SIEMENS WINCC在新疆新捷公司成品油管道控制系统的应用
2005/12/20 14:55:00
系统简介：
该项目是新疆石油管理局所属的石油运输管道控制系统二期项目。这条管线将克拉玛依炼油厂的成品油通过管道运输至乌鲁木齐。目前为止它是国内第三条，也是现代化程度最高最长的成品油管线。全长三百余公里。它由五个泵站，一个调度中心组成。技术上涉及不同油品的混合运输，两管汇合，水击事件保护等大量复杂控制功能。在该项目的一期工程中，控制系统采用的是AB 公司的PLC和霍尼韦尔的SCAN3000系统。在二期项目中，用户决定在新增的两个站中采用西门子的WINCC系统，并且将原泵站的SCAN3000系统替换为WINCC系统。系统开发商为沈阳惠东公司。SFAE承担销售和技术支持任务。
系统中每个泵站有一套AB冗余PLC，使用一套WINCC进行本地监控。在调度中心使用两套WINCC系统进行远程监控。WINCC系统采用中文版本4。02，中文NT操作系统。两套WINCC系统为冗余SERVER，同时也作为两个操作站使用。各泵站，泵站与调度中心间使用光缆进行广域网连接。
面临问题：
针对这个项目，我们分析并解决了如下几个几方面主要问题：
如何实现WINCC 和AB PLC 的连接，同时满足变量数，广域 网连接等要求？
如何实现WINCC 和AB PLC 通讯链路的冗余，包括AB PLC 的冗余，网口及通讯介质的冗余？
如何实现WINCC 的冗余及主备标志切换？
如何实现WINCC 与用户应用程序之间的数据交换，以及不同SERVER上用户应用程序所需数据的冗余？
如何实现两台WINCC SERVER间LOCAL 报警的同步确认？
如何完成用户复杂报表格式的实现？
如何实现整个系统的时间同步？
方案选择和系统结构：
首先考虑WINCC 和AB PLC 的连接问题：
思路一：WINCC与ABLPLC通过S7－300连接。ABLPLC与S7－300通过TCP/IP或 PtP, 或其他方法。
思路二：WINCC与ABLPLC直接连接。比较WINCC提供的ABJTCP/IPKCHANNEL 或 DH+ CHANNEL，或其他方法。
其次考虑WINCC 和AB PLC 通讯链路的冗余：
思路：AB PLC 通过DH+可实现冗余；但如何通过TCP/IP实现
再次考虑WINCC 的变量数及两套变量间的切换
思路：尽量不增加变量数，并不在WINCC中通过C脚本来实现变量间的切换
经过多次试验和考虑，系统方案定为如下所示：
实现方法：使用Rockwell的Rslinx软件连接冗余的ABJPLCLCPU，使用TCP /IP协议以满足系统广域网的连接。WINCC与Rslinx通过DDE通道进行数据交换 。通过Rslinx软件的别名功能来实现两套变量间的切换。其切换的控制和通讯介质的冗余由SFAE开发的应用程序与AB PLC程序配合控制。
解决方法：
1.如何实现WINCC与用户应用程序之间的数据交换，以及不同SERVER上用户应用程序所需数据的冗余，如何快速启动用户程序？
*由于用户需开发专用的控制程序来完成批输，水击等控制功能。不可避免的需要与WINCC进行数据交换，读写实时和历史值。为解决这一问题我们使用了WINCCIODK的函数，使得用户应用程序能够直接从DATA MANAGER中 访问数据。在程序中进行访问同一数据的协调。
*由于用户某些功能需长时间连续进行，如批输功能，可能持续几天。为防止在此期间应用程序运行的WINCCPSERVER出现故障，必须保证另一台 WINCC SERVER上的应用程序能够在中断点继续运行。这样，必须将故障 SERVER上的中间计算数据实时的进行备份。为实现该功能，采用了WINCC OPC通道，并使用C脚本，将两台WINCC的相应数据从当前主机上传送到备机上。数据备份按C 脚本的触发周期进行。
*用户程序需根据不同工况快速启动，比如水击保护功能，水击波传输速度为一千米左右/每秒。系统必须在不同负载率的情况下及时启动保护程序。我们通过C脚本中的程序启动函数完成该项功能，并满足了用户对实时性的要求
2． 如何完成用户复杂报表格式的实现？
用户所用的班报表，月报表格式复杂而且很大。在原系统中是将其拆成四张报表。在这期项目中用户要求将其合并以方便管理，并扩展其统计等功能。WINCC现有的报表功能不能满足用户的要求。我们采用EXCEL软件来完成报表功能。通过其方便的编辑功能完成报表样式的设计，通过VBA编程来完成数据采集，填写和统计等功能。打印作业的启动由C脚本完成。报表输出采用LQ1600KIII针打，以实现宽报表输出和报警的实时输出。
3． 如何实现两台WINCC SERVER间LOCAL 报警的同步确认？
为完成某些报警功能，开发技术人员使用C脚本程序产生一些内部变量进行判断，并将内部变量作为报警触发变量。同时由于变量数的限制并没有将报警的确认反馈回PLC中。那么在调度中心的WINCC系统中，用户在一台WINCC中进行的报警确认不能同时在另一台WINCC中反映。为解决这一问题，当WINCC4。02推出后，我们利用WINCC4。02的本地报警同步功能来解决。但由于报警数目超过WINCC4。02能确认的一千条限制，所以我们利用ODK的报警处理函数完成超过一千条部分的报警同步确认。当用户在一台WINCC上进行报警确认时，通过OPC通道将其变化传到另一台WINCC上，触发该机器上的C程序完成相应报警条的确认。
4． 如何实现整个系统的时间同步？
由于系统由多个WINCC系统组成，并且经过广域网连接，时间同步成为重要的要求。综合各种方法，我们采用开发时间同步程序来完成时间同步。时间值由当前主站发送，备机和泵站接受。主机发送程序一天启动三次，运行一分钟后关闭。备机每小时检查启动情况，如没有启动接收程序则启动它，启动后不再重启。泵站接收程序随NT系统启动，关闭时停止。
5． 主备机标志的切换扩充控制
在本系统中，两个冗余WINCC系统的主备标志不仅由系统自身控制，而且还由标志控制程序控制。在WINCC系统中，当发生主机WINCC退出或RT停止时，备机切换至主机状态。但当主机计算机掉电，死机或通讯故障时，备机不能自动从备机切换至主机状态。在本系统中，考虑到负载等原因，一些用户程序分别在主机和备机上运行。当主机出现问题时，备机应及时切换至主机状态以接替运行。通过程序控制，当发生上述故障时，主备标志将及时切换。
结论：
该项目的实施及成功完成，证明了西门子WINCC系统在管道运输行业的可靠性和灵活性。为今后承接类似控制项目奠定了良好的实践基础，取得了宝贵的技术经验。同时也为西门子进入石油行业，特别是石油管道运输行业迈出了坚实的一步。
该项目是新疆石油管理局所属的石油运输管道控制系统二期项目。这条管线将克拉玛依炼油厂的成品油通过管道运输至乌鲁木齐。目前为止它是国内第三条，也是现代化程度最高最长的成品油管线。全长三百余公里。它由五个泵站，一个调度中心组成。技术上涉及不同油品的混合运输，两管汇合，水击事件保护等大量复杂控制功能。在该项目的一期工程中，控制系统采用的是AB 公司的PLC和霍尼韦尔的SCAN3000系统。在二期项目中，用户决定在新增的两个站中采用西门子的WINCC系统，并且将原泵站的SCAN3000系统替换为WINCC系统。系统开发商为沈阳惠东公司。SFAE承担销售和技术支持任务。
系统中每个泵站有一套AB冗余PLC，使用一套WINCC进行本地监控。在调度中心使用两套WINCC系统进行远程监控。WINCC系统采用中文版本4。02，中文NT操作系统。两套WINCC系统为冗余SERVER，同时也作为两个操作站使用。各泵站，泵站与调度中心间使用光缆进行广域网连接。
面临问题：
针对这个项目，我们分析并解决了如下几个几方面主要问题：
如何实现WINCC 和AB PLC 的连接，同时满足变量数，广域 网连接等要求？
如何实现WINCC 和AB PLC 通讯链路的冗余，包括AB PLC 的冗余，网口及通讯介质的冗余？
如何实现WINCC 的冗余及主备标志切换？
如何实现WINCC 与用户应用程序之间的数据交换，以及不同SERVER上用户应用程序所需数据的冗余？
如何实现两台WINCC SERVER间LOCAL 报警的同步确认？
如何完成用户复杂报表格式的实现？
如何实现整个系统的时间同步？
方案选择和系统结构：
首先考虑WINCC 和AB PLC 的连接问题：
思路一：WINCC与ABLPLC通过S7－300连接。ABLPLC与S7－300通过TCP/IP或 PtP, 或其他方法。
思路二：WINCC与ABLPLC直接连接。比较WINCC提供的ABJTCP/IPKCHANNEL 或 DH+ CHANNEL，或其他方法。
其次考虑WINCC 和AB PLC 通讯链路的冗余：
思路：AB PLC 通过DH+可实现冗余；但如何通过TCP/IP实现
再次考虑WINCC 的变量数及两套变量间的切换
思路：尽量不增加变量数，并不在WINCC中通过C脚本来实现变量间的切换
经过多次试验和考虑，系统方案定为如下所示：
实现方法：使用Rockwell的Rslinx软件连接冗余的ABJPLCLCPU，使用TCP /IP协议以满足系统广域网的连接。WINCC与Rslinx通过DDE通道进行数据交换 。通过Rslinx软件的别名功能来实现两套变量间的切换。其切换的控制和通讯介质的冗余由SFAE开发的应用程序与AB PLC程序配合控制。
解决方法：
1.如何实现WINCC与用户应用程序之间的数据交换，以及不同SERVER上用户应用程序所需数据的冗余，如何快速启动用户程序？
*由于用户需开发专用的控制程序来完成批输，水击等控制功能。不可避免的需要与WINCC进行数据交换，读写实时和历史值。为解决这一问题我们使用了WINCCIODK的函数，使得用户应用程序能够直接从DATA MANAGER中 访问数据。在程序中进行访问同一数据的协调。
*由于用户某些功能需长时间连续进行，如批输功能，可能持续几天。为防止在此期间应用程序运行的WINCCPSERVER出现故障，必须保证另一台 WINCC SERVER上的应用程序能够在中断点继续运行。这样，必须将故障 SERVER上的中间计算数据实时的进行备份。为实现该功能，采用了WINCC OPC通道，并使用C脚本，将两台WINCC的相应数据从当前主机上传送到备机上。数据备份按C 脚本的触发周期进行。
*用户程序需根据不同工况快速启动，比如水击保护功能，水击波传输速度为一千米左右/每秒。系统必须在不同负载率的情况下及时启动保护程序。我们通过C脚本中的程序启动函数完成该项功能，并满足了用户对实时性的要求
2． 如何完成用户复杂报表格式的实现？
用户所用的班报表，月报表格式复杂而且很大。在原系统中是将其拆成四张报表。在这期项目中用户要求将其合并以方便管理，并扩展其统计等功能。WINCC现有的报表功能不能满足用户的要求。我们采用EXCEL软件来完成报表功能。通过其方便的编辑功能完成报表样式的设计，通过VBA编程来完成数据采集，填写和统计等功能。打印作业的启动由C脚本完成。报表输出采用LQ1600KIII针打，以实现宽报表输出和报警的实时输出。
3． 如何实现两台WINCC SERVER间LOCAL 报警的同步确认？
为完成某些报警功能，开发技术人员使用C脚本程序产生一些内部变量进行判断，并将内部变量作为报警触发变量。同时由于变量数的限制并没有将报警的确认反馈回PLC中。那么在调度中心的WINCC系统中，用户在一台WINCC中进行的报警确认不能同时在另一台WINCC中反映。为解决这一问题，当WINCC4。02推出后，我们利用WINCC4。02的本地报警同步功能来解决。但由于报警数目超过WINCC4。02能确认的一千条限制，所以我们利用ODK的报警处理函数完成超过一千条部分的报警同步确认。当用户在一台WINCC上进行报警确认时，通过OPC通道将其变化传到另一台WINCC上，触发该机器上的C程序完成相应报警条的确认。
4． 如何实现整个系统的时间同步？
由于系统由多个WINCC系统组成，并且经过广域网连接，时间同步成为重要的要求。综合各种方法，我们采用开发时间同步程序来完成时间同步。时间值由当前主站发送，备机和泵站接受。主机发送程序一天启动三次，运行一分钟后关闭。备机每小时检查启动情况，如没有启动接收程序则启动它，启动后不再重启。泵站接收程序随NT系统启动，关闭时停止。
5． 主备机标志的切换扩充控制
在本系统中，两个冗余WINCC系统的主备标志不仅由系统自身控制，而且还由标志控制程序控制。在WINCC系统中，当发生主机WINCC退出或RT停止时，备机切换至主机状态。但当主机计算机掉电，死机或通讯故障时，备机不能自动从备机切换至主机状态。在本系统中，考虑到负载等原因，一些用户程序分别在主机和备机上运行。当主机出现问题时，备机应及时切换至主机状态以接替运行。通过程序控制，当发生上述故障时，主备标志将及时切换。
结论：
该项目的实施及成功完成，证明了西门子WINCC系统在管道运输行业的可靠性和灵活性。为今后承接类似控制项目奠定了良好的实践基础，取得了宝贵的技术经验。同时也为西门子进入石油行业，特别是石油管道运输行业迈出了坚实的一步。
投诉建议
提交
查看更多评论
其他资讯
西门子2023财年开局强劲，上调年度业绩目标指引
西门子发布全新 SCALANCE XCB004 SMART 经济型非管交换机
西门子与京东科技签署战略合作协议 赋能城市可持续发展
西门子推出新一代工业以太网交换机，加强OT与IT的协作
西门子加大投入，加速推进可持续发展