【正文】 心對全線進行監(jiān)視和控制。 據(jù) 有關(guān)資料，當人在危險時刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當操作人員面臨生命危險時，要在 60s 內(nèi)作出反應，錯誤決策的概率高達 %。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 2 章 站場控制系統(tǒng) 站控系統(tǒng)的組成 站控系統(tǒng) (Station Control System)是保證 SCADA 系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，站控 安全 系統(tǒng)采用以 ESD 系統(tǒng)為硬件基礎(chǔ)組成控制系統(tǒng) ， 可以獨立完成對所在站場的數(shù)據(jù)采集和控制，由本地 ESD 控制器實現(xiàn)邏輯和算法的運算，形成一個功能完整的控制系統(tǒng) 。 在操作員工作站有 2 臺打印機，一臺 報告 打印機，一臺報警 /事件打印機， 報告 打印機是運行人員日常用來打印報表的，來反映整個站的運行情況和一些變量的值；報警 /事件打印機是用來打印報警事件的。調(diào)度控制中心與 RTU 的數(shù)據(jù)通信主信道采用專用光纖信道，一點對多點分組輪詢通信方式，傳輸速率為 ，通信接口采用 RJ45 或 RS232C，通信協(xié)議為 TCP/IP 或 [15,17]。 從外觀上看， F30 有 4 個 10/100Base T 以太網(wǎng)口，它們具備同樣的功能，接口方式為 RJ45，支持安全以太網(wǎng)和 OPCSERVER，通過該以太網(wǎng)口可以對 F30 進行編程和測試， 3 個 FB 口，為 9 針 D 型連接頭。 1． 容錯控制 容錯是指系統(tǒng)在一個或多個元件出現(xiàn)故障時 能繼續(xù)運行的能力。因此，必須先對具體的工業(yè)過程進行安全度的評價。 建立子程序功能塊，以一個閥門的子程序為例： 1） 在 test1 上單擊右鍵，選擇 New/Configuration 點擊，并將默認的 Newconf 更改名稱為 xqds； 第 4章 程序的編制 21 2） 在 xqds 上單擊鼠標右鍵，選擇 New/Resource，此時在 xqds 下增加了 newresource； 3） 在 xqds 上單擊右鍵選擇 New/Library，在“ xqds”下就增加一個“ newlib”，在“ newlib”上 點擊鼠標右鍵，選擇“ Rename”可以更改名稱； 4） 在“ newlib”下單擊鼠標右鍵，選擇 New/Function Block Type，在“ newlib”下就增加一個“ newFB”，在“ newFB”上點擊鼠標右鍵，選擇“ Rename”可以更改名稱，在此將其更改為“ rotork”，我將在“ rotork”中建立一個閥門的控制邏輯功能塊； 雙擊“ rotork”，界面變?yōu)樯蠄D的四個區(qū)： 1 區(qū)為編程區(qū)，功能塊的具體功能在這里 編程實現(xiàn)，它可以調(diào)用標準庫里的功能塊 ； 2 區(qū)是功能塊的結(jié)構(gòu)圖，使用鼠標托拽可以增加 其輸入輸出的函數(shù)變量 ； 3 區(qū)是變量區(qū) , 在1 區(qū)里的變量都需要在 3 區(qū)中定義 ； 4 區(qū)中是一些錯誤信息瀏覽。 當現(xiàn)場按鈕觸發(fā)時， 相應的 ESD 閥門會自動開關(guān)閥，而不受其他控制影響，這也就是說 ESD 的優(yōu)先級為最高的。 編制程序 分兩部分進行流程介紹，首先是電動閥的控制，弄清楚一個電動閥的 自動控制后，對后面 整條線的 ESD 閥門控制 就會很容易理解 。 本章小結(jié) 輸氣站場的整個控制流程是很復雜的過程，本章首先從總體上介紹了站控系統(tǒng)的流程分區(qū)， 然后著重介紹了 ESD 的硬件配置， I/O 模塊 ， 畫出了I/O 模塊的接線原理圖， 為現(xiàn)場接線提供了依據(jù) ， 介紹了 ESD 的容錯控制和安全控制， 最后 計算 I/O 點數(shù)，為下面的設(shè)計做準備。 隨著安全標準的推出以及對安全系統(tǒng)重視度的不斷升級，安全系統(tǒng)的認證也就變得越來越重要。但由于處理器單元的出錯容易導致整個聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的失敗，從而使得基于處理器聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性相對于傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)來說較差些。站內(nèi)設(shè)置水套爐加熱裝置 1 套，用于加熱天然氣，防止壓力監(jiān)控的調(diào)壓器降壓時產(chǎn)生冰堵。 遠程通訊接口 RCI RCI(遠程通訊接口 )作為站控 SCS 系統(tǒng)的通訊服務器，它承接著與 PLC控制系統(tǒng)和第三方設(shè)備間的通訊，其中第三方設(shè)備包 括：流量計算機、色譜分析儀、低壓配電盤電力參數(shù)采集、 UPS、發(fā)電機、空壓機等。 同時，站控系統(tǒng) SCS 還要與調(diào)度中心進行通訊，向調(diào)度中心提供本站內(nèi)的工藝設(shè)備的運行參數(shù)，并接受調(diào)度控制中心的調(diào)度指令和參數(shù)設(shè)置。 自動控制系統(tǒng)是由調(diào)度控制中心系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸控制設(shè)備組成，共同完成系統(tǒng)控制，實現(xiàn)了三級控制。 ESD 的發(fā)展 ESD 是英文 Emergency Shutdown Device 緊急停車系統(tǒng)的縮寫。這一階段也是我國 SCADA 系統(tǒng)發(fā)展最快的 階段，在電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域得到廣泛應用 ；第四代 SCADA 系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)或即將具備。所以， TMR 技術(shù)已被人們認識并廣泛應用在石油化工、天然氣、電力系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域。 一 采用 ESD 系統(tǒng)的背景 1. 安全系統(tǒng)的重要性 隨著過程工業(yè)的產(chǎn)生 和發(fā)展，過程控制系統(tǒng)顯得越來越重要。 周 次 第 1～ 4周 第 5～ 8周 第 9～ 12周 第 13～ 16周 第 17～ 18周 應 完 成 的 內(nèi) 容 明 確 設(shè) 計 內(nèi)容， 調(diào) 研，查閱相關(guān)資料 相關(guān) 理論的學習，編程語言的學習 ，總體方案的設(shè)計 軟件編程 實驗； 撰寫論文 撰寫論文， 畫圖， 準備答辯 指導教師： 職稱：教授 2021年 12月 22日 系級教學單位審批： 2021年 3月 2日 摘要 I 摘要 SCADA 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 和 ESD 控制器 應用于 石油天然氣 管道 自動化 行業(yè)大大提高了其 運營和 管理的 安全性和 自動化程度 。 需要配置安全系統(tǒng)的典型設(shè)備、過程或系統(tǒng)有石油與天然氣平臺、化學系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機械 (汽輪機、壓縮機等 )、發(fā)電廠與配電系統(tǒng)、電站鍋爐等。 ESD 系統(tǒng)在輸氣管道的廣泛應用， 大大提高了生產(chǎn)和運行管理的安全性和可靠性，降低了惡劣工作環(huán)境對操作人員的影響，保證了人員的安全，同時提高了預測突發(fā)事件的能力以及在緊急情況下的快速反應和處理能力，減少生命和財產(chǎn)的損失，從而帶來良好的社會效益和經(jīng)濟效益 [6,7]。調(diào)度和操作人員在調(diào)度控制中心通過計算系統(tǒng)完成對全線的監(jiān)視、操作和管理。因此設(shè)置獨立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖是十分有必要的，這是作好安全生產(chǎn)的重要準則。同時， 站控系統(tǒng) SCS 還要與調(diào)度中心進行通訊 ， 向調(diào)度中心提供本站內(nèi)的工藝設(shè)備的運行參數(shù)，并接受調(diào)度控制中心的調(diào)度指令和參數(shù)設(shè)置。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 站控 ESD 系統(tǒng) ESD 用于檢測工藝過程 的壓力 、 溫度、可燃氣體濃度等信息，并對可控設(shè)備進行監(jiān)視和控制。 本章小結(jié) 站控 安全儀表 系統(tǒng) SIS的 ESD將完成 當生產(chǎn)過程出現(xiàn)意外波動或緊急情況需要采取某些動作或停車時，該系統(tǒng)能精確監(jiān)測，并及時、準確地做出響應，使裝置停在一定的安全水平上，確保裝置和人身的安全。 圖 32 Himatrix F30 ESD 外觀 其中 FB1 口支持 RS485 通訊，可也作為 ProfibusDPSlave 以及 Modbus Slave，西氣東輸東段所用的軟件暫時還不支持 Modbus 協(xié)議，在西段將開發(fā)使用。真正的燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 容錯還具有在不干擾系統(tǒng)運行的情況下，完全自動恢復的功能。但是，目前 我國尚無具體安全等級劃分的標準和設(shè)計規(guī)范，在應用中應參照國際上的有關(guān)標準，參比同類裝置已經(jīng)采用的 ESD 系統(tǒng)的運行情況以及結(jié)合本企業(yè)的生產(chǎn)實際情況來確定采用 ESD 系統(tǒng)的安全要求等級。下面介紹1 2 3 4 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 組建一個功能塊的步驟： 1. 首先用鼠標托拽 2 區(qū)的功能塊結(jié)構(gòu)圖，使其輸入輸出的函數(shù)變量不小于 9，然后鼠標選擇 3 區(qū)中的 VAR_INPUT，再將鼠標放在其下的表格里雙擊，彈出一窗口 : 在 Name 中輸入變量名，在 Declaration 中輸入變量的數(shù)據(jù)類型，Position 里輸入變量在功能結(jié)構(gòu)圖的位置，然后點擊 Add 按鈕，就增加了一個輸入變量，使用該方法，依次建立 10 個 變量名： ZSH、 ZSL、 XSH、 XSL、XUS、 OPEN、 CLOSE、 STOP、 TIM、 ESD， TIM 的數(shù)據(jù)類型為 TIME，其他 8 個變量名的數(shù)據(jù)類型為 BOOL，然后鼠標選擇 3 區(qū)中的 VAR_OUTPUT 中建立 4 個變量名： XO、 XC、 DA、 LUS，數(shù)據(jù)類型都為 BOOL。 在執(zhí)行開閥 /關(guān)閥命令過程中會自動觸發(fā)計時程序，一般閥從關(guān) 狀態(tài) 到開狀態(tài)或從 開狀態(tài)到關(guān) 狀態(tài)的時間不超過 75 秒，若計時程序在計時到 75秒后，還沒有開到位或關(guān)到位的狀態(tài)信號，就會觸動報警程序，說明閥的開啟 /關(guān)閉過程超時。 以下為 ESD 的軟點，即不通過硬接線連到 ESD 上的命令 上位機通過下發(fā)或者讀取信號來控制 ESD： 序號 標簽 描述 類型 1 DA1101 閥門 1101 偏差報警 BOOL 2 DA1201 閥 門 1201 偏差報警 BOOL 3 DA1202 閥門 1202 偏差報警 BOOL 4 DA1204 閥門 1204 偏差報警 BOOL 5 DA1205 閥門 1205 偏差報警 BOOL 6 DA6801 閥門 6801 偏差報警 BOOL 7 DA6911 閥門 6911 偏差報警 BOOL 8 ESD_Active ESD 激活 BOOL 9 ESD_Fault ESD 故障 BOOL 10 ESD_Finish ESD 命令完成 BOOL 11 LUS1201 閥門 1201 事故關(guān)斷 BOOL 12 LUS1204 閥門 1204 事故關(guān)斷 BOOL 13 LUS1205 閥門 1205 事故關(guān)斷 BOOL 14 LUS6801 閥門 6801 事故關(guān)斷 BOOL 15 LUS6911 閥門 6911 事故關(guān)斷 BOOL 16 RAS3000 ESD 復位命令 BOOL 17 sleep 休眠命令 BOOL 18 CLOSE1101 閥門 1101 關(guān)閥命令 BOOL 19 CLOSE1201 閥門 1201 關(guān)閥命令 BOOL 20 CLOSE1202 閥門 1202 關(guān)閥命令 BOOL 21 CLOSE1204 閥門 1204 關(guān)閥命令 BOOL 22 CLOSE1205 閥門 1205 關(guān)閥命令 BOOL 23 CLOSE6801 閥門 6801 關(guān)閥命令 BOOL 24 CLOSE6911 閥門 6911 關(guān)閥命令 BOOL 25 OPEN1101 閥門 1101 開閥命令 BOOL 26 OPEN1201 閥門 1201 開閥命令 BOOL 27 OPEN1202 閥門 1202 開閥命令 BOOL 28 OPEN1204 閥門 1204 開閥命令 BOOL 29 OPEN1205 閥門 1205 開閥命令 BOOL 30 OPEN6801 閥門 6801 開閥命令 BOOL 31 OPEN6911 閥門 6911 開閥命令 BOOL 第 4章 程序的編制 29 32 STOP1101 閥門 1101 停止命令 BOOL 33 STOP1201 閥門 1201 停止命令 BOOL 34 STOP1202 閥門 1202 停止命令 BOOL 35 STOP1204 閥門 1204 停止命令 BOOL 36 STOP1205 閥門 1205 停止命令 BOOL 37 STOP6801 閥門 6801 停止命令 BOOL 38 STOP6911 閥門 6911 停止命令 BOOL 39 TemP F30 的溫度狀態(tài) BYDE 40 TemPA F3A 的溫度狀態(tài) BYDE 41 TemPB F3B 的溫度狀態(tài) BYDE 42 PS F30 的電源狀態(tài) BYDE 43 PSA F3A 的電源狀態(tài) BYDE 44 PSB F3B 的電源狀態(tài) BYDE 45 HIMA_TO_PLC1 HIMA 到 PLC 的位字轉(zhuǎn)換 WORD 46 HIMA_TO_PLC2 HIMA 到 PLC 的位字轉(zhuǎn)換 WORD 47 HIMA_TO_PLC3 HIMA 到 PLC 的位字轉(zhuǎn)換 WORD 48 HIMA_TO_PLC4 HIMA 到 PLC 的位字轉(zhuǎn)換 WORD 49 HIMA_TO_PLC5 HIMA 到 PLC 的位字轉(zhuǎn)換 WORD 50 PLC_TO_HIMA1 PLC 到 HIMA 的字位轉(zhuǎn)換 WORD 51 PLC_TO_HIMA2 PLC 到 HIMA 的字位轉(zhuǎn)換 WORD 通過分配好的 I/O 硬 點表 和軟點表 ，我們可以清楚的知道所有 ESD 設(shè)備中，每一個機架的每一個槽上面的 ESD 模塊所有通道的數(shù)據(jù)內(nèi)容及其所連接的控制點 。根據(jù)點數(shù)確 定好模塊后就開始 進行分配 I/O 點 ， 分配的原則是保證有 20%的富余通道，以備擴展使用。 IEC 61508 定義了 4 個安全