石油化工自動化中以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
 

現(xiàn)代輸油管道自動化管理多采用SCADA系統(tǒng)（分布式數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)），在國內(nèi)外輸油管道設(shè)計(jì)中，SCADA系統(tǒng)已成為選擇和管道系統(tǒng)管理與控制的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)施，計(jì)量站、調(diào)壓站、清管站、陰極保護(hù)站等均由SCADA系統(tǒng)實(shí)行遙測、遙控。
   
    1 SCADA系統(tǒng)的基本配置
   
    1.1 中心控制級（控制中心）
   
    調(diào)度控制中心是SCADA系統(tǒng)的中樞，對管道進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控和管理。系統(tǒng)應(yīng)能夠確保數(shù)據(jù)采集和儲存的完整性、及時性、準(zhǔn)確性、安全性、可靠性，同時系統(tǒng)應(yīng)具有支持開放性，支持用戶開發(fā)、補(bǔ)充和完善應(yīng)用功能。
   
    調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般按客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，設(shè)置使用實(shí)時任務(wù)操作系統(tǒng)，服務(wù)器和局域網(wǎng)采用熱備冗余配置。該控制中心配有操作員工作站、工程師站、經(jīng)理終端站、大屏幕投影系統(tǒng)、路由器（冗余配置）、調(diào)制解調(diào)器等。
   
    1.2 站場控制級（站控系統(tǒng)）
   
    站控系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)控站，是保證SCADA系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，分別設(shè)置分布在各地控制室內(nèi)。站控制系統(tǒng)主要由過程控制單元、操作員工作站、數(shù)據(jù)通信接口等構(gòu)成。過程控制單元采用技術(shù)性能優(yōu)、可靠性高的可編程邏輯控制器（PLC）和I/O框架的連接網(wǎng)絡(luò)。做為人機(jī)接口的操作員工作站采用工業(yè)級工作站型計(jì)算機(jī)。
   
    站控系統(tǒng)硬件配置包括：PLC，操作員工作站、激光打印機(jī)、路由器、操作臺等。
   
    1.3 系統(tǒng)同步
   
    為保證SCADA系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，保持整個系統(tǒng)的同步非常重要。首先在調(diào)度控制中心設(shè)置了GPS時鐘作為全系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時間，并要求各站控系統(tǒng)硬件時鐘誤差不超過1s。系統(tǒng)時鐘同步是由前端機(jī)向各現(xiàn)場發(fā)送時鐘校核一次；RTU重新啟動時必須校核；中斷的通信獲得恢復(fù)時應(yīng)該校驗(yàn)。
   
    系統(tǒng)的接地和保護(hù)。自控系統(tǒng)接地采用等電位連接。各站控制室內(nèi)操作站、操作臺、機(jī)柜等均應(yīng)做保護(hù)接地，保護(hù)接地接至電氣的安全接地網(wǎng)。
   
    儀表信號回路接地端和屏蔽接地端接至信號接地網(wǎng)。保護(hù)接地和信號接地電阻均小于4Ω，信號接地網(wǎng)與電氣的安全接地網(wǎng)分別接至電位接地極。
   
    2 SCADA系統(tǒng)的硬件組成
   
    組成SCADA系統(tǒng)的主要是PLC和DCS[4]。
   
    SCADA系統(tǒng)屬中小規(guī)模的測控系統(tǒng)。它集成了PLC的現(xiàn)場測控功能強(qiáng)和DCS的組網(wǎng)通訊能力強(qiáng)的兩大優(yōu)點(diǎn)，性能價格比高。
   
    3 新一代以太網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)[5]
   
    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的深刻變化，大范圍輸油管道工程中監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)手段也必將發(fā)生本質(zhì)的變化。而傳統(tǒng)的建立在穿行CDT/POLLING規(guī)約基礎(chǔ)上的SCADA系統(tǒng)難以滿足大規(guī)模輸氣網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控要求。
   
    輸油工程的各個系統(tǒng)之間（輸油調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)等）聯(lián)系越來越緊密，必須統(tǒng)一考慮。所以提出以太網(wǎng)（局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)）為通信基礎(chǔ)的面向整個輸油系統(tǒng)的大對象。通過計(jì)算機(jī)軟件平臺（UNIX，Linux，Windows，Java等）集成了SCADA功能。首先，需要各地分配站到調(diào)度中心鋪設(shè)光纖。基本思路是以路由器、光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖構(gòu)建一個以千兆光纖以太網(wǎng)為骨干，百兆光纖為子網(wǎng)或分支的高速網(wǎng)絡(luò)。
   
    控制中心間通信協(xié)議ICCP可使一個輸油控制中心與同一企業(yè)的其他輸油控制中心，其他輸油企業(yè)、聯(lián)營企業(yè)、區(qū)域控制中心、獨(dú)立采用部門等通過廣域網(wǎng)（WAN）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，交換的信息由輸油系統(tǒng)監(jiān)視和控制用的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)組成。包括測量數(shù)據(jù)、計(jì)劃數(shù)據(jù)、輸油量結(jié)算數(shù)據(jù)及操作信息。
   
    控制中心模型包括幾類基本的主機(jī)處理器；SCADA，負(fù)荷管理，分布式應(yīng)用，顯示處理器。在SCADA系統(tǒng)中SCADA主機(jī)是最主要的處理器，通過數(shù)據(jù)采集單元（DAUS）和遠(yuǎn)方終端裝置（RTUS）收集處理模擬和數(shù)字信號來監(jiān)視數(shù)據(jù)，控制中心通常都配置了處于“熱備用”狀態(tài)的冗余的SCADA 主機(jī)。分布式應(yīng)用主機(jī)則進(jìn)行各種龐雜的分析調(diào)度計(jì)劃。顯示處理器方便操作人員顯示數(shù)據(jù)流量和控制用。通?？刂浦行挠梢粋€或多個局域網(wǎng)（LAN）間將這些主機(jī)連接起來，并常常通過中間的通信處理器訪問各廣域網(wǎng)。
   
    石油化工自動化的發(fā)展趨勢應(yīng)該是分布式、開放化和信息化。分布式的結(jié)構(gòu)是一種能確保網(wǎng)絡(luò)中每個智能的模塊能夠獨(dú)立的工作的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到系統(tǒng)危險分散的概念；開放化則是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有與外界的接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外界網(wǎng)絡(luò)的連接；信息化則是使系統(tǒng)信息能夠進(jìn)行綜合處理能力，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化和管控一體化?；谝蕴W(wǎng)技術(shù)的自動化具有低成本和開放性，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，易于與管理結(jié)合，實(shí)現(xiàn)管控一體化