GE的PACSystems RX3i系列PLC在莱州—昌邑原油成品油管道输送SCADA系统中的应用

• 关键词：PAC,RX3i控制系统,SCADA系统
• 摘要：莱州－昌邑原油成品油输送管道工程由原油管道和成品油管道组成，原油管道设置2个工艺站场和5个阀室；成品油管道设置2个工艺站场和5个阀室

一．工程介绍：
        莱州－昌邑原油成品油输送管道工程由原油管道和成品油管道组成，原油管道设置2个工艺站场和5个阀室；成品油管道设置2个工艺站场和5个阀室。上述工艺站场和阀室均合建，在莱州设置一座调控中心。
原油管道工程起点为莱州市，终点为昌邑市，管道全长116km。该管线以莱州港东方油库内预留泵站为首站，昌邑石化重质化工原料库现有场地为末站。共2座工艺站场，包括：莱州首站、昌邑末站。全线共建设5座线路截断阀室，其中2座截断阀室远控。
        成品油管道工程起点为昌邑市，终点为莱州市，管道全长116km。该管线以昌邑石化重质化工原料库现有场地为首站，莱州港东方油库内预留泵站为末站。共2座工艺站场，包括：昌邑首站、莱州末站。全线共建设5座截断阀室，其中2座截断阀室远控。
        成品油管道工程的工艺站场和线路截断阀室与原油管道工程的工艺站场和线路截断阀室合建。
        管道沿线有人值守的工艺站场设SCADA的站控制系统（SCS——Station Control System）。无人值守的阀室设SCADA系统的远程终端装置（RTU——Remote Terminal Unit）。在莱州设置一座调控中心。
二．系统概述
        为了保证输油管道安全、可靠、平稳、高效、经济地运行，本输油管道工程全线自动控制系统拟采用以工业计算机为核心的监控和数据采集系（SCADA——Supervisory Control And Data Acquisition，以下简称SCADA系统）。各站采用以计算机为核心的站控制系统（SCS—Station Control System），完成站场内工艺过程的数据采集和监控任务，同时将工艺及设备运行状况和各种参数，通过通信系统传送至莱州调度控制中心，并接受调控中心下达的命令。
        调控中心是全线调度、管理和贸易交接的核心及指挥枢纽，主要完成对各输气站场进行实时监控、调度、管理等任务。
        根据本管道的实际情况，莱州-昌邑原油成品油输送管道工程不设置备用调度控制中心。调度控制中心同时管辖原油管道和成品油管道两条管线。
        SCADA系统以下列控制模式工作：调度控制中心监视、控制及调度管理；站控制室远方控制；就地手动控制。
        站控制系统是SCADA系统的远方控制单元，是保证SCADA系统正常运行的基础，为调控中心调度、管理和控制命令的远方执行单元，是SCADA系统中重要的监控级。站控制系统不但能独立完成对所在工艺站场的数据采集和控制，而且将有关信息传送给调控中心并接受其下达的命令。
       通常情况下，各站内无须人工干预，SCS能自动处理并维持生产过程及设备在预定的运行状态。一旦偏离预定状态，在报警提醒基础上自动切换到安全状态。必要时启动紧急切断系统（ESD—Emergency Shutdown System），停运部分设备乃至关闭整个站场。
       站控制系统用于站内工艺参数、设备状态、公共设施、辅助系统的数据采集、检测和控制。
三．SCS站控系统及配置
       莱州－昌邑原油成品油输送管道工程的SCADA系统由以下系统组成，这些系统通过通信系统相连接：
       调度控制中心MCC
       站控系统SCS
       远控阀室RTU
       过程控制系统选用GE公司的PAC RX3i控制系统，采集现场的温度、压力、流量等参数，并对现场的智能设备进行远程监控。
       依据莱昌系统设计中站控系统的配置图进行搭建莱州站及昌邑站站控硬件系统。
       莱州站PLC包括莱州化工产品系统和莱州重质化工原料系统，其中莱州重质化工原料系统包括12槽控制器机架2个，16槽通用机架3个，10槽扩展机架2个；莱州化工产品系统包括12槽控制器机架2个，16槽通用机架2个，10槽扩展机架1个。
       昌邑站PLC包括昌邑化工产品系统和昌邑重质化工原料系统，其中昌邑重质化工原料系统包括12槽控制器机架2个，16槽通用机架1个，10槽扩展机架1个；昌邑化工产品系统包括12槽控制器机架2个，16槽通用机架3个，10槽扩展机架2个。
具体配置图：莱州站站控系统配置图、昌邑站站控系统配置图。

四 硬件介绍：
       PAC Systems RX3i拥有一个单一的控制引擎和一个通用的编程环境，它能方便地应用在多种硬件平台上，并且提供真正的集中控制选择。
控制器CPU（IC695CRU320）

       控制器有一个RS-485 端口和一个RS-232 端口，支持 SNP、串行I/O 和 Modbus 从模式；支持串行、Genius、以太网、Profibus通讯方式；双机硬件冗余配置，可实现无扰动切换，因为PACSystems RX3i控制器冗余配置时是安装在两个机架上，此时还需在各个机架上安装一个光纤同步模块来实现冗余。PAC RX3I系统一旦检测到故障，冗余控制器之间将自动切换，且不产生任何干扰。备用控制器和主控制器一样，在同一时间内对相同数据进行相同的运算，其结果照常进行交叉检查。这就确保备用控制器随时准备接替主控制器进行冗余。
       LED显示：CPU OK:CPU已经供电时显示绿色，表示CPU正常；RUN:程序编辑通过显示绿色，表示CPU运行正常；OUTPUTS DISABLED:输出不正常时显示红色；I/O FORCE:下载程序时IO被强制时显示红色；BATTERY：备用电池未接或故障时显示红色；
       SYSTEM FAULT:系统文件错误是显示红色。
       开关：STOP/RUN:STOP状态为CPU停止状态时可以设置临时IP，下载完配置后将开关拨至RUN状态CPU才能正常运行。
底板
        通用的背板支持PCI总线和串行背板总线两种总线。 RX3i System必须包含一个12-Slot通用背板或者16-Slot通用背板。每个背板上可以安装电源模块、CPU、I/O模块和串行扩展模块。本系统中控制器底板采用型号为IC695CHS012的12槽底板，IO机架采用型号为IC695CHS016的16槽底板，串行扩展背板采用型号为IC694CHS392的10槽底板。

通用机架电源模块（IC695PSD140）
       RX3i 的电源模块像 I/O 一样简单地插在背板上，并且能与任何标准型号 RX3i CPU 协同工作。电源模块需要外接24V电压。其具有限流功能， 发生短路时，电源模块会自动关断来避免硬件损坏。              LED显示包括：power：显示绿色时表示给底板供电正常，琥珀色表示24V电压已经供给了电源但是电源的开关还处于OFF，底板未供电；P/S FAULT:显示红色是表示电源工作不正常；OVERTEMP:琥珀色时表示模块过温度；OVERLOAD：琥珀色表示输出超过模块能承受的输出能力。
开关：ON/OFF开关：ON时给底板已供电，OFF时底板未供电。

扩展机架电源模块（IC694PWR331）
       电源模块需要外接24V电压。其具有限流功能， 发生短路时，电源模块会自动关断来避免硬件损坏。
LED显示包括：
PWR:电源外接24V电时显示绿色正常，琥珀色为不正常；
OK:与PLC连接正常显示绿色；琥珀色为PLC连接中出现问题；
RUN:当PLC处于运行状态时显示绿色，非正常时为琥珀色。

同步模块（IC695RMX128）
        同步模块外形如右图所示，同步模块可以用光纤（图中下端可以插拔光纤）进行主备控制器的数据同步。
        LED显示：OK:供电正常时时显示为绿色，不正常时为琥珀色；
        LINK OK：光纤连接正常时显示绿色，不正常时为琥珀色；
        LOCAL中REDAY:控制器运行正常时指示灯为绿色，控制器未连接时无指示；
        LOCAL中ACTIVE:此控制器被激活时指示灯为绿色，未激活时无指示；
        开关：ROLE  SWITCH:用于激活控制器，将开关按下1的方向几秒钟后放开，此控制器即被激活，这是LOCAL中的ACTIVE指示灯会变绿色。
串口通讯模块（IC695CMM004/ IC695CMM002）

       串口通讯模块外形如右图2-1-6所示，IC695CMM004为四个端口，IC695CMM002为两个端口，每个端口都可以配置MODBUS Master, MODBUS Slave, or Serial I/O protocol ，通讯方式可以为Modbus 485或Modbus 232。
       LED显示：MODULE OK:正常运行时显示为绿色，运行中出现系统故障或者硬件故障时显示琥珀色；
PORT FAULT：端口配置正确，收发正常时显示绿色，如果出现错误则显示琥珀色
STATUS：端口有收发数据时，进行闪烁，无数据收发时无显示。                                                                       

I/O模块
        本系统I/O模块包括DI模块（IC694MDL645）、DO模块（IC694MDL740）、AI模块（IC695ALG608）、AO模块（IC695ALG708）、RTD模块（IC695ALG600）。单独的I/O模块具有可拆卸的24VDC接线端子块和接地条以减少用户配线。一些高密度模块在前端具有连接器以取代可拆卸的端子块。
DI模块（IC694MDL645）
        输入模块提供 PLC 和诸如接近开关、按钮、开关和 BCD thumbwheels 这样的外部输入设备之间的接口，IC694MDL645为PACSystems RX3i 直流电压输入模块，24VDC 正/ 负逻辑（本项目用24V正逻辑），16 点输入。利用接线端子连接现场信号，具体模块原理图可以查阅莱昌PLC系统设计，现场设备触点闭合的话模块对应的通道指示灯会变成绿色，并以数字表示是第几通道。如图2-1-8所示。

DO模块（IC694MDL740）

        输出模块提供 PLC 和诸如接触器、继电器， BCD 显示和指示灯这样的外部输出设备之间的接口。PACSystems RX3i 直流,电压输出模块，1 2 /24 VDC 正逻辑（本项目用24V正逻辑），0.5A，16 点输出。利用接线端子连接现场信号，具体模块原理图可以查阅莱昌PLC系统设计，PLC发送命令后模块对应的通道指示灯会变成绿色，并以数字表示是第几通道。

AI模块（IC695ALG608）/RTD模块（IC695ALG600）

        模拟量输入模块使用户能在每个通道的基础上配置电压、热电偶、电流、RTD和电阻输入。
        通用模拟量模块 IC695ALG600 提供八个通用的模拟量输入通道和两个冷端温度补偿（CJC）通道。输入端分成两个相同的组，每组有四个通道。通过使用Machine Edition 的软件，可以独立配置通道 。
        一个绿色 LED 来指示模块状态MODULE OK，一个双色绿/ 黄 LED 来指示现场状态FIELD STATUS，一个双色红/ 绿 LED 来指示端子块状态TB。
AO模块（IC695ALG708）
        模拟量输出模块使用户能在每个通道的基础上配置电压、电流的输出。
        通用模拟量模块 IC695ALG708 提供八个通用的模拟量输出通道，通过使用Machine Edition 的软件，可以独立配置通道，一个绿色 LED 来指示模块状态，一个双色绿/ 黄 LED 来指示现场状态，一个双色红/ 绿 LED 来指示端子块状态。

五．系统编程软件介绍：
系统需求：
1） Windows� NT version 4.0 with service pack 6.0 或更新 或Windows 2000 Professional或Windows XP Professional或Windows ME或Windows 98 SE。
2） Internet  Explorer 5.5 with Service Pack 2或更新。 （在安装 Machine Edition之前必须先安装IE5.5 SP2） 硬件需要：
3） 500 MHz 基于奔腾的计算机。 （建议主频1 GHz以上）
4） 128 MB RAM （建议 256 MB）。
5） 支持 TCP/IP 网络协议计算机。
6） 150-750 MB 硬盘空间。
7） 200 MB 硬盘空间用于安装演示工程（可选）。
8） 另外需要一定的硬盘空间用于创建工程文件和临时文件
注意：一般普通的笔记本电脑都可以安装此软件。
安装 Logic Developer

1） 将Machine Edition 光盘插入CD-ROM驱动器。 通常安装程序会自动启动，如果安装程序没有自动启动，你也可以通过直接点击Machine Edition 光盘根目录下的Setup.exe 来启动。
2） 在安装界面中点击 开始安装进程。
3） 跟随屏幕上的指令点击下一步进行安装。                                 

六．实施结果：
       莱州—昌邑原油成品油管道SCADA控制系统目前正在实施过程中。由于本项目采用GE智能平台的PAC3i高性能、先进控制系统的易集成，编写程序灵活等特点，使工作速度大大加快，为项目的顺利投产赢得宝贵时间。此项目于2010年开始站场及管线工艺方面施工，计划2013年5月份投产运行，昌邑站场自控系统及集成完成，并对现场设备单体测试完成。待系统投产后安全、稳定的运行，将大大的提高输油管道自动化控制水平，将会给用户带来更大的收益，并为今后的同类项目，提供了宝贵的经验。