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(xiàn)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(jiān)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(xiàn)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(jiān)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(tǒng)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(yè)有非常可貴的借鑒和參考價值。
2 GEIP SCADA系統(tǒng)的結構特點及應用
2.1 SCADA系統(tǒng)的要求
《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》對SCADA系統(tǒng)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(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)，在調度控制中心(MCC)實現(xiàn)對全線的自動化監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)（SCS）（SCS——Station Control System），各輸送站操作人員可以在站控室監(jiān)視和控制本站的系統(tǒng)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(jù)就地安裝的顯示儀表，在現(xiàn)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(wěn)、高效、經濟地運行，SCS和RTU（RTU——Remote Terminal Unit）作為SCADA系統(tǒng)的遠方控制單元，是保證SCADA系統(tǒng)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(zhí)行單元，是SCADA系統(tǒng)中最重要的監(jiān)控級。SCS和RTU不但能獨立完成對所在工藝站場的數(shù)據(jù)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(tǒng)框架
圖1：萊州-昌邑SCADA系統(tǒng)總體結構圖
2.3 軟件架構
Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件是全球最領先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)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(yè)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(huán)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(yè)制定出更快、更有效的商業(yè)及生產決策，以使企業(yè)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(xiàn)整條管線的輸送的監(jiān)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(tǒng)配置圖2， SCADA總體數(shù)據(jù)流向見圖3。
圖2：調控中心的系統(tǒng)配置圖
圖3：SCADA總體數(shù)據(jù)流向圖
此調控中心系統(tǒng)配置以及SCADA總體數(shù)據(jù)流向為Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件典型的系統(tǒng)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(tǒng)體
系結構，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務合理分配到Client端和Server端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。
整條管線的SCADA系統(tǒng)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(wěn)可靠的平臺。
整條管線的SCADA的總體數(shù)據(jù)流，采用以MCC為中心，和SCS、RTU之間通過冗余的信道進行數(shù)據(jù)的交換，通過Proficy HMI/SCADA 軟件實現(xiàn)SCS的站控系統(tǒng)之間的信息交換（ESD與Pac之間，ESD與操作員工作站之間，現(xiàn)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(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制，MCC通過Proficy HMI/SCADA 軟件實現(xiàn)對RTU的監(jiān)控。
2.3.1 Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)軟件的特點
Proficy HMI/SCADA iFIX組態(tài)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(chuàng)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(tǒng)提供最大的可擴展性。iFix系統(tǒng)圖見圖4。
圖4：iFix系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫。
5） iClient技術- iFIX server直接連接到物理I/O點，并維護過程數(shù)據(jù)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(xiàn)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(fā)生作用，減少開發(fā)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(jù)需要把最優(yōu)秀的第三方組件集成于整個系統(tǒng)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(yè)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(shù)據(jù)寫入一個或多個關系數(shù)據(jù)庫。
6） 使用VBA構造圖符-當圖符觸發(fā)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(tǒng)安全級管理，增強Windows NT系統(tǒng)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(tǒng)的不間斷監(jiān)控，包括備份SCADA服務器、LAN冗余以及利用網絡狀態(tài)服務器和iFIX診斷顯示程序監(jiān)視、控制網絡運行狀態(tài)。
SCADA系統(tǒng)軟件的配置主要根據(jù)管線的采集監(jiān)控的I/O數(shù)量和系統(tǒng)的功能確定SCADA軟件的配置和選項，MCC配置了冗余的實時數(shù)據(jù)庫和冗余的歷史數(shù)據(jù)庫以及一定數(shù)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(tǒng)。
2.4 硬件架構
《萊州－昌邑液體化工輸送管道工程》站控系統(tǒng)（SCS）采用是GEIP的先進的PAC家族的PAC3i系統(tǒng)，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(yè)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(tǒng)（SCS）采用是冗余的系統(tǒng)配置，控制層采用工業(yè)級100M以太網的冗余鏈路實現(xiàn)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(shù)據(jù)交換方式實現(xiàn)CPU對I/O控制等功能。SCS典型的系統(tǒng)配置見圖5。
圖5：站控系統(tǒng)配置圖
站場的ESD控制系統(tǒng)采用是AB的安全控制器，同時通過Modbus通訊方式實現(xiàn)把ESD信號傳送到SCS，保證過程控制系統(tǒng)（動態(tài)）與安全控制系統(tǒng)（靜態(tài)）信號的各自的完整性和獨立性，實現(xiàn)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(xiàn)調控中心對閥室的信號的監(jiān)控，系統(tǒng)配置見圖6。
圖6：RTU閥室系統(tǒng)配置圖
2.4.1 GEIP的PAC3i冗余硬件系統(tǒng)的特點
1） 完全統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境
?? 應用于所有GEIP硬件產品的統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，包括用于開發(fā)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?zhèn)鬏斏儆?/span> 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(xiàn)冗余的同步物理連接，實現(xiàn)更高系統(tǒng)的可用性
?? 系統(tǒng)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(shù)據(jù)，第二次同步輸出數(shù)據(jù)同步數(shù)據(jù)包括時間日期、強制狀態(tài)、上跳沿和故障點
?? I/O 只接受主控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)
?? 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(xié)議
?? Modbus、Modbus TCP/IP、Profibus、Genius、HART, 和 DeviceNet等通訊協(xié)議，方便與站場內三方通訊設備的數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)，將會給用戶帶來全新控制理念，同時通過GEIP的SCADA系統(tǒng)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(wěn)、高效、經濟地運行。
關于GE智能平臺
GE智能平臺是一個提供高新技術的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術服務以及嵌入式計算。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€獨特的，靈活的，超可靠的技術基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防御，以及通訊等產業(yè)領域獲得持續(xù)的優(yōu)勢。GE智能平臺是一家總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè)，是GE企業(yè)解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪問：www.ge-ip.com。