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GEIP SCADA系统在莱州—昌邑液体化工输送管道工程中的应用 |
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作者：GE智能平台 |
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摘要：GEIP SCADA系统在输油管道上的首次全面应用，通过iFix SCADA软件的应用来实现整条管线的输送工艺参数的监视和控制。PAC3i最新技术和理念的新一代的混合控制器的采用，为管道系统提供更加安全、可靠的控制。
1 前言
《莱州－昌邑液体化工输送管道工程》是中化集团自筹资金新建的由重质化工原料管道和液体化工产品管道组成管线。
重质化工原料管道工程起点为莱州市，终点为昌邑市，管道全长116km，管径φ660mm 设计压力6～8MPa。该管线以莱州港东方油库内预留泵站为首站，昌邑石化重质化工原料库现有场地为末站。全线共设2座工艺站场，即莱州首站和昌邑末站。管道沿线设5座线路截断阀室，其中包括2座远程监控阀室。
液体化工产品管道工程起点为昌邑市，终点为莱州市，管道全长116km，管径φ406mm 设计压力8MPa。该管线以昌邑石化重质化工原料库现有场地为首站，莱州港东方油库内预留泵站为末站。全线共设共2座工艺站场，包括：昌邑首站、莱州末站。管道沿线设5座截断阀室，其中包括2座远程监控阀室。重质化工原料管道和液体化工产品管道为逆向输送管道，2条管道同沟敷设，站场和阀室合建。
本工程是GEIP产品首次在中国石油管输SCADA系统上最全面的应用，对未来GEIP的产品更好地应用在中国石油管道运输行业有非常可贵的借鉴和参考价值。
2 GEIP SCADA系统的结构特点及应用
2.1 SCADA系统的要求
《莱州－昌邑液体化工输送管道工程》对SCADA系统的设计要求是非常高的，整个输送管线采用的是以计算机为核心的全线监控和数据采集（SCADA）系统，在调度控制中心(MCC)实现对全线的自动化监控，同时采用当今广泛采用的三级调控方式：
第一级：调度中心(MCC)遥控，接收调度中心调度人员远程控制管线系统运行工况和设备命令，自动完成有关控制操作。
第二级：站控系统（SCS）（SCS——Station Control System），各输送站操作人员可以在站控室监视和控制本站的系统运行工况和输送备，自动或是半自动的完成有关操作。
第三级：就地操作，根据就地安装的显示仪表，在现场操作按钮，可以控制泵站的有关设备，禁止调度中心遥控和站控功能。 通过上述的控制体系完成该输送管道安全、可靠、平稳、高效、经济地运行，SCS和RTU（RTU——Remote Terminal Unit）作为SCADA系统的远方控制单元，是保证SCADA系统正常运行的基础，为调度控制中心调度、管理与控制命令的远方执行单元，是SCADA系统中最重要的监控级。SCS和RTU不但能独立完成对所在工艺站场的数据采集和控制，而且将有关信息传送给调度控制中心并接受其下达的命令。
2.2 SCADA系统框架
本工程全线SCADA系统，我们推荐采用的是GEIP的Proficy HMI/SCADA iFIX组态软件。构成SCADA系统的站控系统（SCS）采用当今最为先进的混合控制系统GEIP的PAC系列-PAC3i系统完成对整个管线的工艺监控要求。莱州-昌邑SCADA系统总体架构图见图1。下面我们将从软件架构和硬件架构两方面诠释GEIP的SCADA系统。
图1：莱州-昌邑SCADA系统总体结构图
2.3 软件架构
Proficy HMI/SCADA iFIX组态软件是全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件，已有超过300，000套以上的软件在全球运行，广泛的应用在石油化工、石油天然气等各种工业应用当中，iFIX独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下全面的HMI/SCADA解决方案。 利用iFIX各种领先的专利技术，可以帮助企业制定出更快、更有效的商业及生产决策，以使企业具有更强的竞争力，为此GEIP在全线采用的是iFIX软件,通过iFix SCADA软件的应用来实现整条管线的输送的监视和控制。
GEIP的Proficy HMI/SCADA iFIX构建起莱州—昌邑液体化工输送管道SCADA工程软件架构模式见调控中心的系统配置图2， SCADA总体数据流向见图3。
此调控中心系统配置以及SCADA总体数据流向为Proficy HMI/SCADA iFIX组态软件典型的系统配置- C/S（Client/Server）结构，即大家熟知的客户机和服务器结构，它是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。
整条管线的SCADA系统调控中心硬件平台采用工作站，关键设备采用冗余的配置，通过高性能的硬件给软件提供平稳可靠的平台。
整条管线的SCADA的总体数据流，采用以MCC为中心，和SCS、RTU之间通过冗余的信道进行数据的交换，通过Proficy HMI/SCADA 软件实现SCS的站控系统之间的信息交换（ESD与Pac之间，ESD与操作员工作站之间，现场其他第三方设备与PAC（主）/（备）之间,等等），以及通过站控软件实现现场数据的采集和控制，MCC通过Proficy HMI/SCADA 软件实现对RTU的监控。
2.3.1 Proficy HMI/SCADA iFIX组态软件的特点
Proficy HMI/SCADA iFIX组态软件的特点如下：
1） 软件的全面汉化-操作界面以及所有的组件等均汉化。
2） 易于扩展和集成-由于运用了直观的图形工具，iFIX的用户可以快速上手，简单快捷地为他们的生产过程创建高性能的过程窗口。
3） 分布式网络结构-提供真正的分布式、客户/服务器结构，为系统提供最大的可扩展性。iFix系统图见图4。
4） HMI/SCADA服务器- iFIX server直接连接到物理I/O点，并维护过程数据库。
5） iClient技术- iFIX server直接连接到物理I/O点，并维护过程数据库。
6） iClientTS技术- iClientTS是具有iClient功能的 Internet 瘦客户端方案，它使用了微软的Windows 2000终端服务(Terminal Server) 技术。
7） iWebServer技术- iWebServer是GEIP另外一种Internet瘦客户端解决方案。
2.3.2 Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技术的应用
Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技术的应用主要体现在如下八个方面：
1） 全局技术-iFIX的全局技术使得对一点的修改可以在整个应用内发生作用，减少开发时间。
2） 即插即解决技术 (Plug and Solve)-GEIP 独特的专利技术。它是微软组件对象模型 (COM) 的应用，使得GEIP的产品方便地集成其他第三方的COM组件，用户可根据需要把最优秀的第三方组件集成于整个系统中。
3） iCore框架-是iFIX的技术核心，是GEIP 特有技术和微软DNA技术相结合而形成的工业标准框架。
4） OPC (OLE for Process Control)-GEIP作为制定 OPC 标准的公司成员之一，全面支持OPC标准。
5） ODBC/SQL-iFIX全面支持ODBC API接口，可直接把实时数据写入一个或多个关系数据库。
6） 使用VBA构造图符-当图符触发编辑事件，用户可以通过VBA脚本编辑图符。
7） 安全管理-iFIX提供系统安全级管理，增强Windows NT系统的安全性。
8） 强大的冗余功能-iFIX提供了强大而灵活的多重冗余功能，保证系统的不间断监控，包括备份SCADA服务器、LAN冗余以及利用网络状态服务器和iFIX诊断显示程序监视、控制网络运行状态。
SCADA系统软件的配置主要根据管线的采集监控的I/O数量和系统的功能确定SCADA软件的配置和选项，MCC配置了冗余的实时数据库和冗余的历史数据库以及一定数量的操作员站和工程师站，每个SCS配置了操作员站和工程师站，通过冗余物理链路构建起整个输送管线的SCADA系统。
2.4 硬件架构
《莱州－昌邑液体化工输送管道工程》站控系统（SCS）采用是GEIP的先进的PAC家族的PAC3i系统，PAC3i是GEIP在2003年推出来的，结合当今最新技术和理念的新一代的混合控制器。短短几年已经在很多行业广泛地应用，得到了用户的认可。GEIP在《莱州－昌邑液体化工输送管道工程》站控系统（SCS）采用是冗余的系统配置，控制层采用工业级100M以太网的冗余链路实现冗余的控制器和I/O的链接，CPU和I/O之间采用GEIP特有的全局变量-EGD（EtheNet Globel Data）数据交换方式实现CPU对I/O控制等功能。SCS典型的系统配置见图5。
站场的ESD控制系统采用是AB的安全控制器，同时通过Modbus通讯方式实现把ESD信号传送到SCS，保证过程控制系统（动态）与安全控制系统（静态）信号的各自的完整性和独立性，实现站场紧急情况下的安全保证，阀室的远程控制单元-RTU(Remote Terminal Unit) 采用的摩托罗拉的控制器，实现调控中心对阀室的信号的监控，系统配置见图6。
2.4.1 GEIP的PAC3i冗余硬件系统的特点
1） 完全统一开发环境
应用于所有GEIP硬件产品的统一开发环境，包括用于开发MMI, Motion, OP和多目标控制应用等多种产品和方案；
支持IEC 61131 标准；
便于用户非常便捷的学习和掌握产品
2） 控制器CPU的高性能指标
CPU处理速度最高可达1GHz，
背板总线速率27M Byte/s，
支持32K DI, 32K DO, 32K AI, 32K AO
5 M Word的中间寄存器
64 M用户编程内存 ＋ 64 M闪存(用于程序永久存储)，可以存储项目信息 (文档, 变量表, 注释..)，例如:CAD图纸，word文档等不同烈性的文件，方便用户的文件恢复以及快速维护等。
3） 硬件冗余（IC695RMX128）的高性能指标
基于 GEIP Control Memory Xchange 技术
128MB 内存传输少于 4 microseconds
同步通讯采用RMX高速通讯模块（2.12G波特率）
同步通讯采用光纤，最大距离100ft
可以通过开关强制切换主备控制器
同步通讯支持冗余配置，每个冗余机架可配配置1or 2 同步模件，实现冗余的同步物理连接，实现更高系统的可用性
系统同步在逻辑的开始和结尾，保持所有变量完全相同每个扫描周期进行2次同步，第一次同步输入数据，第二次同步输出数据同步数据包括时间日期、强制状态、上跳沿和故障点
I/O 只接受主控制器发送的数据
I/O 无扰动的自动进行切换
4） I/O的高性能指标
智能模块
先进的诊断功能
支持热插拔HTP（hot-plugging）即带电插拔等
5） 支持主流的通讯协议
Modbus、Modbus TCP/IP、Profibus、Genius、HART, 和 DeviceNet等通讯协议，方便与站场内三方通讯设备的数据采集和控制。
3 总结
在本工程中GEIP的SCADA软件和硬件的完美组合，同时结合与其他厂家的控制系统无缝链接构建起莱州－昌邑液体化工输送管道工程的SCADA系统，将会给用户带来全新控制理念，同时通过GEIP的SCADA系统和广泛的应用经验保证用户完成该输送管道安全、可靠、平稳、高效、经济地运行。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/19/2010) |
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