45C-911 ELECTRIC
45C-911 ELECTRIC
45C-911 ELECTRIC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)鍵問題
供稿：艾默生過程管理 2015/3/12 16:10:05
星級： 人氣：638
關(guān)鍵詞： SCADA
摘要：本文以艾默生實(shí)施的內(nèi)蒙古-寧夏的一條焦?fàn)t煤氣輸氣管線為例,論述了基于OpenEnterprise軟件、CotrolWave系列硬件PLC/RTU和艾默生集成技術(shù)的SCADA系統(tǒng)在解決高含氫焦?fàn)t氣管線中幾個(gè)關(guān)鍵問題的重要應(yīng)用，以及未來該系統(tǒng)的前瞻性發(fā)展。
1. 管線需求概述
本文以艾默生實(shí)施的內(nèi)蒙古-寧夏的一條焦?fàn)t煤氣輸氣管線為例,論述了基于OpenEnterprise軟件、CotrolWave系列硬件PLC/RTU和艾默生集成技術(shù)的SCADA系統(tǒng)在解決高含氫焦?fàn)t氣管線中幾個(gè)關(guān)鍵問題的重要應(yīng)用，以及未來該系統(tǒng)的前瞻性發(fā)展。
內(nèi)蒙古-寧夏輸氣管道是我國第一條長距離高氫含量焦?fàn)t煤氣輸送管道，全長216.4公里，管徑611mm，是某國有大型天然氣公司焦?fàn)t煤氣節(jié)能減排綜合利用項(xiàng)目下游產(chǎn)業(yè)鏈的延伸。焦?fàn)t煤氣的主要成分是氫氣和甲烷，有時(shí)還會(huì)有部分CO甚至氧氣混合。含氫量最高時(shí)，氫氣含量可高達(dá)99%。因此該管道有別于通常的天然氣管道，氣質(zhì)更易燃易爆，運(yùn)行更危險(xiǎn)，因此也對SCADA系統(tǒng)提出了高于傳統(tǒng)管道的要求：如安全、環(huán)保、設(shè)備和通訊數(shù)據(jù)可靠、無人值守免維護(hù)等等。
艾默生針對以上的需求為客戶提供了一整套的數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng)（SCADA）解決方案，且包含整體的工程實(shí)施和后續(xù)服務(wù)。當(dāng)前艾默生SCADA系統(tǒng)通過調(diào)控中心、場站和閥室的多級監(jiān)控，將積累了35年之久的SCADA系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用于此項(xiàng)目，為用戶提供了一流的產(chǎn)品和服務(wù)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、安全管理、可靠運(yùn)營的目標(biāo)。
二、特點(diǎn)
根據(jù)電力用戶實(shí)際應(yīng)用的需求，為中國電力自動(dòng)化系統(tǒng)用戶量身定制；
便攜式方式，堅(jiān)固型結(jié)構(gòu)，工業(yè)級設(shè)計(jì)，符合電力系統(tǒng)現(xiàn)場操作；
儀表內(nèi)置雙FSK模擬接口，無需外配電力MODEM，即可實(shí)現(xiàn)上下行模擬數(shù)據(jù)報(bào)文同時(shí)監(jiān)測；
獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲功能，可實(shí)時(shí)在TCP/UDP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行主站、廠站信息數(shù)據(jù)的捕獲；
強(qiáng)大的報(bào)文解析功能，讓用戶十分清楚地對數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行解讀、查閱；
多種報(bào)表自動(dòng)生成，測試數(shù)據(jù)使用WORD工具生成測試報(bào)表，支持統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)表，遙控遙調(diào)測試報(bào)表，變化遙信測試報(bào)表；
支持目前電力系統(tǒng)常用規(guī)約，并可十分方便地進(jìn)行規(guī)約擴(kuò)展，滿足用戶新增規(guī)約分析的需求，有效保護(hù)用戶的投資。
從以上功能與特點(diǎn)我們可以得知，F(xiàn)lexPAC730當(dāng)之無愧是電力規(guī)約分析儀的完美解決方案，能滿足電力規(guī)約分析儀所有的需求。
2. 艾默生SCADA針對高含氫焦?fàn)t氣幾個(gè)關(guān)鍵問題的解決方案
2.1如何確保管道的安全性
焦?fàn)t煤氣的氫氣含量很高，因此用戶對整條管線的安全運(yùn)行提出更高要求，針對客戶的需求，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)架來說，采用了基于OpenEnterprise(簡稱OE)軟件的C/S結(jié)構(gòu)，場站和閥室采用ControlWave PLC和RTU的混合控制器采集現(xiàn)場儀表信號的三級控制模式。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)電流對卡件的破壞。場站的大型壓縮機(jī)、泵等設(shè)備不會(huì)對其造成信號干擾。
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，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)。對于處理通訊中斷，艾默生采用了歷史數(shù)據(jù)就地存儲通訊恢復(fù)后自動(dòng)回填的方式。
ControlWave PLC和RTU均設(shè)計(jì)有特殊的存儲器結(jié)構(gòu)，其中具有大容量的掉電非易失存儲器，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，支持對管道泄漏檢測的管理?？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系統(tǒng)。泄漏檢測技術(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、山脈且有較長一段位于無人戈壁，人員很難到達(dá)，因此該管道上需設(shè)置有一些無人值守的閥室。
無人值守的閥室對硬件設(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來實(shí)現(xiàn)對無人值守閥室的監(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2區(qū)的危險(xiǎn)場所，工作范圍寬達(dá)-40℃~75℃，真正適合用于偏遠(yuǎn)且無人值守的場站和閥室。ControlWave Micro的低功耗設(shè)計(jì)可使用太陽能為其供電，對于閥室架設(shè)電纜難度很大且消耗成本過高的情況，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)，無需人員到現(xiàn)場維修，節(jié)省了人員的巡檢過程，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)。對于較少點(diǎn)數(shù)的閥室來說，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)具有足夠好的開放性和數(shù)據(jù)庫連接能力。
OE SCADA系統(tǒng)具有良好的開放性和可擴(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)庫和一個(gè)歷史數(shù)據(jù)庫，支持SQL、ODBC、OLEDB、JavaDBC等多種數(shù)據(jù)庫協(xié)議，可以方便的與第三方商業(yè)數(shù)據(jù)庫連接，OE獨(dú)特的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，能夠保證與大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如PI, Oracle等快速連接。
通過開放的接口，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)營轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的統(tǒng)一運(yùn)營。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
F3NC01-0N 數(shù)量 9
F3WD64-3N 數(shù)量 5
F3BU06-0N 數(shù)量 18★廈門興銳嘉進(jìn)出口貿(mào)易有限公司
★聯(lián)系人：劉錦玲 ★ Q Q ：2851759111 ★
★電話：0592-5361112 ★ 400-855-5103轉(zhuǎn)003 ★ 手機(jī)：15359273791 ★
★傳真：0592-5581710（注劉錦玲收） ★
★郵箱：2851759111@qq.com ★
★地址；廈門市五緣灣運(yùn)動(dòng)館營運(yùn)中心一號樓二層EFQPQ單元
