陜京天然氣輸送管道工程是國家"九五"計(jì)劃內(nèi)的重點(diǎn)能源建設(shè)項(xiàng)目况芒，管道干
線西起陜北靖邊卫道，東至北京衙門口長約840KM看剃，支線西起北京房山區(qū)琉璃河，東至
河北省永清寨今，長約64KM。
 陜京輸氣管道采用了SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)陜西到北京天然氣輸送的遠(yuǎn)程監(jiān)視某澡、控制
叼榄、數(shù)據(jù)采集、管道工藝優(yōu)化和決策份览，是迄今為止我國陸上控制天然氣管道距離最
長硼货，自動(dòng)化水平最高，功能齊全等自動(dòng)化系統(tǒng)晃纹。該系統(tǒng)由德國PLE管道工程公司钢怪、
德國CEGELEC AEG系統(tǒng)自動(dòng)化公司，四川石油管理局勘探設(shè)計(jì)研究院褂宙、北京華油有 
限責(zé)任公司等共同完成鲁修。天津諾迪亞可編程控有限公司作為德國CEGELEC AEG的合 
作伙伴，直接參與了SCADA系統(tǒng)中PLC部分的由工程投標(biāo)初家，系統(tǒng)設(shè)計(jì)偎窘，程序編制， 
安裝調(diào)試和維修服務(wù)的全部工作溜在，為工程的順利完成作出了重要的貢獻(xiàn)陌知。 
一、 系統(tǒng)概況 
 陜京SCADA系統(tǒng)在北京設(shè)置一總控制調(diào)度室掖肋，下設(shè)四個(gè)輸氣管理處終端監(jiān)視仆葡， 
沿管線設(shè)置RTU站，系統(tǒng)構(gòu)成如圖一所示志笼。PLC系統(tǒng)作為SCADA系統(tǒng)的智能RTU及現(xiàn) 
場控制設(shè)備沿盅，在整個(gè)SCADA系統(tǒng)中占有重要地地位。陜京管道全線共設(shè)有自動(dòng)控制 
站（ACS）20座籽腕，PLC系統(tǒng)在站中負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場控制信號(hào)嗡呼，對(duì)各種閥門進(jìn)行操作和 
調(diào)節(jié)；接收來自流量計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和存儲(chǔ)皇耗，生成相應(yīng)得趨勢 
曲線和生產(chǎn)報(bào)告南窗；接收氣體分析儀的數(shù)據(jù)來動(dòng)態(tài)調(diào)整流量計(jì)算機(jī)中的參數(shù)等等。 
各站的PLC負(fù)擔(dān)的另一個(gè)重要功能是向北京調(diào)度中心提供現(xiàn)場的狀態(tài)數(shù)據(jù)及全部的 
流量數(shù)據(jù)碘云，并接收來自調(diào)度中心的控制指令谨跌，以實(shí)現(xiàn)全線的遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程通信 
方式為通信衛(wèi)星（VSAT）和公用電話網(wǎng)（PSTN），其中衛(wèi)星通信為主路由吊烫，公用 
電話網(wǎng)為備用路由言酪。 
二、 系統(tǒng)配置 
 陜京輸氣管道SCADA系統(tǒng)選用的是Modicon 90年代Quantum PLC產(chǎn)品谍钝。在20座 
自動(dòng)控制站（ACS）中分為兩類： 
A類：有人值守的計(jì)量站败饵，包括靖邊首站、北京末站椭徙、琉璃河分輸站和永清分輸站 
熊过。由于這四個(gè)站規(guī)模較大，并且是流量數(shù)據(jù)的來源征乳，為保證系統(tǒng)的高可靠性胖真，計(jì) 
量站PLC都配置了雙機(jī)熱備系統(tǒng)和冗余的通信路由，另外配置了工業(yè)計(jì)算機(jī)人機(jī)接 
口（HMI）和相應(yīng)的報(bào)警律姨。PLC主機(jī)選用140CPU21304振峻，內(nèi)存為756KB，掃描速率為 
0.3ms每K字择份。上位監(jiān)控軟件為FactoryLink 扣孟。 
B類：無人值守的9座站及7座清管站，由于這些站規(guī)模較小缓淹，且主要作為北京調(diào)度 
中心遙控設(shè)備哈打，因此在站內(nèi)不設(shè)PLC人機(jī)接口，也不作熱備讯壶，但是通信路由仍然是 
冗余配置料仗。PLC主機(jī)選用140CPU11302，內(nèi)存為256KB伏蚊，掃描速率為1ms每K字立轧。 
三、 通信系統(tǒng) 
 Modicon PLC具有強(qiáng)大的通信功能躏吊，充分支持局域控制網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程廣域通信網(wǎng) 
絡(luò)氛改。 
1、 局域控制網(wǎng)絡(luò) 
 在靖邊站比伏、琉璃河站臊癞、北京末站、永清站都采用了Modbus Plus(MB+)網(wǎng)絡(luò)吸畸， 
如圖二所示绣嫉。MB＋是一個(gè)高性能的工業(yè)通訊網(wǎng)，它可以使計(jì)算機(jī)翁脓，PLC或其它數(shù)據(jù) 
源經(jīng)雙絞線電纜在工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)等通訊普计，MB＋的數(shù)據(jù)傳送速率是1MBPS 
祟俯。MB＋采用的是令牌通信策略，具有高可靠性和大的吞吐率迂唤。MB＋支持網(wǎng)絡(luò)的狀 
態(tài)監(jiān)測五妹，可以由PLC監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，在故障時(shí)可產(chǎn)生即時(shí)報(bào)警革惊，此外辞皇，MB＋ 
支持例外讀寫和非清求讀寫等高級(jí)通信功能。 
在MB＋網(wǎng)絡(luò)中配置了BM85多路復(fù)合網(wǎng)橋骏卿，將MB＋網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接 
口協(xié)議犀村，以集成廣域網(wǎng)通信。 
2材彪、 廣域通信 
 在各現(xiàn)場站到北京調(diào)度中心的通信網(wǎng)絡(luò)中，采用的是Modbus協(xié)議琴儿。Modbus協(xié) 
議已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)段化，采用RS232C的串行通信方式，能利用一切現(xiàn)有的遠(yuǎn) 
程通信方式如衛(wèi)星造成、無線電显熏、電話線路等。 
 如圖一所示晒屎，SCADA系統(tǒng)中遠(yuǎn)程通信的主路由為美國休斯公司的衛(wèi)星通信系統(tǒng) 
喘蟆，從BM85的一個(gè)RS232C接口可與休斯公司的衛(wèi)星收發(fā)設(shè)備相連，Modbus數(shù)據(jù)包經(jīng) 
衛(wèi)星收發(fā)設(shè)備打成X.25的數(shù)據(jù)包以加強(qiáng)通信的糾錯(cuò)能力鼓鲁。北京調(diào)度中心的熱備通 
信前端處理機(jī)（FEP）負(fù)責(zé)請(qǐng)求和接收各現(xiàn)場站的數(shù)據(jù)蕴轨，進(jìn)入SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。 
 由于Modbus集成在Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)中骇吭，前端機(jī)支持同時(shí)打開八條通道與現(xiàn)場 
站進(jìn)行通信橙弱。在SCADA系統(tǒng)中20座現(xiàn)場站分成了8組，其中四座計(jì)算機(jī)站分別為單 
獨(dú)的組咱取，以支持大的通信數(shù)據(jù)和保證實(shí)時(shí)性傻椿，其他無人操作站分配4組，運(yùn)用輪循 
方式進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求姆歹。 
 SCADA系統(tǒng)的備用路由是PSTN公用電話網(wǎng)肤狞。BM85通過調(diào)制解調(diào)器與電話網(wǎng)相聯(lián) 
，本項(xiàng)目采用的是撥號(hào)方式與各站聯(lián)通虽浆。當(dāng)衛(wèi)星通道發(fā)生故障時(shí)货瘫，備用路由即開 
始啟用。由于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四條撥號(hào)線包惹，所以FEP仍是采用輪循方式對(duì)各站進(jìn)行 
訪問茵软，加上撥號(hào)、應(yīng)答及掛斷的時(shí)間，速度要比VSAT通信要慢得的多枷瀑。 
VSAT通道和PSTN通道故障可由通信超時(shí)信號(hào)（Timeout）來監(jiān)測民氏，超時(shí)的時(shí)間數(shù)值 
及通信請(qǐng)求的重發(fā)次數(shù)可以在BM85配置表中預(yù)先設(shè)置。 
3常枢、 系統(tǒng)的同步 
 為保持SCADA系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的一致性久规，保持整個(gè)系統(tǒng)的同步非常重要，特別 
是在整個(gè)管道上的9座陰極保護(hù)防腐裝置旗扑，要求各站工作狀態(tài)同步變化蹦骑，以測試斷 
電狀態(tài)時(shí)的保護(hù)電位。 
首先在北京調(diào)度中心設(shè)置了GPS時(shí)鐘作為全系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間臀防，并要求各PLC站硬件 
時(shí)鐘誤差不超過1秒眠菇。系統(tǒng)時(shí)鐘同步是由前端機(jī)向各現(xiàn)場站發(fā)送時(shí)鐘校核來實(shí)現(xiàn)的 
。時(shí)鐘校核方式為： 
l 當(dāng)有一新RTU聯(lián)接上網(wǎng)袱衷； 
l 30分鐘對(duì)各站校核一次捎废； 
l RTU重新啟動(dòng)時(shí)必須校核； 
l 中斷的通信獲得恢復(fù)時(shí)也應(yīng)該校核致燥； 
 在實(shí)際應(yīng)用中登疗，對(duì)PLC編程時(shí)還采用了程序段調(diào)度的方法，使時(shí)鐘同步程序優(yōu) 
先執(zhí)行嫌蚤，以使PLC能即時(shí)獲得由中控室下載的系統(tǒng)時(shí)鐘辐益。 
四、 站控制系統(tǒng) 
 1脱吱、 雙機(jī)熱備 
 為保證各計(jì)量站系統(tǒng)的高可靠性智政，計(jì)量站PLC都采用雙機(jī)熱備的配置，如圖二 
所示芜监。 
 Modicon Quantum PLC具有先進(jìn)的熱備系統(tǒng)拾拄，組態(tài)簡單，操作方便锦售。通過兩套 
配置完全相同的PLC主機(jī)莺肘，電源和熱備處理模塊，形成主備形式茉蔗。在正常狀態(tài)下峭跺， 
主機(jī)負(fù)責(zé)處理程序運(yùn)行，進(jìn)行I/O服務(wù)锚躺，更新備用機(jī)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)新罗，備用機(jī)則監(jiān)視 
主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障時(shí)骄雇，備用機(jī)馬上進(jìn)行切換训奢。變成主機(jī)接替故障 
機(jī)的處理工作帘惜。切換時(shí)間不超過PLC的一個(gè)掃描周期，在陜京項(xiàng)目中饼暑，各站PLC運(yùn) 
行掃描周期不超過50ms 稳析。 
 2、邏輯控制 
 如圖三所示弓叛，PLC控制程序主要進(jìn)行管道的優(yōu)先級(jí)選擇及閥門操作彰居。 
 在北京末站中有四條分離器通道，隨后是四條計(jì)量通道撰筷，每條計(jì)量通道設(shè)置 
一臺(tái)流量計(jì)算機(jī)陈惰。為保證氣體平穩(wěn)及安全的通過，需要根據(jù)氣量大小和通道工作 
狀態(tài)選擇不同的通道組合毕籽，程序中采取了聯(lián)鎖抬闯、排序及矩陣等算法實(shí)現(xiàn)以上功能 
。 
 站上電動(dòng)閥控制方式分為三種关筒。 
l 遠(yuǎn)程方式：由北京調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作画髓，如全線各站的關(guān)閉和干線上RTU閥室 
的氣液聯(lián)動(dòng)閥的關(guān)斷，但北京調(diào)度中心不能進(jìn)行遠(yuǎn)程開啟控制平委。 
l 本地方式：由PLC系統(tǒng)的HMI來控制，北京調(diào)度中心不能對(duì)閥門進(jìn)行操作夺谁。如果 
當(dāng)站控HMI發(fā)生故障時(shí)間超過30秒廉赔，本地方式行動(dòng)切換成遠(yuǎn)程方式。 
l 設(shè)備維護(hù)方式：當(dāng)閥處于維護(hù)方式時(shí)固荷，調(diào)度中心及PLC系統(tǒng)均不能控制祥怖，由維護(hù) 
人員到現(xiàn)場對(duì)閥進(jìn)行手動(dòng)操作。 
閥門控制信號(hào)有開到位应婴，關(guān)到位抽胁，運(yùn)行，故障林邪，過扭矩喜即，超時(shí)，開信號(hào)初禁，關(guān)信號(hào) 
套芦，維護(hù)位，站本地／遠(yuǎn)程切換等棘魏。 
站上有些調(diào)節(jié)閥需進(jìn)行PID操作短材，PID操作由PLC程序中的PID功能完成，為完成手 
動(dòng)／自動(dòng)的無擾切換烹豫，還增加了相關(guān)的判斷和位置程序搭独。如圖四所示為PID的操作 
面板婴削。 
 在發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，PLC帶有緊急關(guān)斷功能（ESD）牙肝，以使事故損失最小唉俗。 
 3、PLC的狀態(tài) 
 在PLC程序中還加入了PLC的狀態(tài)監(jiān)測惊奇，如主機(jī)運(yùn)行I/O模塊及各I/O的故障信 
息互躬，通信狀態(tài)。所有的狀態(tài)信息都在PLC的HMI及北京調(diào)度中心得到顯示颂郎，當(dāng)某一 
I/O模塊發(fā)生故障時(shí)吼渡，在相應(yīng)的人機(jī)接口畫面上將有紅色報(bào)警及有關(guān)信息。 
 4乓序、 HMI 
 作為PLC系統(tǒng)的一部分寺酪，安裝在工業(yè)計(jì)算機(jī)中的上位監(jiān)控軟件已經(jīng)得到廣泛的 
應(yīng)用。在陜京項(xiàng)目中替劈，采用的是美國USDATA公司的FactoryLink軟件寄雀。 
FactoryLink運(yùn)行在WINDOWS操作下，分辨率為1280×1024娇建，并全部漢化百睹。如圖三 
所示，F(xiàn)actoryLink能動(dòng)態(tài)顯示管道和設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)厘举，顯示溫度阳框、壓力、流量等 
數(shù)據(jù)和趨勢屋赌，報(bào)警信息和PLC各部分的工作狀態(tài)旦氓，處理火災(zāi)報(bào)警信號(hào)等等。通過 
FactoryLink可對(duì)現(xiàn)場的電動(dòng)閥進(jìn)行操作瓜坎，選擇工作狀態(tài)汛刻，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)等。 
 FactoryLink還對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理瞪歹，形成現(xiàn)場的工作報(bào)表瘾色。 
 FactoryLink從PLC中取得流量數(shù)據(jù)，建立一個(gè)本地關(guān)系數(shù)據(jù)庫蛇热，數(shù)據(jù)庫支持 
歷史數(shù)據(jù)趨勢的顯示及歷史數(shù)據(jù)的查詢俊势，另外形成歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。數(shù)據(jù)報(bào)表分為 
實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表绷旗，實(shí)時(shí)報(bào)表可由操作員隨時(shí)打印喜鼓，歷史報(bào)表定義為每天自動(dòng) 
打印一次，操作員也可以隨時(shí)打印過去一天的數(shù)據(jù)衔肢。在站中設(shè)計(jì)存儲(chǔ)一周的全部 
數(shù)據(jù)庄岖。 
 5豁翎、 系統(tǒng)的接地和保護(hù) 
 在陜京PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)接地系統(tǒng)作為簡化處理隅忿。系統(tǒng)的保護(hù)地及屏蔽地合 
為一個(gè)地心剥，整個(gè)站設(shè)一個(gè)接地極，形成單端接地背桐，這對(duì)PLC來說是允許的优烧。 
 各PLC模塊的輸入輸出都外加保險(xiǎn)熔斷絲來加以保護(hù)，以防止超高浪流通 電 
壓或不匹配電壓損壞模塊链峭。對(duì)于外接的通信線路畦娄，如電話線入口接入了雷電保護(hù) 
器，以防止惡劣天氣中閃電所產(chǎn)生的高電壓進(jìn)入系統(tǒng)弊仪。 
五熙卡、 結(jié)語 
 經(jīng)過約18個(gè)月的緊張工作和獻(xiàn)身精神，陜京SCADA系統(tǒng)完成了設(shè)計(jì)冠八、編程和安 
裝調(diào)試选曼，于1997年9月投入運(yùn)行，現(xiàn)在已處于系統(tǒng)維護(hù)階段串题。在與多家國外公司的 
合作中失傍，國內(nèi)工程師獲得了很多寶貴的先進(jìn)技術(shù)和工程管理思想，也為國內(nèi)建設(shè) 
其他管道自動(dòng)化系統(tǒng)提供了成功的范例和經(jīng)驗(yàn)宽舱。這必將大大推動(dòng)自控技術(shù)和工程 
管理的發(fā)展咒祠。(黃偉 王占文)
(摘自電子工程師園地網(wǎng)站)

（PLC在陜京輸氣管道工程）

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