|
一、應用背景 近年來，世界對于能源的需求不斷擴大，能源作為一個國家發展的基礎越來越受到各國的重視，由于能源特別是石油而引起的沖突不斷。為保證能源的供應，我國除積極尋找國內油田外，還積極尋找國外的供應，因此目前我國的石油供應趨于多樣化。而石油的運輸主要通過輸油管道進行，同時輸油本身就是一項能耗巨大的工業過程。如何在油品多樣化的現狀下尋找出不同油品運輸的最低成本方案成為一項重要的課題。建設大口徑、多功能、自動化水平高的石油試驗環道，可以得到不同環境下石油儲運的各種數據，為各儲運站提供可靠、準確的試驗數據，使石油儲運最大化、科學化，減少儲運過程中的維護工作。為此中國石油管道公司在我國北方建立一個大型的、國際一流的輸油管道試驗基地。 為更好的滿足試驗需求，要求工藝流程能夠實現停輸再啟動試驗，在變性研究和結蠟試驗的基礎上，盡可能增加流程切換的靈活性，可在多種工況下進行各項試驗。通過對工藝流程的優化設計，增加試驗管段長度，提高試驗精度。試驗環道的數據全部實現自動化采集，檢測設備采用高精度儀表。為適應環道將來進行其他油品測試的需要，預留原油卸車接口。 為此，采用以操作員工作站為上位機，可編程控制器（PLC）為下位機的控制模式組成自動監控系統的方案。PLC采用美國ROCKWELL公司的先進的ControlLogix系列產品，應用Logix5000編程，實現了遠程數據采集、控制執行機構運轉、執行機構的故障檢測等功能;同時采用了雙PLC（CPU）運行模式，實現了控制系統的熱備功能;上位機工作于Windows環境下，使用工程上廣泛應用的澳大利亞CiTechnologic公司的Citect工業控制組態軟件開發監控軟件，采用雙人機界面，實現了環道工藝流程的實時動態顯示，數據的自動采集處理，故障報警，實時、歷史報表的打印等功能;利用ControlNet網絡進行數據交換，對系統各設備參數值進行在線監控顯示，充分保證信息傳遞的快速性。從而能夠使整個試驗環道的各設備的運行情況實現自動化的監測并及時的控制。 二、ControlNet網絡結構 ControlNet是確定性、可重復性的控制網絡，同一鏈路上允許有多個控制器同時共存，網絡上節點居于對等地位，可以從任意節點實現網絡存取，網絡總線速率為5Mbps，在端到端總長為250m的距離內，網絡可支持的最大節點數為48個。總線拓撲結構可以是星型、樹型、總線型或是這3者之間的任意組合。能夠使用的中繼器數目只受到系統延遲時間的限制，使用中繼器，最大的端到端傳輸距離使用同軸電纜為3km，使用光纖傳輸可以達到30Km，并且支持冗余結構。 本系統采用三層結構：管理層、控制層、現場設備層，結構圖如圖1所示。 圖1系統結構圖 本系統中ControlNet網絡總長50m，沒有采用中繼器，保證信息的實時性。上層計算機中采用1785-PCIC卡連接到ControlNet網絡上，下層PLC通過1756-CNBR模塊連接至ControlNet網絡。為了保證系統的可靠性采用了雙網絡冗余與雙控制器冗余。 控制層采用美國ROCKWELL公司的ControlLogix系列產品，主要配置有：1756-L55M24、1757-SRM、1756-PA75、1756-A4、1756-CNBR、1756-A17、1756-N2、1756-IF16、1756-IB16、1756-OW16I、1756-IR6I、1756-OF8等。這些設備構成了雙冗余控制站和遠程I/O站。 現場設備層要滿足試驗環道各種數據采集需要和流程控制功能，主要配置有：電動球閥16個、電動閘閥7個、變頻器1臺、攪拌器1臺、壓力采集（4～20mA）10點、差壓采集（4～20mA）2點、溫度采集（4～20mA）66點、液位采集（4～20mA）1點、流量采集（4～20mA）2點。 系統總體構成如圖2所示。 圖2系統構成 三、網絡組態與通信實現 網絡的組態與管理采用RSNetWorxforControlNet軟件，該軟件提供對ControlNet網絡和的設計、配置及管理。RSNetWorx允許你最大限度地提高你所擁有的ControlNett網絡設備的生產能力，通過簡單的軟件界面迅速地對網絡上的設備進行設置。這些設置可以在“離線”方式下通過“拖/放”設備圖標的操作方式進行。有關其操作，這里不再贅述。 采用RSLinx網關實現上層1785-PCIC卡與控制站、遠程I/O站之間的通信，RSLinx網關包含了OPC和DDE的功能以及PLC和其它設備數據查看的功能，可以把一臺安裝有RSLinx的計算機當作一個網關從而訪問控制站、遠程I/O站，RSLinx是遠程訪問的必備軟件。同時RSLinx的OPC功能也使得上層計算機監控軟件訪問控制站、遠程I/O站成為可能。其操作可以在“在線”條件下自動掃描完成，這里也不再贅述。 四、上、下層通信的實現 本系統中上層監控軟件Citect與控制層RSLinx網關均支持OPC功能，所以上層監控軟件與下層ControlNet網絡間的通信是通過OPC技術實現的。在使用RSLinx實現ControlNet網絡的通信之后，要在Citect軟件中對OPC進行設置，要對I/O服務器、主板、端口、I/O設備、變量標簽依次設置，下面圖3、圖4為本系統中I/O服務器、主板的設置畫面，其它設置不再給出。 五、結束語 本系統在現場投入運行后，運行可靠，效果很好，滿足了初始設計的要求，能夠很好的測試原油的各項參數，利用相關的軟件和測出的參數可計算出原油輸送的最佳條件，并能模擬真實輸油管道的運行情況，形成了一個功能強大的現場試驗環道。 本文作者創新點：以ControlNet為核心，構建簡化的三層網絡體系結構;CtiectSCADA與ControlLogix系列PLC的之間采用OPC技術，通信速度獲得提高;試驗環道的自動數據采集和流程控制;多工藝流程的集成控制。 圖3I/O服務器設置 圖4主板設置 本項目截至2007年9月產生經濟效益20萬元，隨著應用的進程，效益會不斷增加。數據來源：北華航天工業學院寶坻項目組。 |
