陜京輸氣管道采用了SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)陜西到北京天然氣輸送的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)采集、管道工藝優(yōu)化和決策，是迄今為止我國陸上控制天然氣管道距離最長，自動化水平最高，功能齊全等自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由德國PLE管道工程公司、德國CEGELECAEG系統(tǒng)自動化公司，四川石油管理局勘探設(shè)計研究院、北京華油有限責(zé)任公司等共同完成。天津諾迪亞可編程控有限公司作為德國CEGELECAEG的合作伙伴，直接參與了SCADA系統(tǒng)中PLC部分的由工程投標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計，程序編制，安裝調(diào)試和維修服務(wù)的全部工作，為工程的順利完成作出了重要的貢獻(xiàn)。 一、系統(tǒng)概況 陜京SCADA系統(tǒng)在北京設(shè)置一總控制調(diào)度室，下設(shè)四個輸氣管理處終端監(jiān)視，沿管線設(shè)置RTU站，系統(tǒng)構(gòu)成。PLC系統(tǒng)作為SCADA系統(tǒng)的智能RTU及現(xiàn)場控制設(shè)備，在整個SCADA系統(tǒng)中占有重要地地位。陜京管道全線共設(shè)有自動控制站（ACS）20座，PLC系統(tǒng)在站中負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場控制信號，對各種閥門進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)；接收來自流量計算機(jī)所產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和存儲，生成相應(yīng)得趨勢曲線和生產(chǎn)報告；接收氣體分析儀的數(shù)據(jù)來動態(tài)調(diào)整流量計算機(jī)中的參數(shù)等等。 各站的PLC負(fù)擔(dān)的另一個重要功能是向北京調(diào)度中心提供現(xiàn)場的狀態(tài)數(shù)據(jù)及全部的流量數(shù)據(jù)，并接收來自調(diào)度中心的控制指令，以實(shí)現(xiàn)全線的遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程通信方式為通信衛(wèi)星（VSAT）和公用電話網(wǎng)（PSTN），其中衛(wèi)星通信為主路由，公用電話網(wǎng)為備用路由。 二、系統(tǒng)配置 陜京輸氣管道SCADA系統(tǒng)選用的是Modicon90年代QuantumPLC產(chǎn)品。在20座自動控制站（ACS）中分為兩類：A類：有人值守的計量站，包括靖邊首站、北京末站、琉璃河分輸站和永清分輸站。由于這四個站規(guī)模較大，并且是流量數(shù)據(jù)的來源，為保證系統(tǒng)的高可靠性，計量站PLC都配置了雙機(jī)熱備系統(tǒng)和冗余的通信路由，另外配置了工業(yè)計算機(jī)人機(jī)接口（HMI）和相應(yīng)的報警。PLC主機(jī)選用140CPU21304，內(nèi)存為756KB，掃描速率為0.3ms每K字。上位監(jiān)控軟件為FactoryLink。B類：無人值守的9座站及7座清管站，由于這些站規(guī)模較小，且主要作為北京調(diào)度中心遙控設(shè)備，因此在站內(nèi)不設(shè)PLC人機(jī)接口，也不作熱備，但是通信路由仍然是冗余配置。PLC主機(jī)選用140CPU11302，內(nèi)存為256KB，掃描速率為1ms每K字。 三、通信系統(tǒng) ModiconPLC具有強(qiáng)大的通信功能，充分支持局域控制網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程廣域通信網(wǎng)絡(luò)。 1、局域控制網(wǎng)絡(luò)在靖邊站、琉璃河站、北京末站、永清站都采用了ModbusPlus(MB )網(wǎng)絡(luò)。 MB＋是一個高性能的工業(yè)通訊網(wǎng)，它可以使計算機(jī)，PLC或其它數(shù)據(jù)源經(jīng)雙絞線電纜在工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對等通訊，MB＋的數(shù)據(jù)傳送速率是1MBPS。MB＋采用的是令牌通信策略，具有高可靠性和大的吞吐率。MB＋支持網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)測，可以由PLC監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，在故障時可產(chǎn)生即時報警，此外，MB＋支持例外讀寫和非清求讀寫等高級通信功能。 在MB＋網(wǎng)絡(luò)中配置了BM85多路復(fù)合網(wǎng)橋，將MB＋網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口協(xié)議，以集成廣域網(wǎng)通信。 2、廣域通信 在各現(xiàn)場站到北京調(diào)度中心的通信網(wǎng)絡(luò)中，采用的是Modbus協(xié)議。Modbus協(xié)議已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用RS232C的串行通信方式，能利用一切現(xiàn)有的遠(yuǎn)程通信方式如衛(wèi)星、無線電、電話線路等。 SCADA系統(tǒng)中遠(yuǎn)程通信的主路由為美國休斯公司的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，從BM85的一個RS232C接口可與休斯公司的衛(wèi)星收發(fā)設(shè)備相連，Modbus數(shù)據(jù)包經(jīng)衛(wèi)星收發(fā)設(shè)備打成X.25的數(shù)據(jù)包以加強(qiáng)通信的糾錯能力。北京調(diào)度中心的熱備通信前端處理機(jī)（FEP）負(fù)責(zé)請求和接收各現(xiàn)場站的數(shù)據(jù)，進(jìn)入SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。 由于Modbus集成在ModbusPlus網(wǎng)絡(luò)中，前端機(jī)支持同時打開八條通道與現(xiàn)場站進(jìn)行通信。在SCADA系統(tǒng)中20座現(xiàn)場站分成了8組，其中四座計算機(jī)站分別為單獨(dú)的組，以支持大的通信數(shù)據(jù)和保證實(shí)時性，其他無人操作站分配4組，運(yùn)用輪循方式進(jìn)行數(shù)據(jù)請求。 SCADA系統(tǒng)的備用路由是PSTN公用電話網(wǎng)。BM85通過調(diào)制解調(diào)器與電話網(wǎng)相聯(lián)，本項目采用的是撥號方式與各站聯(lián)通。當(dāng)衛(wèi)星通道發(fā)生故障時，備用路由即開始啟用。由于整個系統(tǒng)設(shè)計了四條撥號線，所以FEP仍是采用輪循方式對各站進(jìn)行訪問，加上撥號、應(yīng)答及掛斷的時間，速度要比VSAT通信要慢得的多。 VSAT通道和PSTN通道故障可由通信超時信號（Timeout）來監(jiān)測，超時的時間數(shù)值及通信請求的重發(fā)次數(shù)可以在BM85配置表中預(yù)先設(shè)置。 3、系統(tǒng)的同步 為保持SCADA系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，保持整個系統(tǒng)的同步非常重要，特別是在整個管道上的9座陰極保護(hù)防腐裝置，要求各站工作狀態(tài)同步變化，以測試斷電狀態(tài)時的保護(hù)電位。 首先在北京調(diào)度中心設(shè)置了GPS時鐘作為全系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時間，并要求各PLC站硬件時鐘誤差不超過1秒。系統(tǒng)時鐘同步是由前端機(jī)向各現(xiàn)場站發(fā)送時鐘校核來實(shí)現(xiàn)的。時鐘校核方式為： 當(dāng)有一新RTU聯(lián)接上網(wǎng)； 30分鐘對各站校核一次； RTU重新啟動時必須校核； 中斷的通信獲得恢復(fù)時也應(yīng)該校核； 在實(shí)際應(yīng)用中，對PLC編程時還采用了程序段調(diào)度的方法，使時鐘同步程序優(yōu)先執(zhí)行，以使PLC能即時獲得由中控室下載的系統(tǒng)時鐘。