黃健發(fā) 葛 明 鐘利軍 呂勃蓬 劉 晴

(中國(guó)石油西氣東輸管道公司南昌管理處)

RTU系統(tǒng)在西氣東輸輸氣管道中的應(yīng)用①

黃健發(fā) 葛 明 鐘利軍 呂勃蓬 劉 晴

(中國(guó)石油西氣東輸管道公司南昌管理處)

介紹了西氣東輸輸氣管道中應(yīng)用ControlWave Micro系列RTU系統(tǒng)的情況。詳述了ControlWave Micro系列RTU系統(tǒng)的構(gòu)成、支持的通信協(xié)議和系統(tǒng)通信連接的方法，列出了西氣東輸閥室的主要功能和根據(jù)其閥室功能進(jìn)行程序編寫(xiě)的方法，給出了ControlWave Micro系列RTU系統(tǒng)在西氣東輸運(yùn)行維護(hù)中的注意事項(xiàng)和易發(fā)故障，提高了西氣東輸?shù)淖詣?dòng)化控制水平和管理水平。

RTU系統(tǒng) 西氣東輸 閥室

西氣東輸管道沿線閥室數(shù)量眾多，內(nèi)設(shè)遠(yuǎn)程終端裝置(Remote Terminal Unit，RTU)，閥室地處偏僻地區(qū)，無(wú)人值守，因此對(duì)RTU運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性提出了較高要求。西氣東輸二線閥室采用ControlWave Micro系列RTU對(duì)閥室工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行采集監(jiān)控與管理。

1 ControlWave Micro系列RTU系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 RTU系統(tǒng)構(gòu)成

RTU主要由電源模塊、CPU 處理器、擴(kuò)展通信模塊、I/O模塊及背板等構(gòu)成，如圖1所示。其中PSSM模塊(Power Supply/Sequencer Module)為電源供應(yīng)/定序器模塊，為機(jī)架背板提供電源，輸入為+24V(DC)，輸出為+3.3V(DC)。CPU模塊的型號(hào)為ControlWave Micro 33，有8MB嵌入式同步讀/寫(xiě)閃存，用于文件和歷史存檔；還具有2MB非易失性SRAM，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；一個(gè) RS-232 和 一 個(gè) RS-485 串行通信口；兩個(gè)可選100/10Mbit/s以太網(wǎng)口。ECOM模塊(Expansion Communication Module)為擴(kuò)展通信模塊，上有一個(gè) RS-232 和 一個(gè) RS-485 串行通信口，用于與第三方設(shè)備通信。AI模塊用于接入模擬量信號(hào)，如溫度、壓力等；DI模塊用于接入數(shù)字量輸入信號(hào)，如火災(zāi)報(bào)警、閥室開(kāi)關(guān)狀態(tài)等；DO模塊用于接入數(shù)字量輸出信號(hào)，如閥室的開(kāi)閥命令。

圖1 RTU的結(jié)構(gòu)

ControlWave Micro系列RTU系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱RTU系統(tǒng))主要由RTU、交換機(jī)、光通信設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)儀表及高頻供電電源等組成，RTU通過(guò)交換機(jī)、光通信設(shè)備將數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)缴舷掠螆?chǎng)站。

1.2 RTU系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議

以太網(wǎng)是一種基帶局域網(wǎng)規(guī)范，與IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)類似，采用5層結(jié)構(gòu)，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活及可尋址等優(yōu)點(diǎn)[1]，廣泛應(yīng)用于西氣東輸輸氣管道中。在西氣東輸二線閥室的RTU系統(tǒng)中，以太網(wǎng)主要應(yīng)用于與上下游站場(chǎng)的通信中，通過(guò)CPU模塊上的兩個(gè)可選100/10Mbit/s以太網(wǎng)口接入交換機(jī)，再由交換機(jī)連接到光通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與上下游站場(chǎng)的通信功能。

RS-485作為一種串行通信接口，憑其傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在各種工業(yè)場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用[2～4]。在西氣東輸二線閥室中通過(guò)兩個(gè)ECOM模塊上的RS-485 串行通信口分別連接氣液聯(lián)動(dòng)閥和高頻供電電源，用于傳輸氣液聯(lián)動(dòng)閥和高頻供電電源的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2 RTU系統(tǒng)軟件配置

RTU系統(tǒng)專用軟件為Open BSI，它包括LocalView、ControlWave Designer等多個(gè)應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

2.1 LocalView

LocalView是Open BSI的工具軟件，通過(guò)該軟件可以快速、簡(jiǎn)單地使本地設(shè)備連接到遠(yuǎn)程的設(shè)備單元，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的不同操作。LocalView可以在4種不同的模式下使用，每種模式實(shí)現(xiàn)不同的功能。Local Mode模式允許通過(guò)BSAP協(xié)議同本地的ControlWave系列控制器建立通信；Flash Mode模式可以用來(lái)升級(jí)固件版本；Configure Mode模式可以為ControlWave控制器配置 IP 地址和端口參數(shù)；IP Comm模式允許通過(guò)IP協(xié)議同本地的ControlWave系列控制器建立通信。

在西氣東輸二線閥室日常維護(hù)操作過(guò)程中，使用頻率最高的為IP Comm模式，連接成功后，需要配置Ports、IP Parameters、Application Parameters及IP Routes等選項(xiàng)。Ports選項(xiàng)配置各個(gè)通信口，包括各個(gè)串口和以太網(wǎng)口，如圖2所示。在圖2中，ENET1為RTU中的一個(gè)以太網(wǎng)口，IP ADDR A和IP MASK分別為其IP地址和子網(wǎng)掩碼。COM1為RTU中的一個(gè)串口，Baud Rate、Bits Per Char、Stop Bits和Parity分別為其波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。IP Parameters選項(xiàng)對(duì)CPU模塊的NHPs(網(wǎng)絡(luò)主機(jī)IP地址)、UDP Ports(UDP端口)及Gateway(網(wǎng)關(guān))等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通常需要設(shè)置的是NHPs和Gateway，其他的為默認(rèn)設(shè)置即可。Application Parameters選項(xiàng)配置CPU、內(nèi)存等信息。 IP Routes選項(xiàng)配置上下游站場(chǎng)、調(diào)度中心的IP地址、網(wǎng)關(guān)等信息，實(shí)現(xiàn)與上下游站場(chǎng)、調(diào)度中心的通信。

圖2 Ports選項(xiàng)配置

當(dāng)需要將修改后的配置寫(xiě)入到RTU中時(shí)，需要點(diǎn)擊“Save to RTU”，然后會(huì)彈出RTU通信配置正在被寫(xiě)入到RTU的對(duì)話框，如圖3所示。新的配置寫(xiě)入到RTU后，必須重新啟動(dòng)RTU控制器，配置才能生效。

圖3 通信配置正在被寫(xiě)入到RTU

2.2 ControlWave Designer

RTU編程組態(tài)軟件采用Bristol Babcock公司的ControlWave Designer，它是面向ControlWave系列產(chǎn)品的編程組態(tài)軟件，該軟件符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)。ControlWave Designer提供5種編程語(yǔ)言(ST、FDB、LD、SFC、IL)[5]，西氣東輸二線RTU系統(tǒng)中主要使用的程序語(yǔ)言為功能塊、結(jié)構(gòu)化文本。ControlWave Designer編程流程如圖4所示。

圖4 ControlWave Designer編程流程

在圖4中，第4步的程序?qū)嵗c第2步中的程序?qū)?yīng)起來(lái)，在西氣東輸二線閥室是有連接到IO模塊上的信號(hào)的，如壓力、溫度等信號(hào)，因此需要進(jìn)行IO硬件組態(tài)。IO硬件組態(tài)需要配置信號(hào)的硬件通道、信號(hào)類型及量程等信號(hào)。根據(jù)閥室需實(shí)現(xiàn)的功能編寫(xiě)完程序后點(diǎn)擊make圖標(biāo)進(jìn)行編譯，確認(rèn)程序無(wú)誤后可以進(jìn)行程序下載。

在RTU系統(tǒng)程序中共有3個(gè)任務(wù)，任務(wù)類型均為CYCLIC(循環(huán)執(zhí)行)。任務(wù)1中有一個(gè)名為VC的程序?qū)嵗?，其功能是控制、采集閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)和管道陰極保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)，該程序?qū)嵗龑?duì)應(yīng)的程序名為L(zhǎng)ogical POUs中的VC，每一個(gè)程序?qū)嵗贚ogical POUs中都有相應(yīng)的程序。任務(wù)2中有一個(gè)名為POWER的程序?qū)嵗?，其功能是采集高頻供電電源狀態(tài)；還有一個(gè)名為BV_V的程序?qū)嵗?，其功能是采集氣液?lián)動(dòng)閥門(mén)狀態(tài)。任務(wù)3中有一個(gè)名為Slave的程序?qū)嵗?，其功能是定義通信使用Modbus主-從技術(shù)，即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢)，其他設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)，并且只能實(shí)現(xiàn)主站和從站之間的數(shù)據(jù)交換，從站之間不能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[6,7]。

3 RTU系統(tǒng)的運(yùn)行分析和可行性建議

RTU是一種安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控單元裝置，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和控制[8]。在西氣東輸二線閥室中，RTU系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)、采集并上傳閥室工藝過(guò)程的壓力、溫度、濕度、火災(zāi)報(bào)警以及設(shè)備狀態(tài)等信息，并對(duì)線路緊急截?cái)嚅y和供電電源進(jìn)行監(jiān)視和控制。

3.1 RTU系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

RTU系統(tǒng)在西氣東輸二線閥室運(yùn)行中故障率較低，故障主要集中在氣液聯(lián)動(dòng)閥電控單元本體故障導(dǎo)致RTU系統(tǒng)采集不到它的參數(shù)。RTU使用溫濕度范圍大，分別為-40～70℃、0%～95%非冷凝，且RTU閥室都配備了空調(diào)，能保證閥室溫濕度在適宜范圍內(nèi)。閥室通信鏈路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自身的網(wǎng)絡(luò)通信中斷發(fā)生的情況較少。除外電專線供電外，還有后備蓄電池給RTU系統(tǒng)供電，使RTU系統(tǒng)供電變得安全可靠。RTU系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠保證對(duì)閥室設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，保證閥室安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2 RTU系統(tǒng)的可行性建議

加強(qiáng)對(duì)閥室RTU系統(tǒng)的巡檢，檢查硬件設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各模塊指示燈、RTU安裝附件狀態(tài)、信號(hào)防雷擊端子、保險(xiǎn)的狀態(tài)和各模塊之間的通信狀態(tài)，RTU與上下游場(chǎng)站、調(diào)控中心的通信狀態(tài)和參數(shù)的一致性，并檢查系統(tǒng)供電。每年要對(duì)干線截?cái)嚅y進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)實(shí)際動(dòng)作測(cè)試一次，防止突發(fā)事件發(fā)生時(shí)不能及時(shí)關(guān)閉截?cái)嚅y。定期對(duì)RTU的程序進(jìn)行備份，以防程序丟失。通過(guò)日常維護(hù)降低RTU系統(tǒng)的故障率，使它運(yùn)行更加穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)RTU系統(tǒng)在西氣東輸二線閥室中的應(yīng)用，使分散的眾多閥室能在上下游站場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)閥室無(wú)人值守。RTU系統(tǒng)的應(yīng)用使西氣東輸?shù)淖詣?dòng)化管理水平得到提升，為管道系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運(yùn)行提供了可靠的保證。

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ApplicationofRTUSysteminWest-EastGasPipeline

HUANG Jian-fa, GE Ming, ZHONG Li-jun, LV Bo-peng, LIU Qing

(NanchangAdministrationDepartment,PetroChinaWest-EastGasPipelineCo.)

The application of ControlWave Micro RTUs in the west-east gas pipeline was described, including its system composition, communication protocol and the connection of communication system; and the functions of valve chambers there and the methods of writing programs concerned were listed, including the matters needing attention in the operation and maintenance and easily-happened troubles there so as to improve the level of automation and the management of west-east gas pipeline.

RTU system, west-east gas pipeline, valve chambers

黃健發(fā)(1987-)，助理工程師，從事長(zhǎng)輸天然氣管道自動(dòng)化控制技術(shù)的研究，huangjianfa66@126.com。

TH865

B

1000-3932(2017)03-0301-04

聲明

2016-09-02)

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