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。
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