45C-911 ELECTRIC

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45C-911 ELECTRIC艾默生 SCADA如何解决高含氢焦炉气管线运行中的几个关键问题
供稿：艾默生过程管理 2015/3/12 16:10:05
星级： 人气：638
关键词： SCADA
摘要：本文以艾默生实施的内蒙古-宁夏的一条焦炉煤气输气管线为例,论述了基于OpenEnterprise软件、CotrolWave系列硬件PLC/RTU和艾默生集成技术的SCADA系统在解决高含氢焦炉气管线中几个关键问题的重要应用，以及未来该系统的前瞻性发展。
1.     管线需求概述 
本文以艾默生实施的内蒙古-宁夏的一条焦炉煤气输气管线为例,论述了基于OpenEnterprise软件、CotrolWave系列硬件PLC/RTU和艾默生集成技术的SCADA系统在解决高含氢焦炉气管线中几个关键问题的重要应用，以及未来该系统的前瞻性发展。
内蒙古-宁夏输气管道是我国第一条长距离高氢含量焦炉煤气输送管道，全长216.4公里，管径611mm，是某国有大型天然气公司焦炉煤气节能减排综合利用项目下游产业链的延伸。焦炉煤气的主要成分是氢气和甲烷，有时还会有部分CO甚至氧气混合。含氢量最高时，氢气含量可高达99%。因此该管道有别于通常的天然气管道，气质更易燃易爆，运行更危险，因此也对SCADA系统提出了高于传统管道的要求：如安全、环保、设备和通讯数据可靠、无人值守免维护等等。
艾默生针对以上的需求为客户提供了一整套的数据监控和采集系统（SCADA）解决方案，且包含整体的工程实施和后续服务。当前艾默生SCADA系统通过调控中心、场站和阀室的多级监控，将积累了35年之久的SCADA系统经验运用于此项目，为用户提供了一流的产品和服务，帮助客户实现节能减排、安全管理、可靠运营的目标。
二、特点
根据电力用户实际应用的需求，为中国电力自动化系统用户量身定制；
便携式方式，坚固型结构，工业级设计，符合电力系统现场操作；
仪表内置双FSK模拟接口，无需外配电力MODEM，即可实现上下行模拟数据报文同时监测；
独特的网络数据捕获功能，可实时在TCP/UDP网络上进行主站、厂站信息数据的捕获；
强大的报文解析功能，让用户十分清楚地对数据报文进行解读、查阅；
多种报表自动生成，测试数据使用WORD工具生成测试报表，支持统计数据报表，遥控遥调测试报表，变化遥信测试报表；
支持目前电力系统常用规约，并可十分方便地进行规约扩展，满足用户新增规约分析的需求，有效保护用户的投资。
从以上功能与特点我们可以得知，FlexPAC730当之无愧是电力规约分析仪的完美解决方案，能满足电力规约分析仪所有的需求。

2.    艾默生SCADA针对高含氢焦炉气几个关键问题的解决方案

2.1如何确保管道的安全性
焦炉煤气的氢气含量很高，因此用户对整条管线的安全运行提出更高要求，针对客户的需求，艾默生在管道安全监控和管理上提供了以下几方面的考虑和解决方案：
首先，保证系统基础构架和数据采集设备的安全。管道安全运行的前提是所有反映管道运行状态的现场数据能够实时有效的传递到调控中心。从SCADA整体构架来说，采用了基于OpenEnterprise(简称OE)软件的C/S结构，场站和阀室采用ControlWave PLC和RTU的混合控制器采集现场仪表信号的三级控制模式。SCADA系统结构如图1所示：
为保证数据采集的可靠性，调控中心SCADA服务器为热备冗余结构，装有OE冗余软件，当主服务器出现故障时能自动切换到备用服务器，由于基于OE的主备服务器之间实时数据同步，所以主备之间可无扰切换，这样即使在出现故障切换时系统仍能保持平稳运行。
在场站为了确保运行安全，我们采用了艾默生独特的PLC和RTU混合控制器ControlWave（简称CW）。该款控制器既具备有PLC高速逻辑数据处理能力，又具备RTU的硬件性能卓越、可适应恶劣环境的特点。
CW PLC硬件采用多种隔离技术设计，具有较强的防浪涌和防电磁干扰性能，减少感应雷电或瞬态电流对卡件的破坏。场站的大型压缩机、泵等设备不会对其造成信号干扰。
站控PLC通常放置于控制室内，常规的管道会选择不具备防爆特性的传统PLC，而在本项目中所使用的CW PLC 具备Class 1, Division2的防爆等级，可以在偶尔出现危险气体的环境中使用，这也正是考虑将其运用到高氢焦炉气管道的目的。场站控制系统结构如图2所示。
其次，保证数据传输的可靠。为了管道的安全运行，不仅现场的数据要可靠的传输到调控中心，报警和历史数据也需要反映到调控中心。该管道SCADA系统的通讯线路受地理条件影响无法做成双光纤冗余信道，只能采取主通信信道使用联通公司的公共光纤网，备用通信采用CDMA无线的方式。如此的通讯条件很容易出现通讯中断的风险。对于处理通讯中断，艾默生采用了历史数据就地存储通讯恢复后自动回填的方式。
ControlWave PLC和RTU均设计有特殊的存储器结构，其中具有大容量的掉电非易失存储器，当通讯出现中断时，带有时间标签的数据存储在本地PLC/RTU内，一旦通讯恢复，历史数据和报警会自动回传到OE系统。这样则不会产生数据丢失的现象。
为了能够实现上述历史数据回填功能，我们采用了艾默生高级同步/异步协议-BSAP协议完成实时数据和历史数据的传输。BSAP协议是远远优于modbus的高速协议，可以使数据在不稳定的网络上传输，可支持多级网络划分从而确保SCADA的分布式结构。BSAP协议内置握手和失败重发功能，确保信息传输的正确性。BSAP协议可传输带时间标签的报警信息，采用阵列、存档和审核结构来贮存历史数据，具有RBE（异常状况主动告警）功能。所有ControlWave PLC/RTU通过BSAP协议连接到OE，使用户在调度管理中心获取完整的实时、报警和历史数据信息。即使通讯链路出现故障，数据仍然可以在故障修复后自动回填到上位机的OE中。再次，支持对管道泄漏检测的管理。考虑到管道内氢气介质的危险性，我们建议客户增加管道泄漏检测系统。泄漏检测技术既要保证泄漏报警的及时性，又要确保报警的准确性，尽可能避免误报警。泄漏检测需要SCADA系统提供实时有效且完整的数据，这是能够提供真实泄漏报警的依据。OE系统可提供高达20000次/秒的高速刷新速率，切实保障了泄漏报警数据的实时性，为最短时间内发现小流量泄漏奠定了基础。
如何实现无人值守
内蒙古到宁夏的地理条件恶劣，管道穿越河流、山脉且有较长一段位于无人戈壁，人员很难到达，因此该管道上需设置有一些无人值守的阀室。
无人值守的阀室对硬件设备提出更高要求：硬件RTU要坚固耐用，做到免维护；能够适应恶劣的安装环境；能够应对缺乏电力供应的情况。
在该项目中，我们采用了艾默生ControlWave Micro RTU来实现对无人值守阀室的监视与控制。阀室RTU系统结构如图3所示。
ControlWave Micro RTU可应用于1级2区的危险场所，工作范围宽达-40℃~75℃，真正适合用于偏远且无人值守的场站和阀室。ControlWave Micro的低功耗设计可使用太阳能为其供电，对于阀室架设电缆难度很大且消耗成本过高的情况，可以避免敷设电缆的浩大工程。ControlWave Micro的硬件具有一定防电浪涌能力，保护卡件不被破坏，真正的免维护设计，无需人员到现场维修，节省了人员的巡检过程，保障了人员安全。
此外ControlWave Micro设计有灵活的尺寸规格，规模从3插槽到14插槽，并且具备混合型I/O板卡，即一块板卡上可以配备AI/AO，DI/DO等多种类型的接点。对于较少点数的阀室来说，优化了成本投入。
如何与多个工厂系统和ERP协调工作
该条管道内的氢气主要用作下游化工厂的生产原料，甲烷用于液化天然气的生产，整个管道连接有焦化厂、LNG液化厂、公用设施等多个工厂和厂级控制中心。这些大型的工厂和集气站均采用有不同厂家的DCS系统，因此将众多系统集成在一起使之协调一致运行也是艾默生在本项目中需要重点考虑的内容。由于液化厂、集气站并不是全部已经存在，因此会在今后不断扩展，这就对SCADA系统的可扩展性和兼容性提出了更高要求。此外，客户还需要将工厂、管道的生产运营数据连接到更高层的商业管理系统中，以实现更高级的管理应用。这样就需要艾默生的SCADA系统具有足够好的开放性和数据库连接能力。
OE SCADA系统具有良好的开放性和可扩展性，支持Modbus、DNP3、TCP/IP、OPC等多种工业标准接口，能够确保第三方系统和硬件的无缝接入。
OE server包含了一个强大的面向对象的实时数据库和一个历史数据库，支持SQL、ODBC、OLEDB、JavaDBC等多种数据库协议，可以方便的与第三方商业数据库连接，OE独特的面向对象的数据库设计，能够保证与大型关系型数据库如PI, Oracle等快速连接。
通过开放的接口，OE可以将每一套工厂的DCS数据都显示在调控中心，管道的运营者也可以在调控中心了解到工厂的生产情况，所有的数据集成到ERP系统，可以实现从生产到管道输送的调度管理，实现贸易和财务订单管理。将传统的管道独立运营转变为整个产业链的统一运营。各工厂的生产数据也可以和管道数据一起通过Web服务器发布到相关管理人员的电脑中。F3PU06-0N  数量 9
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