羅克韋爾自動化公司的產(chǎn)品在中國管道的自動控制中，應(yīng)用十分廣泛，其良好的質(zhì)量以及信譽(yù)保障，已經(jīng)在中國管道業(yè)中得到廣泛贊譽(yù)。在中國西部大開發(fā)的兩項(xiàng)重點(diǎn)工程澀寧蘭天然氣管道和蘭成渝成品油管道中，全部選用RockWell公司的ControlLogix系統(tǒng)作為核心控制系統(tǒng)來進(jìn)行管道的所有功能的控制。
一、澀寧蘭天然氣管道工程：
澀寧蘭天然氣管道工程是指澀北—西寧—蘭州天然氣輸氣管道工程，起于澀北一號氣田集氣總站旁，沿線經(jīng)過青海省格爾木市、大小柴旦地區(qū)、德令哈市、烏蘭縣、共和縣、湟源縣、貴德縣、湟中縣、平安縣、樂都縣、民和縣;甘肅省永靖縣、蘭州市，終止于蘭州市西固區(qū)。管道全長950km，管徑φ660mm。管道設(shè)計(jì)最高操作壓力為6.4MPa。最大輸氣能力20億立方米/每年。管道全線共設(shè)輸氣站場11座，分別為澀北首站、羊腸子溝清管站、德令哈分輸站、烏蘭清管站、大水橋清管站、湖東清管站、西寧分輸站、民和分輸站和蘭州末站,以及蘭鋁、蘭炭兩個(gè)輸氣門站。除清管站均為無人值守站外，其它站均為有人值守站，設(shè)置站控系統(tǒng)。控制中心設(shè)在廊坊和蘭州，分別設(shè)置中心的控制系統(tǒng)。
本工程地處青藏高原，沿線氣候惡劣、環(huán)境艱苦，為確保該管道安全、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，自動控制系統(tǒng)采用監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(以下簡稱SCADA系統(tǒng))，對管道全線的運(yùn)行情況進(jìn)行集中監(jiān)視和生產(chǎn)運(yùn)營管理。澀寧蘭工程SCADA系統(tǒng)的中心部分為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)，通過VSAT(主通訊信道)和Modem撥號(備用通訊信道)實(shí)現(xiàn)與PLC通訊，將過程變量實(shí)時(shí)采集到中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，以列表、趨勢和動態(tài)控制流程圖的形式將工藝過程以直觀、豐富的形式顯示出來，并提供各種數(shù)據(jù)記錄和分析工具，為操作員分析工藝運(yùn)行情況、預(yù)測工藝運(yùn)行趨勢和診斷整條管道安全運(yùn)行的隱患作出直觀分析。站控系統(tǒng)使用代表羅克韋爾自動化最新控制系統(tǒng)技術(shù)的ControlLogix系統(tǒng)作為核心控制器，采集管道的溫度、壓力、調(diào)節(jié)閥位和重要的計(jì)量結(jié)果和參數(shù)等，并接受中心和站場的控制命令，對閥和流程進(jìn)行控制。采用ControlLogix系統(tǒng)使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制器、控制網(wǎng)絡(luò)的熱備冗余，同時(shí)還通過通訊模板實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的通訊。整個(gè)SCADA系統(tǒng)的配置祥見下圖：
下面我們按照功能，詳細(xì)介紹如下：
(一)、CPU的雙機(jī)、雙電源和雙機(jī)架的冗余：
ControlLogix的硬件直接支持CPU的雙機(jī)冗余，而不用像以前那樣還需要用戶編程實(shí)現(xiàn)冗余切換。這樣，用戶只需要安裝好硬件和連線，然后用軟件簡單組態(tài)一下，就可以實(shí)現(xiàn)CPU的冗余熱備。如上圖所示，兩個(gè)CPU分別放在機(jī)架A和機(jī)架B里面，同時(shí)掛在ControlNet網(wǎng)上，兩塊冗余模板間通過光纜連接。這樣，在兩塊CPU同步后，主CPU和備CPU之間通過冗余模板進(jìn)行數(shù)據(jù)和程序的同步。當(dāng)主CPU出現(xiàn)故障時(shí)，對現(xiàn)場的控制自動轉(zhuǎn)到備用CPU，同時(shí)備CPU轉(zhuǎn)為主CPU。故障CPU則可以停電檢修，而不會影響對現(xiàn)場設(shè)備的控制，檢修完成后，更可以自動實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前主CPU的程序和數(shù)據(jù)的同步，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過時(shí)間的檢驗(yàn)，澀寧蘭工程SCADA系統(tǒng)的CPU冗余已經(jīng)非常成功的得以使用。
(二)、利用通訊模板實(shí)現(xiàn)與其它設(shè)備的通訊：
澀寧蘭全線的計(jì)量使用從在首站從氣田集氣站色譜分析儀采集的氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)來提高計(jì)量精度。同時(shí)計(jì)量結(jié)果還要讀入到CPU中，這樣就涉及到ControlLogix系統(tǒng)與其他設(shè)備通訊的問題。在澀北首站，CPU到氣田集氣站色譜分析儀的距離超過了100多米，我們采用RS-485連線解決距離問題，利用通訊模板的一個(gè)應(yīng)用口與氣田的流量計(jì)算機(jī)通訊，采集氣體組分和流量計(jì)量結(jié)果。其余三個(gè)站的計(jì)量是通過CPU同流量計(jì)算機(jī)間的通訊實(shí)現(xiàn)，CPU將從中心得到的氣田的組分?jǐn)?shù)據(jù)寫入到流量計(jì)算機(jī)中，流量計(jì)算機(jī)利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算出流量，然后將結(jié)果送到CPU中。因?yàn)槊恳粋€(gè)站都有幾路計(jì)量回路，所以CPU要循環(huán)采集各個(gè)流量計(jì)算機(jī)的值。我們把通訊模板的應(yīng)用口與流量計(jì)算機(jī)的通訊口連接成RS-485網(wǎng)，使用MODBUS協(xié)議進(jìn)行通訊。通訊模板循環(huán)采集流量計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)并通過高性能的、無源多主線背板將數(shù)據(jù)送到CPU中。見下圖：
(三)、PID控制：
在澀北首站設(shè)置一臺壓力調(diào)節(jié)閥，起著根據(jù)全線輸量的大小，調(diào)節(jié)整條管道壓力的重要作用。我們在PLC程序中利用RSLogix5000編程軟件所提供的PID指令，并結(jié)合多年的工程作經(jīng)驗(yàn)成功的實(shí)現(xiàn)了對調(diào)節(jié)閥的控制。與其他軟件PID指令相比，RSLogix5000提供的PID指令，可以自動實(shí)現(xiàn)手/自動切換，并可以設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)和模板通道出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)的預(yù)給定值等，開發(fā)時(shí)可以給用戶帶來很大的便利。在我們現(xiàn)場調(diào)試后，調(diào)節(jié)閥可以很好的發(fā)揮調(diào)節(jié)全線輸量的作用。
(四)、遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)：
在中心和各站場分別設(shè)路由器，中心和站場通過路由器和衛(wèi)星進(jìn)行通訊。這樣不僅可以在中心采集各個(gè)站的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)控制功能，也可以利用RSLogix5000編程軟件和非常好用的RockWellRSLinx通訊軟件上載或下載各個(gè)站CPU中的程序。這就是說，工程師在控制中心就可以進(jìn)行全線系統(tǒng)的一些維護(hù)。
(五)、工程中的所有模板支持帶電熱插拔：
在工程中應(yīng)用的所有模板都支持帶電插拔，保證在運(yùn)行中對某一塊模板進(jìn)行維護(hù)時(shí)不會影響到系統(tǒng)其他的部分。這給系統(tǒng)的調(diào)試和系統(tǒng)的維護(hù)帶來很大的便利。
二、蘭成渝成品油輸油管道：
蘭成渝成品油管道起始于甘肅省蘭州市蘭州煉油廠附近，經(jīng)四川省成都市到達(dá)重慶市。蘭州-成都-重慶輸油管道全長1247km，設(shè)計(jì)年均輸量為500×104t(最大可達(dá)580×104t)，輸送油品主要為#90汽油、#93汽油和#0柴油(隨市場需求情況還可以輸送航煤、LPG和其它石油產(chǎn)品)。管道沿途大小站場共有31個(gè)。由于成品油管道的特殊性和地勢地形的特殊性，控制邏輯相當(dāng)復(fù)雜。同時(shí)由于管道全線采用自動控制，所以對自動控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性有十分嚴(yán)格的要求。根據(jù)以往的工程應(yīng)用，以及考慮到今后的發(fā)展情況，我們選用了ControlLogix系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，最新的Logix5555處理器、SLC5/05和PanelView圖形終端共同完成了重慶、成都和蘭州等所有泵站和分輸站場的自動控制。蘭成渝成品油管道同樣充分利用了ControlLogix系統(tǒng)的CPU冗余、ControlNet網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)冗余、大容量I/O點(diǎn)等特性。
另外他還有自己的獨(dú)到應(yīng)用之處：
(一)、CPU的任務(wù)分配：
ControlLogix系統(tǒng)看起來像一個(gè)可編程控制器，但它不限于次。ControlLogix結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的控制平臺，它集成了多個(gè)控制功能：順序控制、運(yùn)動控制、傳動及過程控制等;在任何尺寸大小上都是模塊化的，用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用來選擇合適的內(nèi)存量、控制器個(gè)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)類型;ControlLogix的這種柔性結(jié)構(gòu)允許用戶在同一個(gè)機(jī)架內(nèi)使用多個(gè)控制器、網(wǎng)絡(luò)和I/O模塊。這樣用戶便可以在多個(gè)控制器間合理分配資源和劃分應(yīng)用任務(wù)。在蘭成渝管道各個(gè)站的配置中，合理的利用了這個(gè)特性，將非常重要的ESD功能分給一個(gè)專門的CPU;其他常規(guī)的控制功能則由冗余的CPU執(zhí)行。而在重慶站由于油罐較多，消防變得尤為重要，但重慶I/O點(diǎn)多，主CPU的任務(wù)較重，所以消防的任務(wù)就交給了另外一組冗余的CPU。這樣通過任務(wù)分配，既充分利用了整個(gè)系統(tǒng)的資源，又提高了系統(tǒng)的可靠性。
(二)、多個(gè)CPU之間的信息共享：
在同一個(gè)系統(tǒng)中有那么多的CPU共存，它們之間的通訊也就變得十分必要。因?yàn)?，?dāng)一個(gè)CPU處理它的任務(wù)時(shí)，其它的CPU有可能需要進(jìn)行一些相關(guān)的處理任務(wù)。比如當(dāng)ESD命令發(fā)出后，ESD的處理CPU進(jìn)行一些緊急關(guān)閉電動閥和停泵的操作，而此時(shí)在主CPU中則要進(jìn)行關(guān)閉相關(guān)泵進(jìn)、出口電動閥的操作。這樣，就要求ESD的CPU將ESD命令信息發(fā)送到主CPU中。這些都可以通過ControlLogix的生產(chǎn)者/客戶的技術(shù)得以輕松實(shí)現(xiàn)。用戶只需要在相關(guān)的CPU中組態(tài)基于生產(chǎn)者/客戶技術(shù)的標(biāo)簽，就可以實(shí)現(xiàn)ControlLogixCPU間的通訊。
在重慶和成都站，計(jì)量撬座的電動閥有單獨(dú)的控制器SLC來控制，并且所有的狀態(tài)點(diǎn)只送到了SLC中。但在主CPU中由于分輸?shù)瓤刂七壿嬓枰杉?jì)量撬座的電動閥的狀態(tài)和控制電動閥門的開關(guān)，于是要求ControlLogix的CPU和掛在以太網(wǎng)上的SLC進(jìn)行通訊。由于ControlLogix系統(tǒng)可以很輕易的于SLC、PLC集成到一塊，通訊就變得十分簡單，只需在程序中使用MSG信息指令即可以實(shí)現(xiàn)。
結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：
(三)、PanelView作為備用控制MMI，增加大型泵站的控制可靠性：
管道的蘭州、成都和重慶站都是大型的泵站，有數(shù)量眾多的大型變頻泵、閥門需要控制。雖然已經(jīng)在該三個(gè)站設(shè)置冗余的MMI系統(tǒng)，但考慮到這三個(gè)站的站控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到大型設(shè)備的安全和全線輸油的正常運(yùn)行，決定在這些站設(shè)置工作穩(wěn)定性要比計(jì)算機(jī)高很多的PanelView作為計(jì)算機(jī)的備用MMI，以在站控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，仍然可以使用PanelView對全站的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。PanelView直接掛接在ControlNet網(wǎng)上，通過控制網(wǎng)同ControlLogix的CPU通訊。PanelView同樣提供形象的動態(tài)流程圖顯示，并提供設(shè)備、流程的控制面板和該流程的動態(tài)流程圖的組合顯示，使操作員對于流程操作的過程進(jìn)度和結(jié)果了然于胸，極大的方便了操作員對過程的操作。
另外，在ControlLogix的CPU中，去掉了以前的文件存儲的存儲方式，改用變量存儲方式，這樣不僅可以使處理器的處理能力提高，還可以使用戶可以很輕易的將PLC數(shù)據(jù)庫和MMI軟件的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一，減少開發(fā)的重復(fù)性工作，并使最終用戶的維護(hù)更簡單易行。我們在工程開發(fā)中，PanelView的數(shù)據(jù)庫完全是由RSLogix5000軟件中的數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入而建，這對于如重慶站這種I/O點(diǎn)數(shù)高達(dá)4000多點(diǎn)的大型系統(tǒng)而言，節(jié)約的時(shí)間非常可觀。
目前，兩個(gè)工程均已經(jīng)正常運(yùn)行兩年以上，總體來說ControlLogix系統(tǒng)在這兩個(gè)重大工程中的應(yīng)用是非常成功的。除了上述一些特性的應(yīng)用，Logix處理器和各種模板都可以提供豐富的自診斷信息，使得系統(tǒng)對于硬件的錯(cuò)誤可以有更靈活、更快速的應(yīng)對手段，來提高系統(tǒng)對意外事件的處理能力，進(jìn)一步來提高系統(tǒng)的智能程度。靈活、簡單的可擴(kuò)展性，更可以滿足日后的系統(tǒng)擴(kuò)容，而不必為擴(kuò)容時(shí)舊系統(tǒng)的去留大傷腦筋。
在應(yīng)用中我們感受到：ControlLogix以其合理的設(shè)計(jì)理念贏得了中國管道業(yè)的關(guān)注;更會以其成功的實(shí)踐檢驗(yàn)得到用戶的肯定和信賴。
（轉(zhuǎn)載）
