控制系統(tǒng)的最新技術(shù)和特點(diǎn)。有機(jī)地把繼電器保護(hù)、測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及RTU（Remote Terminal Unit) 溶于一體，并用RTU本身具有的可編程邏輯語(yǔ)言功能成功地解決了站內(nèi)自動(dòng)化控制的技術(shù)難題，如水擊超前保護(hù)、泵機(jī)組自動(dòng)切換、自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)清管器等。使得輸油生產(chǎn)過(guò)程變得更為簡(jiǎn)捷、方便、靈活、安全可靠。改造后的慶鐵線自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了集散控制體系，既調(diào)度中心的集中控制和各泵站的分散控制。站控端（泵站控制）共有三級(jí)控制方式：第一級(jí)：調(diào)度中心遙控；接收調(diào)度中心調(diào)度人員遠(yuǎn)程控制管線系統(tǒng)運(yùn)行工況和設(shè)備命令，自動(dòng)完成有關(guān)控制操作。第二級(jí)

4、：站控；各輸油站操作人員可以在控制臺(tái)上監(jiān)視和控制本站的系統(tǒng)運(yùn)行工況和輸油設(shè)備。自動(dòng)或半自動(dòng)完成有關(guān)控制操作。第三級(jí)：就地操作；根據(jù)就地安裝的顯示儀表，在現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕，可以控制泵站的有關(guān)設(shè)備。并禁止調(diào)度中心遙控和站控功能。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，調(diào)度中心對(duì)八個(gè)站控端站。各站控端間沒(méi)有通訊要求，由調(diào)度中心程序判斷進(jìn)行調(diào)度指揮。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式對(duì)采集數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)響應(yīng)速度快、就地控制功能強(qiáng)的情況下，顯得實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠。為了保證全線安全協(xié)調(diào)運(yùn)行，調(diào)度中心采用雙機(jī)熱備冗余技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)整體的可靠性，一旦主機(jī)發(fā)生故障，在短短十幾秒內(nèi)系統(tǒng)完全切換到備用機(jī)上運(yùn)行。調(diào)度中心配置：基于網(wǎng)絡(luò)的雙機(jī)熱備系統(tǒng)，兩臺(tái)DEC

5、 Alpha系列工作站作為主機(jī)和備用機(jī)，五臺(tái)DEC奔騰系列微機(jī)作為操作工作站。軟件采用基于DECOpenVMS/Hanzi操作系統(tǒng)的XCEL/DYNAC SCADA軟件。通信信道由用戶(hù)提供的專(zhuān)用微波通信線路。通信速率為2400波特率，主備雙信道。站控端配置：采用加拿大HARRIS公司提供的先進(jìn)GR90 RTU及MICONS-32調(diào)節(jié)器作為泵站的主要控制設(shè)備。GR90 RTU提供的 PLC軟件作為主要控制程序編制語(yǔ)言。采用VAX 4000/60工作站作為當(dāng)?shù)毓δ苤鳈C(jī)，VMS5.X版的DYNAC作為站控端的監(jiān)控軟件。 GR90 RTU完成所有如電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)出站壓力及油溫等 DI、AI類(lèi)型數(shù)據(jù)的

6、實(shí)時(shí)采集，并將其通過(guò)微波信道及相關(guān)通迅規(guī)約上送到調(diào)度中心及當(dāng)?shù)毓δ苓M(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如顯示、計(jì)算、打印和報(bào)警等。同時(shí)也可接收來(lái)自調(diào)度中心及當(dāng)?shù)毓δ艿牟僮髦噶睿瓿扇玳_(kāi)關(guān)電動(dòng)閥門(mén)、起停電機(jī)及管線自動(dòng)保護(hù)等操作。MICONS-32作為泵站重要被控設(shè)備調(diào)節(jié)閥的控制器其設(shè)定值等參數(shù)由調(diào)度中心或當(dāng)?shù)毓δ芙o出，通過(guò)RTU送給 S-32，由它按照給定值，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的工藝工況，自動(dòng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)、水擊波控制和啟泵保護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)不同的設(shè)備，通過(guò)不同的通訊規(guī)約完成所有數(shù)據(jù)的雙向傳送。三 系統(tǒng)主要功能慶鐵線SCADA方案經(jīng)過(guò)有關(guān)單位多次討論通過(guò)后，由項(xiàng)目組成員在短時(shí)間根據(jù)操作原則及相關(guān)文件，完成了慶鐵線自動(dòng)控制邏輯框圖

7、及程序流程圖的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作，包括檢測(cè)參數(shù)的類(lèi)型、數(shù)量、報(bào)表格式、屏幕顯示圖量、參數(shù)顏色定義、調(diào)節(jié)保護(hù)控制方案等。在此基礎(chǔ)上編制完成了大量的應(yīng)用控制程序，經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行表明，整個(gè)慶鐵線SCADA系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行安全可靠，系統(tǒng)及應(yīng)用軟件合理、實(shí)用、可靠，完全滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)工藝要求。慶鐵線SCADA系統(tǒng)完成的主要功能有：調(diào)度中心：1. 八個(gè)輸油泵站的數(shù)據(jù)采集和下發(fā)對(duì)時(shí)令、操作控制令；2進(jìn)行電耗、油耗和爐效等數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，并可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比；3顯示上百幅工藝流程圖、變電所接線圖、參數(shù)趨勢(shì)圖等，形象反映實(shí)時(shí)流程和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；4實(shí)時(shí)對(duì)有關(guān)事件進(jìn)行閃爍變色報(bào)警，提醒操作人員注意；5進(jìn)行正常和事件報(bào)表打印；站控端：當(dāng)?shù)?/p>

8、功能：1. 每個(gè)輸油泵站的數(shù)據(jù)采集和下發(fā)操作控制令；2進(jìn)行電耗、油耗和爐效等數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，并可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比；3顯示十幾幅工藝流程圖、變電所接線圖、參數(shù)趨勢(shì)圖等，形象反映實(shí)時(shí)流程和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；4實(shí)時(shí)對(duì)有關(guān)事件進(jìn)行閃爍變色報(bào)警，提醒操作人員注意；5進(jìn)行正常和事件報(bào)表打印；GR90 RTU：1. 實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)參數(shù)，并分別傳送到調(diào)度中心和當(dāng)?shù)毓δ?，便于操作人員監(jiān)控決策參考。2根據(jù)下發(fā)的指令，結(jié)合當(dāng)前采集的參數(shù)值，自動(dòng)完成輸油泵機(jī)組的啟、停和自動(dòng)切換、各類(lèi)電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)、罐前泵的自動(dòng)啟、停、泵站閉鎖、自動(dòng)壓力保護(hù)、水擊超前保護(hù)、清管器自動(dòng)收發(fā)等控制操作；MICON S-32： 接收調(diào)度中心或當(dāng)

9、地功能發(fā)來(lái)的壓力設(shè)定值或調(diào)節(jié)閥開(kāi)度值自動(dòng)完成閥的開(kāi)關(guān)，達(dá)到新的平衡。也可在 S-32 操作面板上手動(dòng)更改壓力設(shè)定值或閥開(kāi)度值。四 有關(guān)設(shè)備說(shuō)明作為連接現(xiàn)場(chǎng)與調(diào)度中心及當(dāng)?shù)毓δ艿年P(guān)鍵控制設(shè)備 RTU，其硬件質(zhì)量及通訊能力的強(qiáng)弱是直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行好壞的關(guān)鍵。本系統(tǒng)選用 HARRIS 公司生產(chǎn)的GR90 RTU作為站控系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備。GR90 RTU是采用當(dāng)今技術(shù)水平設(shè)計(jì)并制造的新一代具有高可靠性及基于分布式體系結(jié)構(gòu)的 RTU，其主處理器單元與附屬的外設(shè)板處理器之間共享I/O數(shù)據(jù)。它使用MC68030作為中央處理器，智能化的外設(shè)單元使用MC68HC-A1作為其處理器。主板的固件駐留

10、在EPROM中，包括有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) p_SOS，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、初始化及中斷服務(wù)程序、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置程序、數(shù)據(jù)庫(kù)接口程序及外設(shè)單元的固件等。應(yīng)用固件包括應(yīng)用參數(shù)配置及相關(guān)程序等，系統(tǒng)編譯完成生成下加載文件存放在NVRAM中。外設(shè)單元獨(dú)立地處理輸入和輸出功能，并向主處理單元發(fā)送“逢變即報(bào)”的數(shù)據(jù)。主CPU模塊和電源模塊構(gòu)成RTU的核心。加上外設(shè)I/O模板構(gòu)成一個(gè)基本的站控RTU系統(tǒng)。按用戶(hù)需求，可提供數(shù)字量輸入、脈沖累計(jì)輸入、事件順序記錄、模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸出模塊及其組合。在主板與外設(shè)模塊間的數(shù)據(jù)通道是一條250K波特，RS_485串行通信鏈路簡(jiǎn)稱(chēng)為D20鏈路。采用的是通用HDLC 高

11、級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，具有良好的抗瞬態(tài)電強(qiáng)干擾，更好的抑噪能力。D20鏈路上可以連接三十二個(gè)外設(shè)單元，如采用中繼器等設(shè)備可超過(guò)這個(gè)限制。每個(gè) GR90 RTU有七個(gè)可設(shè)置不同通訊協(xié)議的串行通訊端口?？赏瑫r(shí)連接七個(gè)不同的通訊設(shè)備。通訊協(xié)議是所有互連設(shè)備共用的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)和報(bào)文格式，協(xié)議是系統(tǒng)操作的關(guān)鍵，它決定如何建立或中斷主從設(shè)備之間的聯(lián)系以及如何使發(fā)送和接收裝置協(xié)調(diào)一致，井然有序的交換報(bào)文，檢驗(yàn)錯(cuò)誤。GR90 RTU 支持多種通訊協(xié)議。在慶鐵線自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，結(jié)合系統(tǒng)特性以及現(xiàn)場(chǎng)工藝需求，確定采用兩種協(xié)議與主站和當(dāng)?shù)毓δ?、MICON S32設(shè)備通訊。它們分別是：SC1801協(xié)議及Modbus協(xié)議。Modbus協(xié)議是一種公開(kāi)使用的協(xié)議，它的某些特性是固定的，例如幀格式、幀順序、通訊錯(cuò)誤和異常情況處理，以及所執(zhí)行的功能都不能隨便改變。其它特性可選：如波特率、校驗(yàn)類(lèi)型、停止位數(shù)、傳輸模式等。一般說(shuō)來(lái)，用RTU和ASCII模式傳送的報(bào)文意義是相同的，主要在于對(duì)報(bào)文執(zhí)行的錯(cuò)誤校驗(yàn)類(lèi)型方面。SC 1801協(xié)議也是一種主從式通訊規(guī)約，間隔一定時(shí)間向下發(fā)送固定幀格式的信息。協(xié)議具體內(nèi)容參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)。五結(jié)束