图1  SCADA系统组成分布图

    首站罐区设有一套数据采集系统，监测油罐的温度、液位等参数并报警，控制管线阀门的开关并显示开关状况。油罐液位的监测采用两套设备，一套为Saab公司的Rex 3900高精度计量级雷达液位计（接入多点温度计信号），另一套为罗斯蒙特的静压液位计HTG。其中雷达液位计的信号接入SCADA系统，HTG主要用于测量原油密度。

    末站单元现场装有八台可燃气体报警器，管线上装压力变送器和温度变送器，可对入站油品的温度、压力进行检测、报警。末站电动球阀在计算机上只能实现两位式开关，但在现场手动则可任意控制其开度。原油罐区的温度测量采用444温度变送器，在每个油罐的伴热蒸汽总线上装有气动薄膜调节阀，操作人员根据油温情况可在计算机上控制蒸汽调节阀的开关，从而控制油罐温度。液位的高限、高高限报警选用全天候密封行程开关，直接装于罐顶，避免了在罐上开孔的麻烦。原油罐区的液位测量现采用Saab公司的RTG3640雷达液位计。利用原有的浮船导向管实现在线安装，该液位计采用FMCW（调频连续波）的方法，可精确测量油罐的液位（精度±3mm）。同时，集成温度信号后，输出TRL/2数字信号，通过总线，连接到控制室内的FCU2160通信单元，FCU有2个输出口，一路连到雷达专用管理计算机，可对雷达进行组态、调试和维护。一路通过专用MCM通信模块联接到PLC，完成数据的采集、记录等。

    原油罐区新增管线上的阀门采用气动快速切断阀，而原有管线上的39台阀门均为手动闸阀，不适应整个系统自动化监控和中石化有关1万立方米以上贮罐入口切断阀必须与高高限报警联锁的安全要求，必须改为可远距离控制和监测的自动阀。为了避免要油罐停止使用和管线吹扫的困难，必须在线改造。通过充分研讨，技术人员决定采用保留原有阀体，再加装上带回讯器的气动执行机构的方案，实行两位式调节，既简单易行，又节省了大量资金。由于原油罐区共有65台大口径气动闸阀（39台DN400，13台DN500，13台DN350）和26台气动调节阀，用气量大，因此气源压13台力的稳定是气动阀能否顺畅开关的关键。为此在罐区压缩风管网上装有电接点压力表，对仪表空气压力进行低限报警，提醒操作人员注意，从而构成一个较为完善的自动监控系统。

    随着生产的发展，为了加强对原油途输损耗的监控，已有计划在末站增设一套原油计量设施，用刮板流量计计量入站原油流量，并通过计算机系统完成原油计量的数采、在线标定、统计、报表等功能。

图2  首站配置图

 


4  硬件及软件的配置

4.1  硬件

    (1)  各站控的工作站采用Pentium/100MHz工业级PC，内存32MB，硬盘1GB，配CD-ROM，显示器为20英寸CRT，并配备打印机。首站共有七台计算机，其中一台用于罐区仪表监控，两台配置在电站室作为电站操作台，一台配置成工程师管理机，三台作为总控操作站，这三台机完全平行，等级一样，都可以得到所有PLC的信息，提高了操作系统的可靠性。在经理室另有一套计算机终端，通过拨号电话线与首站系统进行通信。末站配有四台Pentium机，其中一台为工程师操作站，三台配置成操作员操作站，它们是完全平行的，在功能上互相冗余，提高操作系统的可靠性，末站另有一台486/66MHz PC机（1996年采购），硬盘500MB，内存16MB，作为服务器使用。

图3  末站配置图

    (2)  站控的控制单元采用美国罗克韦尔自动化公司的PLC-5/40可编程控制器。含有冗余CPU及电源模块（1771-P6s）、通信模块（1785-BCM）、扩展模块（1785-BEM）等，远程I/O箱包含有数字量输入模块、输出模块、双向模拟量信号模块、远程I/O接口模块、PID模块、电源模块等，均装在16槽机架内。PLC主控制器出现故障时，后备控制器自动投用，保证不间断控制。首站两套PLC均安装于主控室，末站PLC一套置于控制室内，一套置于末站现场机房。由于该PLC功能强，具有灵活的集散控制功能和完善的上位通讯功能，能实现远程I/O控制，可靠性高，能满足生产的要求。PLC的应用，增强了系统控制的灵活性及可靠性，提高了整个系统的性能。首、末站配置图如图2、3所示。

4.2  软件

    本系统中的软件包含有实时运行软件、TCP/IP通信软件、NetDDE软件、应用软件包、数据软件包等。主体工业控制软件为罗克韦尔自动化公司的Logic5，该软件具有灵活的菜单驱动结构，先进的指令系统，包括计时器和计算器、算术运算、数据转换、诊断、比较、数据传数、顺序器、立即I/O、PID 控制等。利用该软件丰富的指令功能，能对PLC控制器实现高效可靠的执行控制及数据交换，可使PLC-5/40控制器满足管道控制的各种要求。计算机实时数据库和PLC控制器由1784-KT DRIVER实现实时数据交换。人机界面软件为Wonderware公司的INTOUCH5.6，该软件操作简单，使用方便，特别适应于DCS、PLC的人机界面的制作，本系统所有操作画面均由INTOUCH制作完成，其中操作流程32幅，明细图19幅，操作弹出窗口13幅，辅助窗口9幅。INTOUCH软件运行在中文Windows 95平台上，由于Windows 95具有高效的用户界面，程序定位与启动相当快捷，操作站具有窗口功能，操作起来相当简便。

5  系统功能

    输油生产过程的控制、保护、操作由首、末控制站完成，各站独立完成本站的全部监测、调节、控制功能，包括温度、压力、流量、液位的检测、监视、PID调节、各种阀门的开关控制、各种设备运行状态的监视等。操作人员可在控制室内对本站设备进行监控、观测、记录各种运行参数和趋势，并可监视另一站的操作数据和状态，首末站各负其责，并通过电话网和站内的DH+网互相通信，实现资源共享，满足输油管道生产的要求。

5.1  数据采集及处理

    各站控PLC 实时采集反映本站生产过程的各种参数，如温度、液位、压力、流量及阀门状态等的电量信号，经单位换算、运算处理后作为控制、显示信息供PLC及工作站使用。首末站可完成油罐进油量、送油量、每班总的进油和发油量的计算，形成生产报表。

5.2  操作与组态功能

    每个操作终端都可以对本站的参数进行显示和控制，完成各种操作：如选择画面、控制方式，修改设定值、开/关设备、选择报警组、报警确认/复位、打印屏幕、指定/选择趋势记忆和报表，并可监视另一站的工况。系统设计有操作员记名和口令询问措施，并将其操作开始和结束时间、操作动作记录存档，最长能保留一个月。工程师通过密码可在任一终端上对本站进行组态。如：设定过程变量的零点、量程及报警限；控制回路组态；建立实时和历史数据库；建立显示画面；建立报表；程序编辑和编译；组态在线修改；过程变量监视；显示和修改所有参数。

5.3  水击保持

    首站出站和末站进站管线均设置电/液调节阀和压变送器，通过计算机完成PID回路调节，自动调节阀门开度，保持进、出站压力的稳定，避免产生水击波。但在实际投用时，由于到货压力调节阀无4~20mA输入信号控制功能，无法实现PID回路调节，因此改为步进式非线性方式，通过软件模拟实现，根据压力变化来控制阀门。在末站设置高压泄压阀，作为管线压力超限的最后一级保护。

5.4  通信

(1)  首、末站之间通过拨号电话线进行通信，每半小时自动拨号一次，每次5分钟，如图4所示。

图4  首、末站之间通过拨号电话线进行通信

(2)  计算机之间采用对等联网的以太网通讯，通讯协议为TCP/IP。

(3)  站内PLC层与工作站层通过冗余 DH+网通信，数据传输速率为57.6Kbps，最大传输距离3044 m。

(4)  雷达液位计和PLC通过FCU2160通信单元和MCM-3100通讯接口模块实现通讯。MCM-3100是Prosoft公司专门为罗克韦尔自动化公司1771平台开发的Modbus通信接口模块，支持PLC-5等系列处理器（安装在1771框架内）。FCU采集的雷达液位计数据，存放在FCU的数据缓冲区中，MCM模块读取FCU的数据存放在自己的数据区后，通过块传送接令送到PLC的数据表中。示意图如图5所示。

图5  示意图