6MD400P5 RELIANCE
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艾默生 SCADA如何解決高含氫焦?fàn)t氣管線運(yùn)行中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題2. 艾默生SCADA針對(duì)高含氫焦?fàn)t氣幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的解決方案
2.1如何確保管道的安全性
焦?fàn)t煤氣的氫氣含量很高，因此用戶對(duì)整條管線的安全運(yùn)行提出更高要求，針對(duì)客戶的需求，艾默生在管道安全監(jiān)控和管理上提供了以下幾方面的考慮和解決方案：
首先，保證系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)架和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安全。管道安全運(yùn)行的前提是所有反映管道運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)有效的傳遞到調(diào)控中心。從SCADA整體構(gòu)架來(lái)說(shuō)，采用了基于OpenEnterprise(簡(jiǎn)稱OE)軟件的C/S結(jié)構(gòu)，場(chǎng)站和閥室采用ControlWave PLC和RTU的混合控制器采集現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)的三級(jí)控制模式。SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：
為保證數(shù)據(jù)采集的可靠性，調(diào)控中心SCADA服務(wù)器為熱備冗余結(jié)構(gòu)，裝有OE冗余軟件，當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)能自動(dòng)切換到備用服務(wù)器，由于基于OE的主備服務(wù)器之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步，所以主備之間可無(wú)擾切換，這樣即使在出現(xiàn)故障切換時(shí)系統(tǒng)仍能保持平穩(wěn)運(yùn)行。
在場(chǎng)站為了確保運(yùn)行安全，我們采用了艾默生獨(dú)特的PLC和RTU混合控制器ControlWave（簡(jiǎn)稱CW）。該款控制器既具備有PLC高速邏輯數(shù)據(jù)處理能力，又具備RTU的硬件性能卓越、可適應(yīng)惡劣環(huán)境的特點(diǎn)。
CW PLC硬件采用多種隔離技術(shù)設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的防浪涌和防電磁干擾性能，減少感應(yīng)雷電或瞬態(tài)電流對(duì)卡件的破壞。場(chǎng)站的大型壓縮機(jī)、泵等設(shè)備不會(huì)對(duì)其造成信號(hào)干擾。
站控PLC通常放置于控制室內(nèi)，常規(guī)的管道會(huì)選擇不具備防爆特性的傳統(tǒng)PLC，而在本項(xiàng)目中所使用的CW PLC 具備Class 1, Division2的防爆等級(jí)，可以在偶爾出現(xiàn)危險(xiǎn)氣體的環(huán)境中使用，這也正是考慮將其運(yùn)用到高氫焦?fàn)t氣管道的目的。場(chǎng)站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
其次，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?。為了管道的安全運(yùn)行，不僅現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)要可靠的傳輸?shù)秸{(diào)控中心，報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)也需要反映到調(diào)控中心。該管道SCADA系統(tǒng)的通訊線路受地理?xiàng)l件影響無(wú)法做成雙光纖冗余信道，只能采取主通信信道使用聯(lián)通公司的公共光纖網(wǎng)，備用通信采用CDMA無(wú)線的方式。如此的通訊條件很容易出現(xiàn)通訊中斷的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于處理通訊中斷，艾默生采用了歷史數(shù)據(jù)就地存儲(chǔ)通訊恢復(fù)后自動(dòng)回填的方式。
ControlWave PLC和RTU均設(shè)計(jì)有特殊的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中具有大容量的掉電非易失存儲(chǔ)器，當(dāng)通訊出現(xiàn)中斷時(shí)，帶有時(shí)間標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地PLC/RTU內(nèi)，一旦通訊恢復(fù)，歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警會(huì)自動(dòng)回傳到OE系統(tǒng)。這樣則不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述歷史數(shù)據(jù)回填功能，我們采用了艾默生高級(jí)同步/異步協(xié)議-BSAP協(xié)議完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的傳輸。BSAP協(xié)議是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于modbus的高速協(xié)議，可以使數(shù)據(jù)在不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)上傳輸，可支持多級(jí)網(wǎng)絡(luò)劃分從而確保SCADA的分布式結(jié)構(gòu)。BSAP協(xié)議內(nèi)置握手和失敗重發(fā)功能，確保信息傳輸?shù)恼_性。BSAP協(xié)議可傳輸帶時(shí)間標(biāo)簽的報(bào)警信息，采用陣列、存檔和審核結(jié)構(gòu)來(lái)貯存歷史數(shù)據(jù)，具有RBE（異常狀況主動(dòng)告警）功能。所有ControlWave PLC/RTU通過(guò)BSAP協(xié)議連接到OE，使用戶在調(diào)度管理中心獲取完整的實(shí)時(shí)、報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)信息。即使通訊鏈路出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)仍然可以在故障修復(fù)后自動(dòng)回填到上位機(jī)的OE中。再次，支持對(duì)管道泄漏檢測(cè)的管理?？紤]到管道內(nèi)氫氣介質(zhì)的危險(xiǎn)性，我們建議客戶增加管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。泄漏檢測(cè)技術(shù)既要保證泄漏報(bào)警的及時(shí)性，又要確保報(bào)警的準(zhǔn)確性，盡可能避免誤報(bào)警。泄漏檢測(cè)需要SCADA系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)有效且完整的數(shù)據(jù)，這是能夠提供真實(shí)泄漏報(bào)警的依據(jù)。OE系統(tǒng)可提供高達(dá)20000次/秒的高速刷新速率，切實(shí)保障了泄漏報(bào)警數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，為最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)小流量泄漏奠定了基礎(chǔ)。
如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守
內(nèi)蒙古到寧夏的地理?xiàng)l件惡劣，管道穿越河流、山脈且有較長(zhǎng)一段位于無(wú)人戈壁，人員很難到達(dá)，因此該管道上需設(shè)置有一些無(wú)人值守的閥室。
無(wú)人值守的閥室對(duì)硬件設(shè)備提出更高要求：硬件RTU要堅(jiān)固耐用，做到免維護(hù)；能夠適應(yīng)惡劣的安裝環(huán)境；能夠應(yīng)對(duì)缺乏電力供應(yīng)的情況。
在該項(xiàng)目中，我們采用了艾默生ControlWave Micro RTU來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人值守閥室的監(jiān)視與控制。閥室RTU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
ControlWave Micro RTU可應(yīng)用于1級(jí)2區(qū)的危險(xiǎn)場(chǎng)所，工作范圍寬達(dá)-40℃~75℃，真正適合用于偏遠(yuǎn)且無(wú)人值守的場(chǎng)站和閥室。ControlWave Micro的低功耗設(shè)計(jì)可使用太陽(yáng)能為其供電，對(duì)于閥室架設(shè)電纜難度很大且消耗成本過(guò)高的情況，可以避免敷設(shè)電纜的浩大工程。ControlWave Micro的硬件具有一定防電浪涌能力，保護(hù)卡件不被破壞，真正的免維護(hù)設(shè)計(jì)，無(wú)需人員到現(xiàn)場(chǎng)維修，節(jié)省了人員的巡檢過(guò)程，保障了人員安全。
此外ControlWave Micro設(shè)計(jì)有靈活的尺寸規(guī)格，規(guī)模從3插槽到14插槽，并且具備混合型I/O板卡，即一塊板卡上可以配備AI/AO，DI/DO等多種類型的接點(diǎn)。對(duì)于較少點(diǎn)數(shù)的閥室來(lái)說(shuō)，優(yōu)化了成本投入。
如何與多個(gè)工廠系統(tǒng)和ERP協(xié)調(diào)工作
該條管道內(nèi)的氫氣主要用作下游化工廠的生產(chǎn)原料，甲烷用于液化天然氣的生產(chǎn)，整個(gè)管道連接有焦化廠、LNG液化廠、公用設(shè)施等多個(gè)工廠和廠級(jí)控制中心。這些大型的工廠和集氣站均采用有不同廠家的DCS系統(tǒng)，因此將眾多系統(tǒng)集成在一起使之協(xié)調(diào)一致運(yùn)行也是艾默生在本項(xiàng)目中需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。由于液化廠、集氣站并不是全部已經(jīng)存在，因此會(huì)在今后不斷擴(kuò)展，這就對(duì)SCADA系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性提出了更高要求。此外，客戶還需要將工廠、管道的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)連接到更高層的商業(yè)管理系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的管理應(yīng)用。這樣就需要艾默生的SCADA系統(tǒng)具有足夠好的開(kāi)放性和數(shù)據(jù)庫(kù)連接能力。
OE SCADA系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，支持Modbus、DNP3、TCP/IP、OPC等多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，能夠確保第三方系統(tǒng)和硬件的無(wú)縫接入。
OE server包含了一個(gè)強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，支持SQL、ODBC、OLEDB、JavaDBC等多種數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)議，可以方便的與第三方商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接，OE獨(dú)特的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，能夠保證與大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)如PI, Oracle等快速連接。
通過(guò)開(kāi)放的接口，OE可以將每一套工廠的DCS數(shù)據(jù)都顯示在調(diào)控中心，管道的運(yùn)營(yíng)者也可以在調(diào)控中心了解到工廠的生產(chǎn)情況，所有的數(shù)據(jù)集成到ERP系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)到管道輸送的調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)貿(mào)易和財(cái)務(wù)訂單管理。將傳統(tǒng)的管道獨(dú)立運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)。各工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也可以和管道數(shù)據(jù)一起通過(guò)Web服務(wù)器發(fā)布到相關(guān)管理人員的電腦中。F3PU06-0N 數(shù)量 9
F3PU10-0N 數(shù)量 9
F3SP21-0N 數(shù)量 18
F3YD64-1A 數(shù)量 22
F3XD64-3N 數(shù)量 21
F3LC21-1N 數(shù)量 18
F3NC02-0N 數(shù)量 10
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