【正文】 蹤管理，系統(tǒng)組態(tài)、擴(kuò)展，仿真系統(tǒng)軟件可完成泄漏檢測、定位、設(shè)備優(yōu)化配置、運行模擬、培訓(xùn)模擬等功能。目前新建管道與國際接軌，并用光纜進(jìn)行通信，傳輸信息量大。ESD系統(tǒng)在輸氣管道的廣泛應(yīng)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(yù)測突發(fā)事件的能力以及在緊急情況下的快速反應(yīng)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(jì)效益[6,7]。它是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。第一代是基于專用計算機(jī)和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)，這一階段是從計算機(jī)運用到SCADA系統(tǒng)時開始到70年代。第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點是基于集中式計算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護(hù)，升級以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難；第三代是90年代按照開放的原則，基于分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)稱為第三代。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(yīng)用；第四代SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)或即將具備。SCADA系統(tǒng)在不斷完善，不斷發(fā)展，其技術(shù)進(jìn)步一刻也沒有停止過[9,10]。控制中心對全線進(jìn)行集中數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和調(diào)度管理，站控級通過PLC/RTU控制器來實現(xiàn)對工藝站場進(jìn)行控制與監(jiān)視，設(shè)備控制級是對泵機(jī)組、加熱爐、壓縮機(jī)、閥門等工藝設(shè)備進(jìn)行本地控制。在正常情況下，由調(diào)度控制中心對全線進(jìn)行監(jiān)視和控制。通常，沿線各站無須人工干預(yù)，各站的站控系統(tǒng)在調(diào)度控制中心的統(tǒng)一指揮下完成各自的工作。當(dāng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)生故障或調(diào)度控制中心主計算機(jī)發(fā)生故障或系統(tǒng)檢修時，由站控系統(tǒng)完成對本站的監(jiān)視控制。管道沿線的站場均處于調(diào)度控制中心的監(jiān)控之下；另外，重要部位的線路緊急截斷閥和高點壓力檢測點也直接納入調(diào)度控制中心的監(jiān)控范圍之內(nèi)。在非正常情況下，根據(jù)沿線的工作情況改變相關(guān)的壓力或流量設(shè)定值，使管道在新的條件下安全、穩(wěn)定地運行。 ESD的發(fā)展ESD是英文Emergency Shutdown Device緊急停車系統(tǒng)的縮寫?！　SD緊急停車系統(tǒng)按照安全獨立原則要求，獨立于DCS集散控制系統(tǒng)，其安全級別高于DCS。作為安全保護(hù)系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過程控制之上，實時在線監(jiān)測裝置的安全性。據(jù)有關(guān)資料，當(dāng)人在危險時刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當(dāng)操作人員面臨生命危險時，要在60s內(nèi)作出反應(yīng)，%。該動則動，不該動則不動，這是ESD系統(tǒng)的一個顯著特點[21]。壓縮機(jī)站和分輸站設(shè)站控系統(tǒng)（SCSStation Control System），中間清管站和遠(yuǎn)控線路截斷閥室設(shè)遠(yuǎn)程終端裝置（RTURemote Terminal Unit）。操作區(qū)管理處設(shè)SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)方只讀監(jiān)視終端，以便于區(qū)域管理部門掌握本區(qū)域及了解全線的運行工況，保證對本區(qū)域管線與工藝站場的管理和維護(hù)。站控系統(tǒng)采用SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)將達(dá)到對全線各壓氣站進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度、管理的自動化水平。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。 設(shè)計的主要內(nèi)容緊急停車系統(tǒng)(ESD)是站場最高級別的安全的控制設(shè)備。首先熟悉輸氣管道壓氣站場工藝流程，掌握壓氣站場工藝控制要求，對天然氣管道站控SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置及原理進(jìn)行分析和研究，然后掌握Himatrix公司F30 ESD控制器的基本原理、配置及I/O模塊功能；最后運用HIMA公司的ElopeⅡFactory編程組態(tài)軟件編制典型的站控系統(tǒng)控制程序。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)。中心與各SCS的主數(shù)據(jù)信道為專用光纖信道，雙向點對點通信[14]。ESD控制系統(tǒng)選用德國HIMA F30系列可編程控制器，用于聯(lián)鎖保護(hù)和緊急停車。操作員工作站用于對整個工藝站場運行情況的監(jiān)視和控制，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔處理。 各部分的功能站控系統(tǒng)SCS的主要功能為：對現(xiàn)場的工藝變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；對電力設(shè)備及其相關(guān)變量的監(jiān)控；對陰極保護(hù)站的相關(guān)變量的檢測；站場可燃?xì)怏w的監(jiān)視和報警；消防系統(tǒng)的監(jiān)控；顯示動態(tài)工藝流程；顯示各種工藝變量、其他有關(guān)參數(shù)和報警一覽表；數(shù)據(jù)儲存及處理；顯示實時趨勢曲線和歷史曲線；壓力、流量控制；流量計算；邏輯控制；聯(lián)鎖保護(hù)；對壓縮機(jī)組的監(jiān)控；緊急停車；打印報警、事件報告以及生產(chǎn)報表；執(zhí)行SCADA系統(tǒng)調(diào)度控制中心發(fā)送的指令，向調(diào)度控制中心發(fā)送帶時間標(biāo)志的實時數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)通信管理等。同時，站控系統(tǒng)SCS還要與調(diào)度中心進(jìn)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。 操作員工作站操作員工作站的主要功能是為運行人員提供人性化的界面，運行人員通過工作站就能實現(xiàn)對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，并自動完成歸檔存儲，報表打印等功能。該通訊協(xié)議的主要特點是，對于采集的數(shù)據(jù)采取逢變則報的方式，減少平時的數(shù)據(jù)傳送量，從而降低輪詢周期。在操作員工作站有2臺打印機(jī)，一臺報告打印機(jī)，一臺報警/事件打印機(jī)，報告打印機(jī)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(jī)是用來打印報警事件的。它的優(yōu)先級在站控中是最高的，用于連鎖保護(hù)和緊急停車。站控ESD系統(tǒng)是獨立設(shè)置的。但是對于較大規(guī)模的緊急停車系統(tǒng)應(yīng)按照安全獨立原則與DCS分開設(shè)置，這樣做主要有以下幾方面原因： （1）降低控制功能和安全功能同時失效的概率，當(dāng)維護(hù)DCS部分故障時也不會危及安全保護(hù)系統(tǒng)。這有利于保護(hù)設(shè)備，避免事故擴(kuò)大；并有利于分辨事故原因記錄。 遠(yuǎn)程通訊接口RCIRCI(遠(yuǎn)程通訊接口)作為站控SCS系統(tǒng)的通訊服務(wù)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(jī)、色譜分析儀、低壓配電盤電力參數(shù)采集、UPS、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)等。RCI同樣是一塊網(wǎng)卡上集成兩個RJ45的接口，該兩個接口配置了相同的IP地址。并可以實現(xiàn)本地的控制以及接受調(diào)度控制中心的控制指令；同時應(yīng)能與自發(fā)電設(shè)備的智能裝置、火災(zāi)檢測系統(tǒng)的智能裝置及其他控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。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，通信接口采用RJ45或RS232C，通信協(xié)議為TCP/[15,17]。本章主要介紹了整個站控系統(tǒng)的組成和各部分的主要的控制功能，從而使讀者從整體上了解了壓氣站場的主要設(shè)備和功能，為以下集成設(shè)計安全儀表控制系統(tǒng)做了準(zhǔn)備。過濾分離器工作方式為1用1備。計量后通過匯管H3至2路電控自力式壓力監(jiān)控系統(tǒng)，工作方式為1用1備。進(jìn)、出站設(shè)置壓力、溫度檢測及報警。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。計量采用渦輪流量計，并配置流量計算機(jī)[13]。 ESD的硬件配置 ESD的選型此工程采用的是HIMA公司的F30 ESD控制器和HIMatrix F3 DIO 20/8 01（數(shù)字量輸入輸出模塊），下面對這兩類硬件分別進(jìn)行描述。從外觀上看，F(xiàn)30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(jìn)行編程和測試，3個FB口，為9針D型連接頭。此外，F(xiàn)30包括8個數(shù)字量輸出和20個數(shù)字量輸入，用于數(shù)據(jù)采集和控制現(xiàn)場設(shè)備，它們的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理參見下圖：圖33 ESD數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理圖. 數(shù)字量輸入:F30控制器有20個數(shù)字量輸入，每個數(shù)字量輸入對應(yīng)一個狀態(tài)顯示燈，支持有源信號和無源信號兩種接線方式，接線方式參見下圖，其中左圖為無源信號的接線方式，右圖為有源信號的接線方式。感應(yīng)負(fù)載可以不接二極管。此外，F(xiàn)3包括8個數(shù)字量輸出和20個數(shù)字量輸入，用于數(shù)據(jù)采集和控制現(xiàn)場設(shè)備，它們的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理參見下圖：圖36 數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理圖. 數(shù)字量輸入:F3 DIO 20/8 01有20個數(shù)字量輸入，每個數(shù)字量輸入對應(yīng)一個狀態(tài)顯示燈，支持有源信號和無源信號兩種接線方式，接線方式參見下圖，其中左圖為無源信號的接線方式，右圖為有源信號的接線方式。（注：感應(yīng)負(fù)載可以不接二極管）圖36 數(shù)字量輸出接線圖雖然每塊F3 DIO 20/8 01有2個以太網(wǎng)口，但是它們只有一個IP地址，可以通過軟件對F3的IP地址和System ID(SRS)進(jìn)行更改，每個F3的出廠默認(rèn)設(shè)置為： Default value for IP address: Default value for SRS: 以上由參考文獻(xiàn)[14]可知。但由于處理器單元的出錯容易導(dǎo)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。某一部件的故障也僅僅只會導(dǎo)致控制的某部分失敗。于是一種能允許系統(tǒng)部分故障，而又不影響正常生產(chǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求擺到人們眼前。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。它不同于一般的冗余：一般的冗余僅僅是模塊或總線上簡單的雙熱備，一旦輸入模塊出現(xiàn)故障，處理器模塊也會出現(xiàn)故障，這時系統(tǒng)可能會因此而癱瘓；但是具有容錯功能的系統(tǒng)，除了模塊、總線、通信上的冗余設(shè)計外，還具有自診斷功能。ESD系統(tǒng)就是設(shè)計為高度容錯性，用來將工業(yè)過程置為已知的安全狀態(tài)。2．安全系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)在安全系統(tǒng)的設(shè)計中，安全度等級是設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的安全度等級選擇合適的安全系統(tǒng)技術(shù)和配置方式。安全度等級可用于簡化和理論化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中各部分的安全要求，并使其定量化。隨著安全標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)證也就變得越來越重要。因此，在德國的專門認(rèn)證安全系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)T252。erwachungs Verein)將應(yīng)用在過程工業(yè)的安全系數(shù)定義為安全要求級別5。因此，必須先對具體的工業(yè)過程進(jìn)行安全度的評價。根據(jù)經(jīng)驗，石油化工生產(chǎn)裝置一般采用ESD系統(tǒng)的安全等級為SIL3級，即相當(dāng)于T252。隨著實踐經(jīng)驗的豐富和安全工程理論的深入發(fā)展，以及近年來新的工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)的誕生，這些標(biāo)準(zhǔn)有力地推動著TMR技術(shù)的逐漸推廣。 計算I/O點ESD的選型主要是選擇所用的處理器型號，I/O模塊個數(shù)。而其它的信號如站控開閥命令關(guān)閥命令，偏差報警，中間變量等為軟件所實現(xiàn)的控制信號就不算在I/O點數(shù)之內(nèi)。 本章小結(jié)輸氣站場的整個控制流程是很復(fù)雜