GE系列90-30 PLC天然气站控制系统应用

一、系统方案       该站控制系统的功能是实现调压、调度和计量， 主要有5 8 个电动球阀、6 个电动调节回路、5 个计量支路，共计40 点AI，12 点AO，372 点DI，117 点DO。控制系统方案框图如图1 所示。

      控制系统采用美国GE 公司冗余PLC系统，PLC 控制站、现场总线通讯、上位监控计算机和系统级通讯冗余，因此系统具有很高的可靠性和稳定性，从而保证生产的连续正常运行。        P LC 部分采用双总线双冗余系统，采用GE Fanuc 系列90-30产品作为CPU 和通讯控制器，采用VersaMax的产品作为输入输出。图中PLC_A和PLC_B 为配置相同的CPU冗余控制站，每个站的两块 BEM模块实现GENS 通讯总线（BUS_A 和BUS_B ）的冗余，每个站的两块CMM模块实现与上位监控计算机连接的TCP / IP 通讯冗余。I/O 站则使用具有NIU通讯接口的VersaMax 远程I/O站，NIU 模块可实现两条GENS 现场总线的自动冗余。对于回路控制，设计上采用I /O 站5和6 双AI 和AO 模块配置，AO 经“二选一”输出到电动调节阀，进一步提高可靠性。每个站的可编程PCM模块用于流量的冗余计量。         上位机部分包括两台DELL 计算机、双交换机以及打印机和软件。计算机配置双网卡，双交换机将计算机和PLC连接成冗余的以太网，打印机打印每天的报表。两套计算机互为热备，所有监视和控制完全相同。计算机装有WINDOWS NT4.0 操作系统、PLC 冗余软件MAX ON、PLC 组态软件Versa PRO、系统监控软件CIMPLICIT Y  HMI。CIMPLICITY HMI 作为新一代的监控软件，具有可靠性高、人机界面友好、操作简便、扩展性好、功能齐全等优点。

二、系统功能 1. 系统同步       控制站的CPU一方面通过冗余的GENS 总线和I/O 站交换数据，另一方面CPU之间也通过该总线交换数据。一旦主CPU或通讯出现故障，所有的控制功能都将平稳地切换到备用CPU，以确保工艺装置正常运行。系统同时具有参数同步化，I/O 总线冗余和系统诊断等功能。系统的冗余同步周期大约为40ms。任一I/O 站的I/O 在任一条GENS 总线上都有相对应的I/O寄存器。当某I/O站的一个通讯口或某一条GENS 总线出现通讯故障时，CPU 自动获取备用通讯口或备用GENS 总线的对应的I/O寄存器的数值作为现场I/O的数值，保证了I/O 的无扰切换。计算机和PLC 之间、计算机之间通过双以太网交换数据，这对系统的稳定、可靠运行提供了极高的保证。 2. 生产调度与压力调节        站场和外界干线管道的布局为“二入三出”，两上游来气压力不同，给下游的三条供气压力也不相同。各电动球阀、调压阀、汇气管等设备和装置通过内部管道构成复杂的站内管网，通过电动球阀的开关组合以及电动调压阀的压力控制，达到不同气体流向和需求压力的调度，满足生产的要求。对于回路控制，设计上采用了双AI 和AO 模块在I/O 站5 和6 进行同样的配置，这样对每个控制回路测量输入和控制输出在硬件上做了备用配置，进一步提高可靠性。在编程时利用I/O 站、AI 和AO 模块的诊断信息，经过“二选一”或平均值等方式的“仲裁算法”得到PID运算的测量值；PID的控制输出则同时送到两个机架对应的AO输出点，实际的AO 输出经过“二选一”继电器最终控制电动调节阀。由于AO 输出的分辨率高（12bit），而控制电动调节阀精度约1.5%，全行程时间为40s 或80s，加上继电器的快速切换（15ms），因此很小的“二选一”输出切换误差足以保证实现控制回路的平稳切换。 3. 流量计量       流量计量在PCM模块内完成，采用SY/ T6143-1996 标准，计量过程准确可靠。P CM 为可编程模块， 可运行C 或BASIC程序，有两个独立的串行口。适合于复杂的数学运算和通讯处理，可用来进行流量计量和与组分分析仪进行通讯，与CPU 的数据交换则通过背板总线来实现。每个CPU控制站配备一块PCM模块，PCM 通过判断本CPU控制站的主从状态来保证两块PCM 数据的一致性。两块PCM与分析仪之间采用RS485 网络通讯，只有处于主状态的PCM才从分析仪获取数据，等安装上分析仪即可使用，目前组分数据暂由人工取样获取。 4. SCADA通讯        改扩建后的站控系统， 按照要求必须将站场信息送往约1 km 之外的S C ADA 调度中心。调度中心的计算机（ SCADA 软件使用FIX DMACS）通过RS422 通讯线路与PLC_A 或PLC_B 进行通讯，通讯驱动程序支持通讯线路的冗余和同一通讯线路通讯对象的冗余，冗余站控系统CPU 控制站的切换并不影响二者之间的通讯， 例如PLC_A 由主变从，则中心计算机自动切换到与PLC_B 继续通信。对距离较远的其它站场，中心计算机则通过PSTN或微波与其进行通信。

三、结束语       该系统投运后运行表明， 生产调度顺畅， 压力调节稳定、品质好，流量计量可靠准确，SCADA 通讯正常，完全满足生产要求，获得用户高度评价。