羅克韋爾自動化產品在河北省天然氣一期工程中的應用

　　摘要：本文介紹了羅克韋爾自動化產品在河北省天然氣利用一期工程中的應用情況，ControlLogix組成的自控系統、SCADA系統等。
　　　　
　　一、前言
　　
　　河北省能源結構長期以煤炭為主，占總能源消費的89%以上，電力、燃氣的消費相對較少，這種能源品種結構的不合理，造成全省城市大氣污染嚴重。因此，必須大力調整能源結構，大量使用天然氣等潔凈能源，使全省的資源、環境、經濟協調發展。天然氣具有煤炭、石油所*的環保優勢。我國的天然氣開發利用雖起步較晚，但在目前和今后相當長的時間內，將得到大力發展，這就為河北省利用天然氣資源提供了一個歷史契機。河北省天然氣利用一期工程即陜京線北京—石家莊支線，是關系到河北省工業生產、人民生活、減少大氣污染、改善和提高環境質量的大事，涉及各行各業與千家萬戶，關系國計民生。建設該工程的主要目的就是：調整河北省的能源結構，提高城鎮居民生活質量，減少大氣污染、改善和提高環境質量。
　　
　　二、概述
　　
　　河北省天然氣利用一期工程是河北省重點工程，省長一號工程。該工程設計年輸氣能力15×108m3年。始于陜京輸氣管道二站村閥室，終點為石家莊末站，沿線共經過15個縣、市、區，全長201.7km。主管線管徑φ508，設計壓力6.3MPa。沿線共設4座工藝站場，7座截斷閥室。
　　
　　自動控制采用集中監控及數據采集系統（SCADA系統），調度控制中心設在石家莊末站，由調度中心對沿線各站場的生產運行進行數據采集、監測和控制，各站設PLC站控系統。合理的工藝水平、高精度的交接計量、調壓技術和*自控水平，使本工程達到了九十年代末*水平。
　　
　　三、輸氣站場工藝簡介
　　
　　本工程沿線共設置4座工藝站場，分別為：涿州首站、保定分輸站、定州分輸站和石家莊末站。每座站場在設計時均考慮投產初期氣量較小的情況，并設有反輸流程，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。　　　　
　　涿州首站站內分為兩個部分，一部分包括天然氣進站截斷放空、天然氣分離、天然氣計量（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量（下游）以及向涿州市分輸部分的調壓、計量等。在涿州首站還設有氣體在線分析。　　　　
　　保定分輸站主要包括清管器收發裝置2套、氣體進站分離以及向保定市分輸部分的調壓計量。定州分輸站主要包括天然氣截斷放空和向定州分輸部分的分離、調壓計量等。　　　　
　　四、自控系統
　　
　　4.1 概述
　　
　　本工程自動控制設計內容包括涿州首站、保定分輸站、定州分輸站、石家莊末站站控系統和石家莊調度控制中心等。
　　
　　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負責采集站場工藝過程參數和運行狀態等，如溫度、壓力、流量及供配電系統等參數，對閥門的開、關和故障狀態、火災報警、可燃氣體檢測等進行監測。石家莊調度控制中心是管線的管理中心和調度核心，負責對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行實行統一調度管理，監視站場重要的運行參數和狀態，設定值和各項操作命令能夠從調度中心準確地下達到有關站場。站場控制系統和調度中心組成了SCADA系統。　　　　
　　4.2 自控水平
　　
　　調度控制中心、中間各站場站控系統、現場儀表組成一個三級監測、控制管理的系統模式。
　　
　　*級：為就地儀表、手動和站場系統監控（站場儀表）。
　　
　　第二級：實現站控系統值班控制室內的集中監視控制（站控系統）。
　　
　　第三級：石家莊設調度控制中心集中遠程監視控制（監控及數據采集系統即SCADA系統）。
　　
　　4.3 控制方案
　　
　　本工程儀表及自動化系統的設計、選型以技術*、經濟實用為原則，自控系統采用監控及數據采集系統（SCADA系統）。在石家莊末站設調度控制中心，首站、末站及各分輸站均設站控系統監控全站。經過仔細的考察和比選，采用了羅克韋爾自動化ControlLogix系列PLC構成集中監視、分散控制方案。ControlLogix系列PLC是羅克韋爾自動化公司推出的、功能更強大的可編程邏輯控制器。它有以下特點：
　　
　　模塊化：ControlLogix系統的模塊化的I/O、內存及通訊接口為用戶提供了一種即可組態又便于擴展的系統。用戶可以根據需要靈活配置所需的I/O數量，內存容量以及通訊網絡。以后當用戶需要進一步擴展系統時，可隨時添加I/O，內存及通訊接口。zui大I/O點數為128000。
　　
　　帶電插拔：ControlLogix允許用戶帶電插拔系統中的任何模塊，而不會對模塊造成損壞。這樣用戶就可以在繼續維持系統運行的同時更換故障模塊。
　　
　　高分辯率I/O：zui高16位，可選帶自診斷功能模塊，I/*報告。
　　
　　高速傳送：ControlLogix所采用的PRODUCER/CONSUMER技術使得數據可以在網絡之間，網絡的鏈路之間以及通過背板的模塊之間實現有效的高速傳送。
　　
　　高強度工業硬件平臺：ControlLogix采用特殊設計的高強度工業硬件平臺，從而可耐受振動，高溫以及各種工業環境下的電器干擾。
　　
　　分布式處理：通過Ethernet，ControlNet和DeviceNet網絡將處理器連接起來，可以實現分布式處理。
　　
　　IEC-1131-complaint操作系統：該操作系統提供了真正具有優先級的多任務環境，從而允許用戶通過單獨排定軟件組件來滿足自己的應用要求。這就大大提高了處理器的效率而且降低了成本，因為它可以減少用戶整個控制系統的處理器數量。
　　
　　4.4 系統組成及特點
　　
　　本系統中冗余的ControlLogix站控制系統由以下幾個部分組成：
　　
　　兩個四槽框架：1756-A4；
　　
　　兩個處理器模塊：1756-L55M13；
　　
　　兩個ControlNet模塊：1756-CNB/D；
　　
　　兩個冗余模塊：1757-SRM；
　　
　　冗余模塊連接電纜：1757-SRC1；
　　
　　兩個I/O框架：包括ControlNet模塊，ENET模塊，串口通訊模塊1756-MVI，相應的I/O模塊。用于連接超聲波流量計、渦輪流量計、電動球閥和其它現場儀表設備。主要信號包括4～20mADC、開關信號、RS485接口信號等。
　　
　　這個冗余系統的主要特點有：
　　
　　控制系統高可靠性的*化；
　　
　　*不需要用戶編程；
　　
　　保證在zui高優先級任務邏輯控制下的輸出的無擾動切換；
　　
　　切換只需100ms；
　　
　　支持Logix5555處理器及CNB（D系列以上）模塊；
　　
　　切換相對通過各種網絡與冗余框架相連的其它設備來講*透明；
　　
　　從主控制器到從控制器的程序裝載過程*透明；
　　
　　對主控制器在線進行的設置/命令/編輯自動傳遞給從控制器；
　　
　　用戶可對切換進行“取消”或“恢復”操作。
　　
　　ControlLogix冗余系統與I/O框架用ControlNet連接，與上位機及調度中心通過以太網連接。
　　
　　4.5 系統功能
　　
　　站控制系統主要功能：
　　
　　數據采集、數據處理；
　　
　　站場設備控制；
　　
　　現場設備遠程控制；
　　
　　站場正常關閉控制和緊急停車控制；
　　
　　各系統數據通訊；
　　
　　各系統時鐘同步；
　　
　　操作員權限控制：操作員身份確認，行為記錄；
　　
　　報警管理：顯示所有存在的報警和所有返回到正常狀態下沒有經過確認的報警情況，顯示報警時間；
　　
　　趨勢曲線管理：包括時實和歷史趨勢曲線；
　　
　　監視控制畫面：準確形象顯示現場工藝流程，支持快捷鍵操作；
　　
　　報表生成：定時打印生產報表、歷史報表等。
　　
　　上位監控軟件使用了開放的面向工業應用的集成開發軟件Citect。SCADA系統主通信手段為DDN，同時采用PSTN作為備用通道。調度控制中心的計算機硬件系統由服務器、操作員工作站、工程師工作站、終端及報警、報表打印機等組成。為提高系統的可靠性，服務器和局域網（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上的一個節點，共享服務器的資源。這樣設計不僅技術*、操作簡單，且經過工業生產實踐考驗具有很高可靠性。軟件的配置采用模塊化，以便于版本修改和升級。
　　
　　調度控制中心具備了以下多種功能：
　　
　　全線工藝流程畫面顯示；
　　
　　數據實時采集、顯示和存儲歷史數據；
　　
　　實時數據和歷史數據搜索查閱；
　　
　　流量計算數據表顯示；
　　
　　流量分析及計算；
　　
　　貿易結算管理；
　　
　　生產報表的生成和打印（日報、周報、月報等）；
　　
　　報警、事件記錄和打印、事故報警預報及追憶；
　　
　　事故的遠程站場緊急停車控制；
　　
　　系統配置及總貌圖顯示；
　　
　　生產運營和調度管理；
　　
　　與陜—京線調度中心通信。
　　
　　五、結束語
　　
　　該工程于2001年6月18日開工，12月19日投產，何少存副省長及省各有關部門的領導參加了開工和投產儀式。該工程當年設計、當年施工、當年投產，創造了多項新業績。建成投產后，可以調整河北省的能源結構，改善生態環境，提高城鎮居民生活質量，同時帶動和促進河北省國民經濟的快速和健康發展，具有顯著的經濟效益、社會效益和環境效益，對推動河北省的天然氣事業的發展具有重大意義。羅克韋爾自動化ControlLogix系列PLC在該工程中，經兩年考驗，具有運行穩定、可靠性高、程序修改靈活、操作方便等特點，為管線控制系統長周期運行起了非常重要的作用。