1 前言
《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》是中化集團(tuán)自籌資金新建的由重質(zhì)化工原料管道和液體化工產(chǎn)品管道組成管線。
重質(zhì)化工原料管道工程起點(diǎn)為萊州市，終點(diǎn)為昌邑市，管道全長116km，管徑φ660mm 設(shè)計(jì)壓力6～8MPa。該管線以萊州港東方油庫內(nèi)預(yù)留泵站為首站，昌邑石化重質(zhì)化工原料庫現(xiàn)有場地為末站。全線共設(shè)2座工藝站場，即萊州首站和昌邑末站。管道沿線設(shè)5座線路截?cái)嚅y室，其中包括2座遠(yuǎn)程監(jiān)控閥室。
液體化工產(chǎn)品管道工程起點(diǎn)為昌邑市，終點(diǎn)為萊州市，管道全長116km，管徑φ406mm 設(shè)計(jì)壓力8MPa。該管線以昌邑石化重質(zhì)化工原料庫現(xiàn)有場地為首站，萊州港東方油庫內(nèi)預(yù)留泵站為末站。全線共設(shè)共2座工藝站場，包括：昌邑首站、萊州末站。管道沿線設(shè)5座截?cái)嚅y室，其中包括2座遠(yuǎn)程監(jiān)控閥室。重質(zhì)化工原料管道和液體化工產(chǎn)品管道為逆向輸送管道，2條管道同溝敷設(shè)，站場和閥室合建。
本工程是GEIP產(chǎn)品首次在中國石油管輸SCADA系統(tǒng)上最全面的應(yīng)用，對未來GEIP的產(chǎn)品更好地應(yīng)用在中國石油管道運(yùn)輸行業(yè)有非?？少F的借鑒和參考價(jià)值。
2 GEIP SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用
2.1 SCADA系統(tǒng)的要求
《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》對SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是非常高的，整個輸送管線采用的是以計(jì)算機(jī)為核心的全線監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)，在調(diào)度控制中心(MCC)實(shí)現(xiàn)對全線的自動化監(jiān)控，同時采用當(dāng)今廣泛采用的三級調(diào)控方式：
第一級：調(diào)度中心(MCC)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，自動完成有關(guān)控制操作。
第二級：站控系統(tǒng)（SCS）（SCS——Station Control System），各輸送站操作人員可以在站控室監(jiān)視和控制本站的系統(tǒng)運(yùn)行工況和輸送備，自動或是半自動的完成有關(guān)操作。
第三級：就地操作，根據(jù)就地安裝的顯示儀表，在現(xiàn)場操作按鈕，可以控制泵站的有關(guān)設(shè)備，禁止調(diào)度中心遙控和站控功能。 通過上述的控制體系完成該輸送管道安全、可靠、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，SCS和RTU（RTU——Remote Terminal Unit）作為SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)方控制單元，是保證SCADA系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，為調(diào)度控制中心調(diào)度、管理與控制命令的遠(yuǎn)方執(zhí)行單元，是SCADA系統(tǒng)中最重要的監(jiān)控級。SCS和RTU不但能獨(dú)立完成對所在工藝站場的數(shù)據(jù)采集和控制，而且將有關(guān)信息傳送給調(diào)度控制中心并接受其下達(dá)的命令。
2.2 SCADA系統(tǒng)框架
圖1：萊州-昌邑SCADA系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
2.3 軟件架構(gòu)
Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過300，000套以上的軟件在全球運(yùn)行，廣泛的應(yīng)用在石油化工、石油天然氣等各種工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，iFIX獨(dú)樹一幟地集強(qiáng)大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成為任何生產(chǎn)環(huán)境下全面的HMI/SCADA解決方案。 利用iFIX各種領(lǐng)先的專利技術(shù)，可以幫助企業(yè)制定出更快、更有效的商業(yè)及生產(chǎn)決策，以使企業(yè)具有更強(qiáng)的競爭力，為此GEIP在全線采用的是iFIX軟件,通過iFix SCADA軟件的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)整條管線的輸送的監(jiān)視和控制。
GEIP的Proficy HMI/SCADA iFIX構(gòu)建起萊州—昌邑液體化工輸送管道SCADA工程軟件架構(gòu)模式見調(diào)控中心的系統(tǒng)配置圖2， SCADA總體數(shù)據(jù)流向見圖3。
圖2：調(diào)控中心的系統(tǒng)配置圖
圖3：SCADA總體數(shù)據(jù)流向圖
此調(diào)控中心系統(tǒng)配置以及SCADA總體數(shù)據(jù)流向?yàn)?/span>Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件典型的系統(tǒng)配置- C/S（Client/Server）結(jié)構(gòu)，即大家熟知的客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，它是軟件系統(tǒng)體
系結(jié)構(gòu)，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。
整條管線的SCADA系統(tǒng)調(diào)控中心硬件平臺采用工作站，關(guān)鍵設(shè)備采用冗余的配置，通過高性能的硬件給軟件提供平穩(wěn)可靠的平臺。
整條管線的SCADA的總體數(shù)據(jù)流，采用以MCC為中心，和SCS、RTU之間通過冗余的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通過Proficy HMI/SCADA 軟件實(shí)現(xiàn)SCS的站控系統(tǒng)之間的信息交換（ESD與Pac之間，ESD與操作員工作站之間，現(xiàn)場其他第三方設(shè)備與PAC（主）/（備）之間,等等），以及通過站控軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制，MCC通過Proficy HMI/SCADA 軟件實(shí)現(xiàn)對RTU的監(jiān)控。
2.3.1 Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件的特點(diǎn)
Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件的特點(diǎn)如下：
1） 軟件的全面漢化-操作界面以及所有的組件等均漢化。
2） 易于擴(kuò)展和集成-由于運(yùn)用了直觀的圖形工具，iFIX的用戶可以快速上手，簡單快捷地為他們的生產(chǎn)過程創(chuàng)建高性能的過程窗口。
3） 分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)-提供真正的分布式、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)提供最大的可擴(kuò)展性。iFix系統(tǒng)圖見圖4。
圖4：iFix系統(tǒng)圖
4） HMI/SCADA服務(wù)器- iFIX server直接連接到物理I/O點(diǎn)，并維護(hù)過程數(shù)據(jù)庫。
5） iClient技術(shù)- iFIX server直接連接到物理I/O點(diǎn)，并維護(hù)過程數(shù)據(jù)庫。
6） iClientTS技術(shù)- iClientTS是具有iClient功能的 Internet 瘦客戶端方案，它使用了微軟的Windows 2000終端服務(wù)(Terminal Server) 技術(shù)。
7） iWebServer技術(shù)- iWebServer是GEIP另外一種Internet瘦客戶端解決方案。
2.3.2 Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技術(shù)的應(yīng)用
Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下八個方面：
1） 全局技術(shù)-iFIX的全局技術(shù)使得對一點(diǎn)的修改可以在整個應(yīng)用內(nèi)發(fā)生作用，減少開發(fā)時間。
2） 即插即解決技術(shù) (Plug and Solve)-GEIP 獨(dú)特的專利技術(shù)。它是微軟組件對象模型 (COM) 的應(yīng)用，使得GEIP的產(chǎn)品方便地集成其他第三方的COM組件，用戶可根據(jù)需要把最優(yōu)秀的第三方組件集成于整個系統(tǒng)中。
3） iCore框架-是iFIX的技術(shù)核心，是GEIP 特有技術(shù)和微軟DNA技術(shù)相結(jié)合而形成的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)框架。
4） OPC (OLE for Process Control)-GEIP作為制定 OPC 標(biāo)準(zhǔn)的公司成員之一，全面支持OPC標(biāo)準(zhǔn)。
5） ODBC/SQL-iFIX全面支持ODBC API接口，可直接把實(shí)時數(shù)據(jù)寫入一個或多個關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
6） 使用VBA構(gòu)造圖符-當(dāng)圖符觸發(fā)編輯事件，用戶可以通過VBA腳本編輯圖符。
7） 安全管理-iFIX提供系統(tǒng)安全級管理，增強(qiáng)Windows NT系統(tǒng)的安全性。
8） 強(qiáng)大的冗余功能-iFIX提供了強(qiáng)大而靈活的多重冗余功能，保證系統(tǒng)的不間斷監(jiān)控，包括備份SCADA服務(wù)器、LAN冗余以及利用網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)服務(wù)器和iFIX診斷顯示程序監(jiān)視、控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)。
SCADA系統(tǒng)軟件的配置主要根據(jù)管線的采集監(jiān)控的I/O數(shù)量和系統(tǒng)的功能確定SCADA軟件的配置和選項(xiàng)，MCC配置了冗余的實(shí)時數(shù)據(jù)庫和冗余的歷史數(shù)據(jù)庫以及一定數(shù)量的操作員站和工程師站，每個SCS配置了操作員站和工程師站，通過冗余物理鏈路構(gòu)建起整個輸送管線的SCADA系統(tǒng)。
2.4 硬件架構(gòu)
《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》站控系統(tǒng)（SCS）采用是GEIP的先進(jìn)的PAC家族的PAC3i系統(tǒng)，PAC3i是GEIP在2003年推出來的，結(jié)合當(dāng)今最新技術(shù)和理念的新一代的混合控制器。短短幾年已經(jīng)在很多行業(yè)廣泛地應(yīng)用，得到了用戶的認(rèn)可。GEIP在《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》站控系統(tǒng)（SCS）采用是冗余的系統(tǒng)配置，控制層采用工業(yè)級100M以太網(wǎng)的冗余鏈路實(shí)現(xiàn)冗余的控制器和I/O的鏈接，CPU和I/O之間采用GEIP特有的全局變量-EGD（EtheNet Globel Data）數(shù)據(jù)交換方式實(shí)現(xiàn)CPU對I/O控制等功能。SCS典型的系統(tǒng)配置見圖5。
圖5：站控系統(tǒng)配置圖
站場的ESD控制系統(tǒng)采用是AB的安全控制器，同時通過Modbus通訊方式實(shí)現(xiàn)把ESD信號傳送到SCS，保證過程控制系統(tǒng)（動態(tài)）與安全控制系統(tǒng)（靜態(tài)）信號的各自的完整性和獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)站場緊急情況下的安全保證，閥室的遠(yuǎn)程控制單元-RTU(Remote Terminal Unit) 采用的摩托羅拉的控制器，實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心對閥室的信號的監(jiān)控，系統(tǒng)配置見圖6。
圖6：RTU閥室系統(tǒng)配置圖
2.4.1 GEIP的PAC3i冗余硬件系統(tǒng)的特點(diǎn)
1） 完全統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境
?? 應(yīng)用于所有GEIP硬件產(chǎn)品的統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，包括用于開發(fā)MMI, Motion, OP和多目標(biāo)控制應(yīng)用等多種產(chǎn)品和方案；
?? 支持IEC 61131 標(biāo)準(zhǔn)；
?? 便于用戶非常便捷的學(xué)習(xí)和掌握產(chǎn)品
2） 控制器CPU的高性能指標(biāo)
?? CPU處理速度最高可達(dá)1GHz，
?? 背板總線速率27M Byte/s，
?? 支持32K DI, 32K DO, 32K AI, 32K AO
?? 5 M Word的中間寄存器
?? 64 M用戶編程內(nèi)存 ＋ 64 M閃存(用于程序永久存儲)，可以存儲項(xiàng)目信息 (文檔, 變量表, 注釋..)，例如:CAD圖紙，word文檔等不同烈性的文件，方便用戶的文件恢復(fù)以及快速維護(hù)等。
3） 硬件冗余（IC695RMX128）的高性能指標(biāo)
?? 基于 GEIP Control Memory Xchange 技術(shù)
?? 128MB 內(nèi)存?zhèn)鬏斏儆?/span> 4 microseconds
?? 同步通訊采用RMX高速通訊模塊（2.12G波特率）
?? 同步通訊采用光纖，最大距離100ft
?? 可以通過開關(guān)強(qiáng)制切換主備控制器
?? 同步通訊支持冗余配置，每個冗余機(jī)架可配配置1or 2 同步模件，實(shí)現(xiàn)冗余的同步物理連接，實(shí)現(xiàn)更高系統(tǒng)的可用性
?? 系統(tǒng)同步在邏輯的開始和結(jié)尾，保持所有變量完全相同每個掃描周期進(jìn)行2次同步，第一次同步輸入數(shù)據(jù)，第二次同步輸出數(shù)據(jù)同步數(shù)據(jù)包括時間日期、強(qiáng)制狀態(tài)、上跳沿和故障點(diǎn)
?? I/O 只接受主控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)
?? I/O 無擾動的自動進(jìn)行切換
4） I/O的高性能指標(biāo)
?? 智能模塊
?? 先進(jìn)的診斷功能
?? 支持熱插拔HTP（hot-plugging）即帶電插拔等
5） 支持主流的通訊協(xié)議
?? Modbus、Modbus TCP/IP、Profibus、Genius、HART, 和 DeviceNet等通訊協(xié)議，方便與站場內(nèi)三方通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制。
3 總結(jié)
在本工程中GEIP的SCADA軟件和硬件的完美組合，同時結(jié)合與其他廠家的控制系統(tǒng)無縫鏈接構(gòu)建起萊州－昌邑液體化工輸送管道工程的SCADA系統(tǒng)，將會給用戶帶來全新控制理念，同時通過GEIP的SCADA系統(tǒng)和廣泛的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)保證用戶完成該輸送管道安全、可靠、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。
關(guān)于GE智能平臺
GE智能平臺是一個提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術(shù)服務(wù)以及嵌入式計(jì)算。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€獨(dú)特的，靈活的，超可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，使得他們在包括能源、水處理、消費(fèi)品、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續(xù)的優(yōu)勢。GE智能平臺是一家總部設(shè)在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè)，是GE企業(yè)解決方案集團(tuán)公司的一員。想獲取更多信息，請?jiān)L問：www.ge-ip.com。