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    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化工原料管道和液體化工產品管道組成管線。
重質化工原料管道工程起點為萊州市，終點為昌邑市，管道全長116km，管徑φ660mm 設計壓力6～8MPa。該管線以萊州港東方油庫內預留泵站為首站，昌邑石化重質化工原料庫現有場地為末站。全線共設2座工藝站場，即萊州首站和昌邑末站。管道沿線設5座線路截斷閥室，其中包括2座遠程監控閥室。

    液體化工產品管道工程起點為昌邑市，終點為萊州市，管道全長116km，管徑φ406mm 設計壓力8MPa。該管線以昌邑石化重質化工原料庫現有場地為首站，萊州港東方油庫內預留泵站為末站。全線共設共2座工藝站場，包括：昌邑首站、萊州末站。管道沿線設5座截斷閥室，其中包括2座遠程監控閥室。重質化工原料管道和液體化工產品管道為逆向輸送管道，2條管道同溝敷設，站場和閥室合建。

    本工程是GEIP產品首次在中國石油管輸SCADA系統上最全面的應用，對未來GEIP的產品更好地應用在中國石油管道運輸行業有非常可貴的借鑒和參考價值。

    2 GEIP SCADA系統的結構特點及應用

    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，整個輸送管線采用的是以計算機為核心的全線監控和數據采集（SCADA）系統，在調度控制中心(MCC)實現對全線的自動化監控，同時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系統運行工況和設備命令，自動完成有關控制操作。
    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，自動或是半自動的完成有關操作。
    第三級：就地操作，根據就地安裝的顯示儀表，在現場操作按鈕，可以控制泵站的有關設備，禁止調度中心遙控和站控功能。 通過上述的控制體系完成該輸送管道安全、可靠、平穩、高效、經濟地運行，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的數據采集和控制，而且將有關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SCADA系統，我們推薦采用的是GEIP的Proficy HMI/SCADA iFIX組態軟件。構成SCADA系統的站控系統（SCS）采用當今最為先進的混合控制系統GEIP的PAC系列-PAC3i系統完成對整個管線的工藝監控要求。萊州-昌邑SCADA系統總體架構圖見圖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組態軟件是全球最領先的HMI/SCADA自動化監控組態軟件，已有超過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應用當中，iFIX獨樹一幟地集強大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成為任何生產環境下全面的HMI/SCADA解決方案。 利用iFIX各種領先的專利技術，可以幫助企業制定出更快、更有效的商業及生產決策，以使企業具有更強的競爭力，為此GEIP在全線采用的是iFIX軟件,通過iFix SCADA軟件的應用來實現整條管線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調控中心的系統配置圖2， SCADA總體數據流向見圖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組態軟件典型的系統配置- C/S（Client/Server）結構，即大家熟知的客戶機和服務器結構，它是軟件系統體系結構，通過它可以充分利用兩端硬件環境的優勢，將任務合理分配到Client端和Server端來實現，降低了系統的通訊開銷。

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

    整條管線的SCADA的總體數據流，采用以MCC為中心，和SCS、RTU之間通過冗余的信道進行數據的交換，通過Proficy HMI/SCADA 軟件實現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，現場其他第三方設備與PAC（主）/（備）之間,等等），以及通過站控軟件實現現場數據的采集和控制，MCC通過Proficy HMI/SCADA 軟件實現對RTU的監控。

    2.3.1 Proficy HMI/SCADA iFIX組態軟件的特點

    Proficy HMI/SCADA iFIX組態軟件的特點如下：
    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-由于運用了直觀的圖形工具，iFIX的用戶可以快速上手，簡單快捷地為他們的生產過程創建高性能的過程窗口。
    3） 分布式網絡結構-提供真正的分布式、客戶/服務器結構，為系統提供最大的可擴展性。iFix系統圖見圖4。

               

                         圖4：iFix系統圖

    4） HMI/SCADA服務器- iFIX server直接連接到物理I/O點，并維護過程數據庫。
    5） iClient技術- iFIX server直接連接到物理I/O點，并維護過程數據庫。
    6） iClientTS技術- 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(Terminal Server) 技術。
    7） iWebServer技術- iWebServer是GEIP另外一種Internet瘦客戶端解決方案。

    2.3.2 Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技術的應用

    Proficy HMI/SCADA iFIX的核心技術的應用主要體現在如下八個方面：

    1） 全局技術-iFIX的全局技術使得對一點的修改可以在整個應用內發生作用，減少開發時間。
    2） 即插即解決技術 (Plug and Solve)-GEIP 獨特的專利技術。它是微軟組件對象模型 (COM) 的應用，使得GEIP的產品方便地集成其他第三方的COM組件，用戶可根據需要把最優秀的第三方組件集成于整個系統中。
    3） iCore框架-是iFIX的技術核心，是GEIP 特有技術和微軟DNA技術相結合而形成的工業標準框架。
    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，可直接把實時數據寫入一個或多個關系數據庫。
    6） 使用VBA構造圖符-當圖符觸發編輯事件，用戶可以通過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服務器、LAN冗余以及利用網絡狀態服務器和iFIX診斷顯示程序監視、控制網絡運行狀態。

    SCADA系統軟件的配置主要根據管線的采集監控的I/O數量和系統的功能確定SCADA軟件的配置和選項，MCC配置了冗余的實時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SCS配置了操作員站和工程師站，通過冗余物理鏈路構建起整個輸送管線的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的先進的PAC家族的PAC3i系統，PAC3i是GEIP在2003年推出來的，結合當今最新技術和理念的新一代的混合控制器。短短幾年已經在很多行業廣泛地應用，得到了用戶的認可。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，控制層采用工業級100M以太網的冗余鏈路實現冗余的控制器和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）數據交換方式實現CPU對I/O控制等功能。SCS典型的系統配置見圖5。

               

                            圖5：站控系統配置圖

    站場的ESD控制系統采用是AB的安全控制器，同時通過Modbus通訊方式實現把ESD信號傳送到SCS，保證過程控制系統（動態）與安全控制系統（靜態）信號的各自的完整性和獨立性，實現站場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，實現調控中心對閥室的信號的監控，系統配置見圖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

    1） 完全統一開發環境

    應用于所有GEIP硬件產品的統一開發環境，包括用于開發MMI, Motion, OP和多目標控制應用等多種產品和方案；
    支持IEC 61131 標準；
    便于用戶非常便捷的學習和掌握產品

    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
    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
    可以通過開關強制切換主備控制器
    同步通訊支持冗余配置，每個冗余機架可配配置1or 2 同步模件，實現冗余的同步物理連接，實現更高系統的可用性
    系統同步在邏輯的開始和結尾，保持所有變量完全相同每個掃描周期進行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間日期、強制狀態、上跳沿和故障點
     I/O 只接受主控制器發送的數據
    I/O 無擾動的自動進行切換

    4） I/O的高性能指標

    智能模塊
    先進的診斷功能
    支持熱插拔HTP（hot-plugging）即帶電插拔等

    5） 支持主流的通訊協議

    Modbus、Modbus TCP/IP、Profibus、Genius、HART, 和 DeviceNet等通訊協議，方便與站場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，同時結合與其他廠家的控制系統無縫鏈接構建起萊州－昌邑液體化工輸送管道工程的SCADA系統，將會給用戶帶來全新控制理念，同時通過GEIP的SCADA系統和廣泛的應用經驗保證用戶完成該輸送管道安全、可靠、平穩、高效、經濟地運行。

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