1 前言

    《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》是中化集團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(xiàn)。
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(cháng)116km，管徑φ660mm 設計壓力6～8MPa。該管線(xiàn)以萊州港東方油庫內預留泵站為首站，昌邑石化重質(zhì)化工原料庫現有場(chǎng)地為末站。全線(xiàn)共設2座工藝站場(chǎng)，即萊州首站和昌邑末站。管道沿線(xiàn)設5座線(xiàn)路截斷閥室，其中包括2座遠程監控閥室。

    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(cháng)116km，管徑φ406mm 設計壓力8MPa。該管線(xiàn)以昌邑石化重質(zhì)化工原料庫現有場(chǎng)地為首站，萊州港東方油庫內預留泵站為末站。全線(xiàn)共設共2座工藝站場(chǎng)，包括：昌邑首站、萊州末站。管道沿線(xiàn)設5座截斷閥室，其中包括2座遠程監控閥室。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，站場(chǎng)和閥室合建。

    本工程是GEIP產(chǎn)品首次在中國石油管輸SCADA系統上最全面的應用，對未來(lái)GEIP的產(chǎn)品更好地應用在中國石油管道運輸行業(yè)有非?？少F的借鑒和參考價(jià)值。

    2 GEIP SCADA系統的結構特點(diǎn)及應用

    2.1 SCADA系統的要求

    《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》對SCADA系統的設計要求是非常高的，整個(gè)輸送管線(xiàn)采用的是以計算機為核心的全線(xiàn)監控和數據采集（SCADA）系統，在調度控制中心(MCC)實(shí)現對全線(xiàn)的自動(dòng)化監控，同時(shí)采用當今廣泛采用的三級調控方式：

    第一級：調度中心(MCC)遙控，接收調度中心調度人員遠程控制管線(xiàn)系統運行工況和設備命令，自動(dòng)完成有關(guān)控制操作。
    第二級：站控系統（SCS）（SCS——Station Control System），各輸送站操作人員可以在站控室監視和控制本站的系統運行工況和輸送備，自動(dòng)或是半自動(dòng)的完成有關(guān)操作。
    第三級：就地操作，根據就地安裝的顯示儀表，在現場(chǎng)操作按鈕，可以控制泵站的有關(guān)設備，禁止調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、高效、經(jīng)濟地運行，SCS和RTU（RTU——Remote Terminal Unit）作為SCADA系統的遠方控制單元，是保證SCADA系統正常運行的基礎，為調度控制中心調度、管理與控制命令的遠方執行單元，是SCADA系統中最重要的監控級。SCS和RTU不但能獨立完成對所在工藝站場(chǎng)的數據采集和控制，而且將有關(guān)信息傳送給調度控制中心并接受其下達的命令。

    2.2 SCADA系統框架

    本工程全線(xiàn)SCADA系統，我們推薦采用的是GEIP的Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件。構成SCADA系統的站控系統（SCS）采用當今最為先進(jìn)的混合控制系統GEIP的PAC系列-PAC3i系統完成對整個(gè)管線(xiàn)的工藝監控要求。萊州-昌邑SCADA系統總體架構圖見(jiàn)圖1。下面我們將從軟件架構和硬件架構兩方面詮釋GEIP的SCADA系統。

               

                      圖1：萊州-昌邑SCADA系統總體結構圖

    2.3 軟件架構

    Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動(dòng)化監控組態(tài)軟件，已有超過(guò)300，000套以上的軟件在全球運行，廣泛的應用在石油化工、石油天然氣等各種工業(yè)應用當中，iFIX獨樹(shù)一幟地集強大功能、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(zhuān)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)具有更強的競爭力，為此GEIP在全線(xiàn)采用的是iFIX軟件,通過(guò)iFix SCADA軟件的應用來(lái)實(shí)現整條管線(xiàn)的輸送的監視和控制。

    GEIP的Proficy HMI/SCADA iFIX構建起萊州—昌邑液體化工輸送管道SCADA工程軟件架構模式見(jiàn)調控中心的系統配置圖2， SCADA總體數據流向見(jiàn)圖3。

               

                        圖2：調控中心的系統配置圖

               

                           圖3：SCADA總體數據流向圖

    此調控中心系統配置以及SCADA總體數據流向為Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件典型的系統配置- C/S（Client/Server）結構，即大家熟知的客戶(hù)機和服務(wù)器結構，它是軟件系統體系結構，通過(guò)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(lái)實(shí)現，降低了系統的通訊開(kāi)銷(xiāo)。

    整條管線(xiàn)的SCADA系統調控中心硬件平臺采用工作站，關(guān)鍵設備采用冗余的配置，通過(guò)高性能的硬件給軟件提供平穩可靠的平臺。

    整條管線(xiàn)的SCADA的總體數據流，采用以MCC為中心，和SCS、RTU之間通過(guò)冗余的信道進(jìn)行數據的交換，通過(guò)Proficy HMI/SCADA 軟件實(shí)現SCS的站控系統之間的信息交換（ESD與Pac之間，ESD與操作員工作站之間，現場(chǎng)其他第三方設備與PAC（主）/（備）之間,等等），以及通過(guò)站控軟件實(shí)現現場(chǎng)數據的采集和控制，MCC通過(guò)Proficy HMI/SCADA 軟件實(shí)現對RTU的監控。

    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） 易于擴展和集成-由于運用了直觀(guān)的圖形工具，iFIX的用戶(hù)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。
    3） 分布式網(wǎng)絡(luò )結構-提供真正的分布式、客戶(hù)/服務(wù)器結構，為系統提供最大的可擴展性。iFix系統圖見(jiàn)圖4。

               

                         圖4：iFix系統圖

    4） HMI/SCADA服務(wù)器- iFIX server直接連接到物理I/O點(diǎn)，并維護過(guò)程數據庫。
    5） iClient技術(shù)- iFIX server直接連接到物理I/O點(diǎn)，并維護過(guò)程數據庫。
    6） iClientTS技術(shù)- iClientTS是具有iClient功能的 Internet 瘦客戶(hù)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(hù)端解決方案。

    2.3.2 Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技術(shù)的應用

    Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技術(shù)的應用主要體現在如下八個(gè)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(gè)應用內發(fā)生作用，減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。
    2） 即插即解決技術(shù) (Plug and Solve)-GEIP 獨特的專(zhuān)利技術(shù)。它是微軟組件對象模型 (COM) 的應用，使得GEIP的產(chǎn)品方便地集成其他第三方的COM組件，用戶(hù)可根據需要把最優(yōu)秀的第三方組件集成于整個(gè)系統中。
    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)相結合而形成的工業(yè)標準框架。
    4） OPC (OLE for Process Control)-GEIP作為制定 OPC 標準的公司成員之一，全面支持OPC標準。
    5） ODBC/SQL-iFIX全面支持ODBC API接口，可直接把實(shí)時(shí)數據寫(xiě)入一個(gè)或多個(gè)關(guān)系數據庫。
    6） 使用VBA構造圖符-當圖符觸發(fā)編輯事件，用戶(hù)可以通過(guò)VBA腳本編輯圖符。
    7） 安全管理-iFIX提供系統安全級管理，增強Windows NT系統的安全性。
    8） 強大的冗余功能-iFIX提供了強大而靈活的多重冗余功能，保證系統的不間斷監控，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診斷顯示程序監視、控制網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)。

    SCADA系統軟件的配置主要根據管線(xiàn)的采集監控的I/O數量和系統的功能確定SCADA軟件的配置和選項，MCC配置了冗余的實(shí)時(shí)數據庫和冗余的歷史數據庫以及一定數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)冗余物理鏈路構建起整個(gè)輸送管線(xiàn)的SCADA系統。

    2.4 硬件架構

    《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》站控系統（SCS）采用是GEIP的先進(jìn)的PAC家族的PAC3i系統，PAC3i是GEIP在2003年推出來(lái)的，結合當今最新技術(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)廣泛地應用，得到了用戶(hù)的認可。GEIP在《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》站控系統（SCS）采用是冗余的系統配置，控制層采用工業(yè)級100M以太網(wǎng)的冗余鏈路實(shí)現冗余的控制器和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）數據交換方式實(shí)現CPU對I/O控制等功能。SCS典型的系統配置見(jiàn)圖5。

               

                            圖5：站控系統配置圖

    站場(chǎng)的ESD控制系統采用是AB的安全控制器，同時(shí)通過(guò)Modbus通訊方式實(shí)現把ESD信號傳送到SCS，保證過(guò)程控制系統（動(dòng)態(tài)）與安全控制系統（靜態(tài)）信號的各自的完整性和獨立性，實(shí)現站場(chǎng)緊急情況下的安全保證，閥室的遠程控制單元-RTU(Remote Terminal Unit) 采用的摩托羅拉的控制器，實(shí)現調控中心對閥室的信號的監控，系統配置見(jiàn)圖6。

               

                                        圖6：RTU閥室系統配置圖

    2.4.1 GEIP的PAC3i冗余硬件系統的特點(diǎn)

    1） 完全統一開(kāi)發(fā)環(huán)境

    應用于所有GEIP硬件產(chǎn)品的統一開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括用于開(kāi)發(fā)MMI, Motion, OP和多目標控制應用等多種產(chǎn)品和方案；
    支持IEC 61131 標準；
    便于用戶(hù)非常便捷的學(xué)習和掌握產(chǎn)品

    2） 控制器CPU的高性能指標

    CPU處理速度最高可達1GHz，
    背板總線(xiàn)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(hù)編程內存 ＋ 64 M閃存(用于程序永久存儲)，可以存儲項目信息 (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(hù)的文件恢復以及快速維護等。

    3） 硬件冗余（IC695RMX128）的高性能指標

    基于 GEIP Control Memory Xchange 技術(shù)
    128MB 內存傳輸少于 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(guò)開(kāi)關(guān)強制切換主備控制器
    同步通訊支持冗余配置，每個(gè)冗余機架可配配置1or 2 同步模件，實(shí)現冗余的同步物理連接，實(shí)現更高系統的可用性
    系統同步在邏輯的開(kāi)始和結尾，保持所有變量完全相同每個(gè)掃描周期進(jìn)行2次同步，第一次同步輸入數據，第二次同步輸出數據同步數據包括時(shí)間日期、強制狀態(tài)、上跳沿和故障點(diǎn)
     I/O 只接受主控制器發(fā)送的數據
    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

    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)內三方通訊設備的數據采集和控制。

    3 總結

    在本工程中GEIP的SCADA軟件和硬件的完美組合，同時(shí)結合與其他廠(chǎng)家的控制系統無(wú)縫鏈接構建起萊州－昌邑液體化工輸送管道工程的SCADA系統，將會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)全新控制理念，同時(shí)通過(guò)GEIP的SCADA系統和廣泛的應用經(jīng)驗保證用戶(hù)完成該輸送管道安全、可靠、平穩、高效、經(jīng)濟地運行。

    關(guān)于GE智能平臺

    GE智能平臺是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶(hù)提供用于自動(dòng)化控制的軟件、硬件和技術(shù)服務(wù)以及嵌入式計算。我們?yōu)橛脩?hù)提供一個(gè)獨特的，靈活的，超可靠的技術(shù)基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續的優(yōu)勢。GE智能平臺是一家總部設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)解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)：www.ge-ip.com。