摘要：本文介紹了羅克韋爾自動化產(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)長期以煤炭為主，占總能源消費的89%以上，電力、燃?xì)獾南M相對較少，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。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)長的時間內(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(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工程，省長一號工程。該工程設(shè)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(jīng)過15個縣、市、區(qū)，全長201.7km。主管線管徑φ508，設(shè)計壓力6.3MPa。沿線共設(shè)4座工藝站場，7座截斷閥室。

　　自動控制采用集中監(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)度中心對沿線各站場的生產(chǎn)運行進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和控制，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、輸氣站場工藝簡介
　　本工程沿線共設(shè)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(shè)計時均考慮投產(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。
全線總體流程示意圖
　　涿州首站站內(nèi)分為兩個部分，一部分包括天然氣進(jìn)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(diào)壓、計量等。在涿州首站還設(shè)有氣體在線分析。
涿州首站照片
　　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(diào)壓計量等。 石家莊末站照片
四、 自控系統(tǒng)
4.1 概述
　　本工程自動控制設(shè)計內(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)采集站場工藝過程參數(shù)和運行狀態(tài)等，如溫度、壓力、流量及供配電系統(tǒng)等參數(shù)，對閥門的開、關(guān)和故障狀態(tài)、火災(zāi)報警、可燃?xì)怏w檢測等進(jìn)行監(jiān)測。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(tǒng)一調(diào)度管理，監(jiān)視站場重要的運行參數(shù)和狀態(tài)，設(shè)定值和各項操作命令能夠從調(diào)度中心準(zhǔn)確地下達(dá)到有關(guān)站場。站場控制系統(tǒng)和調(diào)度中心組成了SCADA系統(tǒng)。 SCADA系統(tǒng)框圖
4.2 自控水平
　　調(diào)度控制中心、中間各站場站控系統(tǒng)、現(xiàn)場儀表組成一個三級監(jiān)測、控制管理的系統(tǒng)模式。
　　第一級：為就地儀表、手動和站場系統(tǒng)監(jiān)控（站場儀表）。
　　第二級：實現(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：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
　　本工程儀表及自動化系統(tǒng)的設(shè)計、選型以技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實用為原則，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是羅克韋爾自動化公司最新推出的、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(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)一步擴展系統(tǒng)時，可隨時添加I/O，內(nèi)存及通訊接口。最大I/O點數(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，而不會對模塊造成損壞。這樣用戶就可以在繼續(xù)維持系統(tǒng)運行的同時更換故障模塊。

　　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現(xiàn)有效的高速傳送。

　　高強度工業(yè)硬件平臺：ControlLogix采用特殊設(shè)計的高強度工業(yè)硬件平臺，從而可耐受振動，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)先級的多任務(wù)環(huán)境，從而允許用戶通過單獨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，因為它可以減少用戶整個控制系統(tǒng)的處理器數(shù)量。

4.4 系統(tǒng)組成及特點
　　本系統(tǒng)中冗余的ControlLogix 站控制系統(tǒng)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(yīng)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(xiàn)場儀表設(shè)備。主要信號包括4～20mADC、開關(guān)信號、RS485接口信號等。

　　這個冗余系統(tǒng)的主要特點有：
　　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)先級任務(wù)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(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；
　　對主控制器在線進(jìn)行的設(shè)置/命令/編輯自動傳遞給從控制器；
　　用戶可對切換進(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；
　　站場設(shè)備控制；
　　現(xiàn)場設(shè)備遠(yuǎn)程控制；
　　站場正常關(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)時鐘同步；
　　操作員權(quán)限控制：操作員身份確認(rèn)，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(tài)下沒有經(jīng)過確認(rèn)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(jiān)視控制畫面：準(zhǔn)確形象顯示現(xiàn)場工藝流程，支持快捷鍵操作；
　　報表生成：定時打印生產(chǎn)報表、歷史報表等。

　　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，同時采用PSTN作為備用通道。調(diào)度控制中心的計算機硬件系統(tǒng)由服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、經(jīng)理終端及報警、報表打印機等組成。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)上的一個節(jié)點，共享服務(wù)器的資源。這樣設(shè)計不僅技術(shù)先進(jìn)、操作簡單，且經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)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(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)實時采集、顯示和存儲歷史數(shù)據(jù)；
　　實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)搜索查閱；
　　流量計算數(shù)據(jù)表顯示；
　　流量分析及計算；
　　貿(mào)易結(jié)算管理；
　　生產(chǎn)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(yù)報及追憶；
　　事故的遠(yuǎn)程站場緊急停車控制；
　　系統(tǒng)配置及總貌圖顯示；
　　生產(chǎn)運營和調(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、當(dāng)年施工、當(dāng)年投產(chǎn)，創(chuàng)造了多項新業(yè)績。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，同時帶動和促進(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、社會效益和環(huán)境效益，對推動河北省的天然氣事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。羅克韋爾自動化ControlLogix 系列PLC在該工程中，經(jīng)兩年考驗，具有運行穩(wěn)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(tǒng)長周期運行起了非常重要的作用。