GEIP SCADA系統(tǒng)在萊州—昌邑液體化工輸送管道工程中的應(yīng)用

1、    GEIP SCADA系統(tǒng)在萊州昌邑液體化工輸送管道工程中的應(yīng)用摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte1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

2、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(zhǎng)116km，管徑660mm設(shè)計(jì)壓力68MPa。該管線以萊州港東方油庫(kù)內(nèi)預(yù)留泵站為首站，昌邑石化重質(zhì)化工原料庫(kù)現(xiàn)有場(chǎng)地為末站。全線共設(shè)2座工藝站場(chǎng)，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(zhǎng)116km，管徑406mm設(shè)計(jì)壓力8MPa。該管線以昌邑石化重質(zhì)化工原料庫(kù)現(xiàn)有場(chǎng)地為首站，萊州港東方油庫(kù)內(nèi)預(yù)留泵站為末站。全線共設(shè)共2座工藝站場(chǎng)，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

3、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(chǎng)和閥室合建。本工程是GEIP產(chǎn)品首次在中國(guó)石油管輸SCADA系統(tǒng)上最全面的應(yīng)用，對(duì)未來(lái)GEIP的產(chǎn)品更好地應(yīng)用在中國(guó)石油管道運(yùn)輸行業(yè)有非常可貴的借鑒和參考價(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(duì)SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是非常高的，整個(gè)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(duì)全線的自動(dòng)化監(jiān)控，同時(shí)采用當(dāng)今廣泛采用的三級(jí)調(diào)控方式：第一級(jí)：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

4、統(tǒng)運(yùn)行工況和設(shè)備命令，自動(dòng)完成有關(guān)控制操作。第二級(jí)：站控系統(tǒng)（SCS）（SCSStation 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(dòng)或是半自動(dòng)的完成有關(guān)操作。第三級(jí)：就地操作，根據(jù)就地安裝的顯示儀表，在現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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（RTURemote 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)

5、中最重要的監(jiān)控級(jí)。SCS和RTU不但能獨(dú)立完成對(duì)所在工藝站場(chǎng)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)框架本工程全線SCADA系統(tǒng)，我們推薦采用的是GEIP的Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件。構(gòu)成SCADA系統(tǒng)的站控系統(tǒng)（SCS）采用當(dāng)今最為先進(jìn)的混合控制系統(tǒng)GEIP的PAC系列-PAC3i系統(tǒng)完成對(duì)整個(gè)管線的工藝監(jiān)控要求。萊州-昌邑SCADA系統(tǒng)總體架構(gòu)圖見圖1。下面我們將從軟件架構(gòu)和硬件架構(gòu)兩方面詮釋GEIP的SCADA系統(tǒng)。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 iFI

6、X組態(tài)軟件是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過(guò)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(jìng)爭(zhēng)力，為此GEIP在全線采用的是iFIX軟件,通過(guò)iFix SCADA軟件的應(yīng)用來(lái)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

7、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)镻roficy 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(guò)它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來(lái)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(tái)采用工作站，關(guān)鍵設(shè)備采用冗余的配置，通過(guò)高性能的硬件給軟件提供平穩(wěn)可靠的平臺(tái)。整條管線的SCADA的總體數(shù)據(jù)流，采用以MC

8、C為中心，和SCS、RTU之間通過(guò)冗余的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通過(guò)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(chǎng)其他第三方設(shè)備與PAC（主）/（備）之間,等等），以及通過(guò)站控軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制，MCC通過(guò)Proficy HMI/SCADA軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)RTU的監(jiān)控。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(jiǎn)單快捷地為他們的生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng)建高性能的過(guò)程窗口。

9、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(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。5）iClient技術(shù)- iFIX server直接連接到物理I/O點(diǎn)，并維護(hù)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。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

10、案。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(gè)方面：1）全局技術(shù)-iFIX的全局技術(shù)使得對(duì)一點(diǎn)的修改可以在整個(gè)應(yīng)用內(nèi)發(fā)生作用，減少開發(fā)時(shí)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(duì)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(gè)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

11、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(shí)數(shù)據(jù)寫入一個(gè)或多個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。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(guò)VBA腳本編輯圖符。7）安全管理-iFIX提供系統(tǒng)安全級(jí)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

12、余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和冗余的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)以及一定數(shù)量的操作員站和工程師站，每個(gè)SCS配置了操作員站和工程師站，通過(guò)冗余物理鏈路構(gòu)建起整個(gè)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(lái)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(jí)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-E

13、GD（EtheNet Globel Data）數(shù)據(jù)交換方式實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)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(chǎng)的ESD控制系統(tǒng)采用是AB的安全控制器，同時(shí)通過(guò)Modbus通訊方式實(shí)現(xiàn)把ESD信號(hào)傳送到SCS，保證過(guò)程控制系統(tǒng)（動(dòng)態(tài)）與安全控制系統(tǒng)（靜態(tài)）信號(hào)的各自的完整性和獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)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(duì)閥室的信號(hào)的監(jiān)控，系統(tǒng)配置見圖6。圖6：RTU閥室系統(tǒng)配置圖的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

14、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(chǔ))，可以存儲(chǔ)項(xiàng)目信息(文檔,變量表,注釋.)，例如:CAD圖

15、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? 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(guò)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(gè)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

16、步在邏輯的開始和結(jié)尾，保持所有變量完全相同每個(gè)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(shí)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(wú)擾動(dòng)的自動(dòng)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(chǎng)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(shí)結(jié)合與其他廠家的控制系統(tǒng)無(wú)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(huì)給用戶帶來(lái)全新控制