SCADA系统在输油管道中的应用

    1 概述
    广州石化原油输油管道东起惠州港广石化码头，西至厂内原油罐区，输油管道全长170.5公里，其中海底管道（Φ610×14.3mm）长10.2公里，陆地管道（Φ610×8mm）长160.3公里，设计年输油量达1200万吨。输油管道采用密闭输油工艺，全线分首站和末站两部分，并预设新圩和圆洲两个中间站，首站设为接卸油和输油的生产调度中心。控制系统采用了基于工业微机（IPC）和可编程控制器（PLC）的计算机数据采集与监控（SCADA）系统，实现对首站接卸油轮、12个5万m3原油罐、自备电站、新鲜水和循环水、污水处理、管网、泵房、消防流程和末站收球、原油进罐等流程的计算机监控。首站通过电话线拨号网络与末站进行数据交换，并通过末站连接到总厂信息管理系统（MIS）网络，向总厂传送有效的实时数据。

    2 系统结构和说明
    输油管道SCADA系统的首站、末站系统结构图如图1和图2所示。系统为二层结构：基于IPC的操作站层和基于A-B公

司PLC的控制层。操作站层通过以太网(Ethernet)相连，显示所有工艺流程、过程参数、趋势图、状态，监视主要设备运行状况和输油过程，实现生产过程的全部操作指令、运算，完成报警和各种管理报表的打印以及外部的数据交换。控制层由热备冗余处理器、远程I/O和过程I/O组成，同时通过冗余增强型数据总线（DH+）和操作站层相连，构成一个冗余控制器和网络的分散控制系统，对生产过程直接控制，执行所有来自操作层的开关操作和回路控制，实现报警和联锁保护，确保输油工艺流程的安全。

    2.1 首站
    从图1可见，首站共有8台IPC、2套具有热备冗余的PLC-5/40处理器。1#~3#IPC为总控室监控机，其中2#IPC通过调制解调器(Modem)连接拨号网络。4#IPC为工程师工作站，用于PLC的组态编程。5#IPC通过串口连接雷达液位计 (RTG)系统，是SAAB公司雷达液位计罐区计量系统（RTG）专用微机，显示原油罐的液位、温度、罐容和输油排量等参数。6#IPC为上海高创静水压液位测量系统（HTG）专用微机，显示基于差压变送器的贮罐计量参数，如质量、液位、温度等。RTG和HTG组成罐区混合测量系统。7#~8#IPC为电站监控机，通过细缆、光纤和中继器(Repeator)接入以太网。
    1#和2#PLC是两套具有热备冗余系统的PLC-5/40处理器，1#PLC监控油系统，即原油罐区、工艺管网、泵房和电站等部分，带10个远程输入输出框架，并配置2个Prosoft公司的MCM通讯模块，分别连接卸油控制的过程I/O和RTG系统；2#PLC监控水系统，即氧化塘、新鲜水循环水、污水和消防等部分，带两个远程输入输出框架。首站一期工程建6个5万m3原油罐，共有开关量输入（DI）562点，开关量输出（DO）394点，模拟量输入（AI）162点，回路7个。二期工程增建6个5万m3原油罐，有DI 36点，DO 30点，AI 24点。首站有卸船、输油、发球和倒罐等工艺流程。

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    2.2 末站
    从图2可见，末站共有5台IPC，2套具有热备冗余的PLC-5/40处理器。1#~3#IPC为末站监控机，其中2#IPC通过Modem与总厂MIS网相连。4#IPC为系统的拨号网络服务器，通过Modem连接拨号网络，实现首末站数据采集和交换。5#IPC为工程师工作站，用于PLC的组态编程。

    3#和4# PLC是两套具有热备冗余系统的PLC-5/40处理器，3# PLC监控末站收球和计量部分，带2个远程输入输出框架。4#PLC监控末站配套系统即末站罐区部分，带3个远程输入输出框架。末站共有DI 281点，DO 213点， AI 37点，回路2个，末站罐区信号经过格雷码转换接入系统。末站有进罐和收球等工艺流程。

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    3 系统硬件软件配置和应用开发
 
    3.1 硬件配置

    操作层：首末站IPC（除RTG微机为486DX/100外）都采用Intel Pentium/100CPU以上微机，内存32M，硬盘1.2G，20英寸彩色显示器，分辨率为1024×768，配2台24针高速汉字打印机。
    控制层：PLC采用美国 A-B公

司PLC-5系列可编程控制器PLC-5/40，并通过热备通讯模块（1785-BCM）和扩展模块（1785-BEM）配置冗余处理器和网络系统；全部输入输出均采用通用模块，包括1771-IBD、OBD、IFE、IQ、OW、DB和PD模块，并装在远程输入输出框架中。
    通讯：操作站与PLC-5/40控制器之间的通讯用A-B公司1784-KT（x）通讯卡通过DH+网实现，通讯速率为57.6kbps，最大传输距离为3044m；操作站之间通讯用以太网实现，通讯速率为10Mbps；首、末站通讯通过拨号网络实现，通讯速率可达38kbps；过程I/O和RTG系统通过MCM通讯模块接入系统。

    3.2 软件配置
    SCADA系统软件平台为Microsoft公司中文Windows 95/98，人机接口（MMI）软件是Wonserware公司的Intouch5.6，PLC组态编程软件为Rockwell Software公司的Wintelligent Logic 5软件。

   

;  Intouch是开发基于Windows 人机接口应用程序的工具软件，包括Window Maker面向对象开发环境和Window Viewer运行环境两大部分。Intouch 不仅可以充分利用Windows 95/98的各种功能，包括键的使用、粘贴板、动态数据交换（DDE）、对象嵌入和连接（OLE）等，而且使用方便简单，易于开发出多种功能强大，能适应不同应用环境的SCADA系统应用程序，所以已被广泛应用在食品加工、石油和天然气管道、汽车、化工、造纸和运输管理等行业部门。

    Logic 5是PLC-5系列处理器的编程组态工具软件，包括Link驱动程序集、Trend数据记录和趋势和View人机界面等三部分。用Logic 5可对PLC-5处理器进行离线或在线组态编程。它具有菜单驱动、鼠标操作和编辑灵活快捷等特点。其先进的指令系统包括继电器触点指令，定时器、计数器指令、算术和逻辑运算指令、数据转换和传送指令等，满足各种不同的复杂控制方案要求。

    3.3 应用开发
    软件的应用开发包括人机界面和控制逻辑开发两部分。

    人机界面开发就是应用Intoch软件开发工具，开发满足工艺操作和管理要求的人机接口程序，同时要操作简单，指令清晰，画面布局合理，信息详细等。主要包括：

    （1）操作级别和操作控制；
    （2）工艺流程和设备分组及明细显示；
    （3）报警显示；
    （4）实时和历史趋势图显示；
    （5）数据归档和打印等。

    控制逻辑开发即应用Logic 5组态软件，用梯形图编程实现工艺全部控制和操作功能。开发内容包括：

    （1）控制器冗余程序设计和通讯设置；
    （2）实时数据采集；
    （3）阀门、泵等远程开停及回路调节控制；
    （3）工艺流程切换；
    （4）过程I/O控制和RTG数据采集等。
 
    4 系统功能和特点
    4.1 功能
    实时采集监视输油管道及其辅助配套装置生产全过程的主要参数，如温度、压力、液位、流量、电压、电流、泵、阀等设备状态，同时进行记录和打印报表；在操作站进行远程操作控制，并对码头卸油和罐区消防系统实现自动顺序控制，对重要设置如主油泵、油罐阀门、液位等进行报警和联锁保护，确保装置设备安全和平稳输油。

    4.2 特点
    1、采用通用高性能的PLC和冗余分散控制设计，通用性好，可靠性高，易于系统扩展和维护。
    2、采用DH+网络结构和以太网并行，PLC与操作站直接通讯，网络结构简化、可靠，PLC和操作站具有最大限度的独立性和灵活性。
    3、汉化人机界面和全鼠标操作，流程状态、趋势、棒状图和报警等，清晰明了，操作控制窗口灵活、直观，操作简单、快捷和方便。
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nbsp; 4、操作多级限制保护，不同的操作级别如系统级、工程师级、操作级和访问级，赋予不同的操作方式和内容，划分操作区域和防止误动作，保护系统。

    5 结束语
    广石化应用基于工业微机和可编程控制器构成的SCADA系统，在系统结构、通讯方案、数据采集和交换、操作方式等方面，与国内其它长输管线相比都有其独特性和先进性，完全满足输油管线近期生产要求和今后发展扩充的要求，性能价格比高。系统首站一期工程在1996年9月开始就位安装，1996年10月开始组态和调试，1997年2月现场调试，3月完成。末站于1997年5月现场调试，7月完成投运，实现与管道输油同步投运。二期工程在1998年10月开始就位安装，2000年4月完成，SCADA系统扩展I/O实现监控，投运至今一直运行良好。

    SCADA系统主要设备如PLC、通讯模块和设备、输入输出模块和人机接口等均选用通用、先进的产品，系统性能稳定可靠，易于扩展。通过SCADA系统的应用，培养和锻炼了一批设计、管理、开发、维护等高层次技术人员，有

利于SCADA系统长期可靠运行和深层次的应用开发。