AIIen-BradIey系列PLC在西氣東輸二線輸氣管道中的應用

蒼松，王海峰，田家興，王多才，彭太翀，趙廉斌

（中國石油西氣東輸管道公司壓縮機處，湖北 武漢 430073）

0 引 言

西氣東輸二線管道沿線站場肩負對管道內天然氣加壓；對下游用戶進行分輸?shù)戎匾纳a(chǎn)任務，生產(chǎn)任務艱巨，對站場的自動化水平提出了較高的要求。西氣東輸每個站場都有獨立的站控自動化系統(tǒng)對其進行控制管理。西氣東輸二線站控自動化系統(tǒng)采用的為Allen-Bradley系列PLC系統(tǒng)（以下簡稱AB PLC），其對站場工藝數(shù)據(jù)進行采集監(jiān)控與管理。

1 西氣東輸二線AB PLC系統(tǒng)簡介

1.1 西氣東輸二線AB PLC系統(tǒng)構成

西氣東輸二線站場AB站控PLC主要由主機架與遠程機架構成。

AB系統(tǒng)中設置兩個主機架，每個主機架分別配置兩塊冗余的電源模塊供電。每個主機架分別設置有CPU，Controlnet模塊，SRM冗余模塊。兩個主機架通過光纖連接SRM模塊實現(xiàn)主備機架的冗余。

遠程機架數(shù)量由場站采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)點的數(shù)量決定。遠程機架主要設置有Controlnet模塊，用來與其他遠程機架和主機架進行通訊；DI、DO、AI、AO模塊，采集現(xiàn)場數(shù)字量與模擬量并對其控制；Ethernet模塊，通過RJ45接口網(wǎng)線連接交換機，與上位機HMI系統(tǒng)進行通訊。

西氣東輸二線站場AB PLC系統(tǒng)構成如圖1所示。

1.2 西氣東輸二線AB PLC系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡與協(xié)議

圖1 西氣東輸二線站場AB PLC系統(tǒng)構成圖

1.2.1 Controlnet網(wǎng)絡

Controlnet網(wǎng)絡協(xié)議是通用工業(yè)協(xié)議CIP網(wǎng)絡的一種，是一種開放的，具有高速吞吐量以及確定性和可重復性的實時工業(yè)網(wǎng)絡。Controlnet網(wǎng)絡保證了數(shù)據(jù)的準時發(fā)送，具備實時的傳輸功能，提供了高度確定、簡單且靈活的數(shù)據(jù)傳輸方式，提高了控制、組態(tài)和數(shù)據(jù)采集的效率［1］。

在西氣東輸二線AB PLC系統(tǒng)中，Controlnet主要應用于各個機架之間的通訊，通過在各個機架上安裝Controlnet模塊進行Controlnet組網(wǎng)。通過在Controlnet模塊上的撥碼，確定每個模塊在Controlnet網(wǎng)絡中的節(jié)點地址，從而完成各個機架之間通過Controlnet網(wǎng)絡的通訊。系統(tǒng)的Controlnet網(wǎng)絡采用雙網(wǎng)冗余，在Controlnet模塊上分別對A網(wǎng)與B網(wǎng)進行接線，組網(wǎng)完成其功能。Controlnet網(wǎng)絡采用同軸電纜進行連接。Controlnet網(wǎng)絡如圖2所示。

1.2.2 Ethernet／IP網(wǎng)絡

西氣東輸二線的AB PLC系統(tǒng)中，Ethernet／IP網(wǎng)絡主要應用于AB PLC系統(tǒng)與上位機HMI系統(tǒng)之間的通訊以及AB PLC系統(tǒng)與調試筆記本之間的通訊。通過在遠程機架上設置Ethernet模塊并用RJ45接口的網(wǎng)線使之與交換機相連，完成其與站場局域網(wǎng)通訊。在西氣東輸二線的AB PLC系統(tǒng)中，配備兩塊Ethernet模塊組成冗余的雙網(wǎng)配置，兩個模塊分別設置在Controlnet網(wǎng)絡中節(jié)點地址最低的兩個機架中，實現(xiàn)Ethernet／IP網(wǎng)絡的冗余通訊。

圖2 Controlnet網(wǎng)絡

2 AB PLC系統(tǒng)在西氣東輸二線站場的作用

西氣東輸二線站場的主要功能有對管道內的壓力進行升壓，對下游用戶進行分輸操作等。AB PLC作為站控PLC，肩負著對整個站場設備的自動控制與監(jiān)視功能，通過PLC的控制實現(xiàn)站場的主要功能［2］。

AB PLC主要用來對全站場主要閥門進行控制，并實時的監(jiān)控閥門狀態(tài)；對站場的主要壓力、溫度、差壓等進行監(jiān)控；完成一些站場主要工藝狀態(tài)的自動邏輯控制，如自動起站、自動停站、過濾分離器的自動切換等；對站場關鍵設備進行狀態(tài)監(jiān)控以及控制，如風機、空冷器、空壓機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、陰保系統(tǒng)、自用氣撬、警鈴等；與站場ESD系統(tǒng)進行通訊完成數(shù)據(jù)的傳輸；進行AB PLC的自我診斷功能，防止誤操作。與第三方通訊設備進行通訊，采集站場各個重要參數(shù)，實現(xiàn)全站第三方控制系統(tǒng)的監(jiān)控，如發(fā)電機、流量計算機、低壓配電柜等；完成手動或者自動的向下游分輸?shù)淖饔?，包括以PID方式進行自動調節(jié)分輸功能。

3 AB PLC系統(tǒng)的配置

3.1 RSLinx軟件的配置

RSLinx軟件用于完成AB PLC系統(tǒng)與上位機HMI系統(tǒng)之間的通訊以及AB PLC系統(tǒng)與調試筆記本之間的通訊。進入RSLinx軟件的操作頁面，首先選擇RSwho選項，在顯示介面上各模塊的系統(tǒng)連接圖中，找到與上位機通訊的Ethernet模塊，對其進行IP的設置［3］。

IP配置結束后對選擇configure drivers選項對AB PLC的驅動進行設置，進入configure drivers的選項卡，在下拉菜單中選擇所使用的驅動。西氣東輸二線站場通過Ethernet模塊連接上位機，通過IP的訪問進行通訊，通訊模式采用Remote Devices Via Linx Gateway的驅動，點擊add new對其進行添加。添加后，會提示為此驅動連接命名，確定后在彈出對話框中設置此遠程驅動連接的IP地址，將設置好的IP地址在這里進行填寫，完成設置。此時在Configured Drivers中，出現(xiàn)已經(jīng)設置好的連接以及連接狀態(tài)為running，如圖3所示。

圖3 RSLinx軟件的配置

3.2 AB PLC的RSNetWorx的配置

AB PLC的Controlnet網(wǎng)絡使用同軸電纜連接完畢后，還需要進行Controlnet組網(wǎng)，各個遠程機架才能正常應用，否則系統(tǒng)不能夠自動識別Controlnet網(wǎng)絡中的各個節(jié)點地址，導致Controlnet網(wǎng)絡不通，而無法識別遠程機架［4］。

進行Controlnet組網(wǎng)需要運行RSNetWorx for Controlnet軟件，在此軟件中進行Controlnet網(wǎng)絡的自動掃描，掃描過程中可以將Controlnet網(wǎng)絡中所有節(jié)點全部掃描出來，對自動掃描的結果與站場實際Controlnet網(wǎng)絡節(jié)點進行核對，若有丟失說明丟失處的Controlnet接線出現(xiàn)問題或者節(jié)點號設置有誤，對其進行檢查后重新進行掃描。掃描無誤后，設置參數(shù)并進行下裝，此時Controlnet網(wǎng)絡組網(wǎng)完畢。Controlnet網(wǎng)絡可以正常應用。

3.3 AB PLC的ControlLogix 5000的組態(tài)編程配置

ControlLogix 5000為AB PLC系統(tǒng)的程序編輯軟件，用來對AB PLC的系統(tǒng)進行程序的編寫并將其下載到AB PLC中實現(xiàn)其站場功能。

Control-Logix 5000主要使用的程序語言為梯形圖。Control-Logix 5000編程流程如4所示。

圖4 ControlLogix5000軟件編程流程

在進行程序編寫前首先根據(jù)站場AB PLC系統(tǒng)的實際配置情況進行系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)組態(tài)完成后，進行程序的編寫。程序編寫分為主例程與子例程。邏輯執(zhí)行主例程中的內容，梯形圖中自上而下對每個例程進行程序邏輯的執(zhí)行。西氣東輸二線站場功能眾多，在主例程中將全部邏輯編寫其中會顯得內容冗雜，邏輯雜亂，不方便閱讀，所以將程序分成子程序進行編寫，在主程序中進行邏輯跳轉的設置，分別跳轉到子程序中進行邏輯執(zhí)行，這樣邏輯更加清晰明了，方便程序的閱讀。

程序編寫完畢后，對程序進行下裝。下裝后即可對控制器的狀態(tài)進行控制。Online狀態(tài)時可以進行在線的調試與強制等操作。

4 AB站控PLC系統(tǒng)在西氣東輸二線場站的通訊

在西氣東輸二線站場中，AB PLC通過通訊實現(xiàn)與其他設備進行數(shù)據(jù)的傳輸。主要有與站場ESD控制系統(tǒng)的通訊和與站控上位機之間的通訊。

西氣東輸二線站場ESD系統(tǒng)使用的是霍尼韋爾的SM控制系統(tǒng)，它所使用的通訊協(xié)議為Modbus協(xié)議，而 AB PLC不支持Modbus通訊協(xié)議，在系統(tǒng)中添加一個協(xié)議轉換設備Anybus，用來分別連接AB PLC系統(tǒng)與SM ESD系統(tǒng)實現(xiàn)通訊。

Anybus模塊與AB PLC是通過Controlnet網(wǎng)絡進行連接的，設定Controlnet節(jié)點為8節(jié)點與9節(jié)點，采用兩個模塊雙網(wǎng)冗余配置，與SM系統(tǒng)通過RS-485串口進行連接，通過數(shù)據(jù)格式轉換完成Modbus通訊。在ControlLogix 5000中，對模塊進行組態(tài)，建立CONTROLNET-MODULE模塊。參數(shù)配置如圖5所示［6］。Node值為Controlnet網(wǎng)絡節(jié)點地址。Connection Parameters為兩種協(xié)議地址轉換對應參數(shù)關系。

在ControlLogix 5000中配置好后，同樣在Anybus模塊中也要進行地址映射的參數(shù)配置，如圖6所示。AB PLC傳輸過來的DO值在Modbus地址中從00001開始寫入，寫入160個bit，DI的值從00417開始寫，寫入160個值。AI模擬量點放入Modbus地址中的40081開始，寫入80個寄存器。通過分別在AB PLC中和Anybus中兩種協(xié)議的地址映射設置，實現(xiàn)地址傳輸數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，實現(xiàn)協(xié)議的轉換，完成通訊。

AB站控系統(tǒng)與上位機HMI系統(tǒng)是通過Ethernet／IP協(xié)議進行通訊，通過在上位機中安裝Rslinx軟件進行設置完成通訊。

5 AB站控PLC系統(tǒng)的運行分析及可行性建議

5.1 AB站控PLC系統(tǒng)運行情況分析

AB站控PLC系統(tǒng)在西氣東輸二線系統(tǒng)中運行中故障率較低，故障主要集中在數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊的通道故障。由于Ethernet／IP網(wǎng)絡與Controlnet網(wǎng)絡都采用雙網(wǎng)冗余，自身的網(wǎng)絡通訊中斷發(fā)生的情況較少。采用雙電源模塊給機架供電，雙CPU冗余配置，AB站控PLC系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠保證站場安全平穩(wěn)運行，保證對站場設備數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與控制。

AB PLC系統(tǒng)的Controlnet網(wǎng)絡相對來說不是很穩(wěn)定，組網(wǎng)的過程中經(jīng)常無法保證雙網(wǎng)冗余，需要嚴格的網(wǎng)絡搭建與設置，但是由于網(wǎng)絡采用雙網(wǎng)，一般不影響正常生產(chǎn)。另一方面AB PLC系統(tǒng)不支持工業(yè)中最常用的Modbus通訊協(xié)議，在與ESD控制系統(tǒng)進行通訊的時候需要另外購置協(xié)議轉換器進行協(xié)議轉換完成通訊，增加了成本與故障點［7］。

5.2 AB站控PLC系統(tǒng)的可行性建議

AB控制器可以在線進行遠程控制，修改程序，強制信號。如果出現(xiàn)誤操作的話會影響生產(chǎn)，建議用鑰匙開關將AB控制器狀態(tài)打到RUN狀態(tài)，由專業(yè)人員對鑰匙進行保管，此時，無法遠程對程序進行更改與強制。

加強對AB PLC系統(tǒng)的巡檢，對系統(tǒng)的指示燈進行記錄，及時發(fā)現(xiàn)問題。出現(xiàn)網(wǎng)絡中斷情況，雖然采用雙網(wǎng)冗余不會產(chǎn)生影響，但是仍應該及時對網(wǎng)絡的中斷進行恢復。

定期對AB的程序進行備份，以防止程序的丟失，定期對系統(tǒng)進行保養(yǎng)，以降低AB PLC系統(tǒng)的故障率，使其運行更加穩(wěn)定［8］。

6 結束語

通過AB PLC在西氣東輸二線系統(tǒng)中的應用，站控系統(tǒng)的功能得以完整實現(xiàn)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，給場站的日常監(jiān)護及操作帶來了便利。AB PLC系統(tǒng)的應用使西氣東輸?shù)淖詣踊芾硭降玫教嵘?，為管道系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運行提供了可靠的保證。

［1］鄧李.ControlLogix系統(tǒng)實用手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008：242-505.

［2］張雙城.Controlnet網(wǎng)絡在電廠水處理系統(tǒng)中的應用［J］.自動化儀表，2005，26（12）：53-54.

［3］ControlLogix 5000使用說明手冊［Z］.羅克韋爾公司，2008.

［4］Allen-Bradley系列PLC使用說明手冊［Z］.羅克韋爾公司，2008.

［5］劉開富.SY／T 5922-1994，天然氣輸送管道運行管理規(guī)范［S］.北京：石油工業(yè)出版社，1994.

［6］梁清華.工業(yè)控制網(wǎng)絡技術［M］.大連：大連理工大學出版社，2006：28-31.

［7］彭太翀.關于西氣東輸ESD系統(tǒng)報錯的探討和可行性優(yōu)化建議［J］.工業(yè)控制計算機，2011，24（11），28-30.

［8］田家興.HS與Viewstar兩種HMI系統(tǒng)在西氣東輸?shù)膽茫跩］.自動化與儀器儀表，2011，31（4），107-109.