SC200S

SC200S

紧急事故停车(ESD)控制系统的功能是在事故或故障状态下（包括设备事故和控制系统本身发生故障时），使生产能够有序的关停并处于状态下，从而避免灾难的发生，即避免对生产设备和人员的伤害及对环境的影响等，因而控制系统本身设计遵循故障（Fail to Safe）的原则，整个系统的硬件和软件的可靠性要求都很高。

　　可编程控制器（PLC）初作为替代传统顺序控制中的继电器控制的产品出现，系统可更改性，可重复使用性能（灵活性）非常强，而且其稳定性及寿命都比较高。近年来PLC系统本身的计算速度、模拟量处理能力、网络功能的增强和相关HMI技术的发展使得PLC系统在工业控制领域具有更广泛的应用空间。

　　三、系统构成

　　本系统控制器选用罗科韦尔自动化PLC-5系列中的PLC-5/40C，处理器通过BCM模块双机热备，正常情况下两台处理器同时工作，主处理器从远程I/O中读写数据并把更新后的中间数据文件通过一条高速数据通道（HSSL）传到从处理器。当主处理器发生故障时从处理器立即接管远程I/O，同时升级为主处理器。

　　系统配置一台作为报警记录、状态显示的操作员站，该操作员站安装Rockwell的HMI组态软件Rsview32和PLC编程软件RSLogix 5。PLC通过冗余的ControlNet网络与该平台上其他PLC以及工作站/服务器进行数据交换，考虑紧急停车系统的独立性和性，HMI通过DH+网络直接连接到CPU与处理器进行通讯。为节省空间，操作站直接安装在控制盘上，并通过RJ45接口连接到EtherNet网络打印机，用来打印报警记录和操作记录。

　　另外，对于可能影响到系统其他设备运行的现场信号，系统控制柜上设计安装现场就地盘关停信号的硬旁路（BYPASS）开关，用来当现场信号不稳定或故障检修时屏蔽该信号，使生产不至于中断，同时在系统启动时可以采用启动压缩机建立仪表风和恢复生产。

　　为了更明确的对平台设备运行情况有更直观的了解，系统设立一套盘装报警器，上边罗列整个平台关键设备的报警以及级别比较高的设备关停状态。通过这个报警器，操作人员可以一目了然的知道系统运行过程中设备运行的状况并做出相关处理。系统除了对生产设备进行关停控制外，还特别设计了和广播系统（PA）、水下井口控制系统（ECS）、火焰/可燃气体探测（FIRE/GAS）系统的接口。当火焰/可燃气体探测（FIRE/GAS）系统检测到相关报警并发出关停请求时，ESD系统根据不同请求级别做出相应关停动作，有关火灾报警系统的关停在级别上一般高于其他关停级别。当有系统关停动作或火灾报警系统报警时，触发广播系统提醒相关人员。

　　该系统系统结构见下图：

　　四、ESD系统PLC产品特点：

　　系统采用热备PLC-5/40C15控制系统。该系列的PLC及I/O模块均有UL，CE及美国认证 ，有多套稳定地安装运行于油气田各类生产控制系统中，已无故障运行多年，其具有如下特点：

 　 PLC-5/40处理器支持梯形图控制逻辑编程，顺序流程功能图编程和结构文本编程方式。

 　 内置DH+接口可供编程或组成同级通讯网络。内置远程I/O口可以控制远至3公里以外的I/O。

 　 内置RS-232/422/423 口可用来 编程或ASCII显示，指令系统为指令包括数据文件处理、顺序器、诊断、移位、立即输入输出和程序控制指令等。

 　 PLC5/40处理器多主程序功能包括处理器输入中断、可编程故障响应和定时中断，工作环境温度 0°C - 60°C, 可电池备份RAM 或 EEPROM 备份。

 　 换I/O模块时不用断开接线，接线臂随模块发货。

　   I/O模块与交流/直流传感器/执行机构之间有大范围的信号接口，可适合多种应用。

 　 每个I/O均有发光二极管指示输入/输出状态，便于维护。

 　 输出模块固态继电器中已有保险丝，可保护模块线路。

 　 模块上的点数可以有多种配置，大可配置为32点，以使用户得到大的灵活性。

　　操作员站主要功能：

 　 对PLC程序进行维护 。

　    报警数据的记录与管理，并提供相关报表。

　   形象的工艺流程显示各生产设备的运行或关停状态。

　    显示系统关停级别和系统本身运行状态。

　   故障记录和信息的查询和管理；

　   系统操作的记录和管理，并提供相关报表。

 　 系统提供动态的因果图（CAUSE & EFFECT）使系统关停产生原因和相关结果一目了然。

 　  提供完整的权限机制，保证系统操作可靠。

       另外，Rockwell自动化为PLC-5系列处理器提供模拟软件EMULATE 5。这样在系统设计并制作完运抵现场前，给我们出厂测试和系统模拟运行提供良好的测试条件，为系统一次投运一次成功打下良好的基础。整个SCADA系统在结构设计上主要考虑以下几个方面：

　　1、站内数据与站外数据的物理分隔；

　　在油气集输项目中，站内控制系统与站外控制系统在控制需求上是有着本质区别的。站内控制系统以DCS系统等过程控制系统为核心，无论是系统结构、网络配置、操控模式等，都属于标准的过程控制模式。有人机交互极为频繁，通讯可靠性，数据服务极稳定，将过程仪器仪表高度抽象化，以工艺单元为监控目标等特点。而站外控制系统中的RTU或PLC，以无人值守的运行方式居多，人机交互相对较少；即使在控制功能相对较多的集气站单元，一般也以“自治”模式为主，较少需要操作员干预。但是在紧急情况下，需要人工紧急干预时，如关井、放空等命令时，响应要及时准确。对于一般监控数据，要保证数据的完整性和连续性。

　　因为站内控制系统和站外控制系统的需求不同，它们对数据的处理上就有不同。站内控制系统要求数据实时性好，无论上传还是下发，除极个别要求较高的动作指令外，一般都是采用同一周期数据更新频率；而站外控制系统相对数据实时性要求一般，下发数据和上传数据采用不同的数据更新频率，下发数据的指令级别要高于上传数据的指令级别。总体而言，站内控制系统或者DCS系统对数据的实时性要求更高，而站外控制系统相对一般。因此，为了实现这个要求，PCS7 TELECONTROL方案中对于站内控制系统采用标准的PCS7解决方案，采用冗余快速工业以太网的结构，以MAC地址寻址的模式，即在数据链路层就实现数据的交换，无需经过网络层，这样大大提高了数据访问的实时性。站外控制系统，则采用标准的工业以太网模式，利用支持路由功能的三层工业以太网交换机，将站外所有需要进行数据通讯的节点连接起来，以进行数据通讯。

　　如果将这两种数据访问服务集中到一套数据服务器上，DCS数据访问服务必然会受到影响。因为站外数据访问服务的周期要远大于站内DCS数据服务周期，随着站外控制系统数据量的增加，数据服务器本身无法区分站内数据服务和站外数据服务，因此整体数据访问效率会大大降低。其次，站内控制系统是整个SCADA系统的核心，而这种基于C/S结构的控制系统，数据服务器的稳定性直接决定整个控制系统的稳定性，而稳定性是气田集输自动化项目基本也是高的要求。PCS7 TELECONTROL可以物理上将这两种应用分隔开，逻辑上又可以通过CAS或PROCESS HISTORIAN等软件进行数据的集中管理。

　　冗余结构是提高稳定性的直接也是有效的手段。其次，可以采用将不同的数据服务分散到多个或者分布式的数据服务器中的模式，将数据风险分散。再次，就是提高数据服务器本身的可靠性。这三种方案都能够有效提高系统的稳定性。本项目采用了冗余和分布式的模式，即每个数据服务器都是冗余配置，同时根据数据访问服务的不同特点，将站内数据服务和站外数据服务分别部署到两套不同的数据服务器中，在提高单数据服务器对通讯效率的同时，分散相应的数据服务。

　　对于第三种措施，即高稳定性的服务器，从性价比的角度考虑本项目没有采用。这是一种成本的解决方案，也是一种真正的冗余的服务器。服务器中的任何一个原件都是冗余的，并且可以实现内存的同步。

　　2、站内数据与站外数据的逻辑统一；

　　SCADA系统的核心是数据库。一般的SCADA应用中都包含实时数据服务（数据库）和历史数据服务（数据库）两种。

　　实时数据库的重要特性就是实时性，包括数据实时性和事务实时性。数据实时性是现场IO数据的更新周期。一般数据的实时性主要受现场设备的制约，即控制器设备的通讯能力。事务实时性是指对事务处理的速度，它可以是事件触发方式或定时触发方式。事件触发是该事件一旦发生可以立刻获得响应，这类事件可以得到立即处理，但比较消耗系统资源；而定时触发是在时间范围内获得调度权。一般的实时数据库，从系统的稳定性和实时性而言，同时提供两种调度方式。实时数据库一般以文件的形式保存。

　　历史数据库一般是商用数据库，如oracle、SQL Server等，PCS7 TELECONTROL采用的是SQL Server数据库。历史数据服务主要的功能是将实时数据库采集到的大量的数据，通过特殊的压缩算法，持久化到商用数据库中，以便可靠保存。即利用较少的物理空间保存大量的数据信息。历史趋势以及报表服务中的数据均来自历史数据库中。在TELECONTROL解决方案中，除了生产数据外，任何可采集的信息都能够做历史数据保存，如报警信息、操作记录等。

　　本项目中，无论站外控制系统和站内控制系统如何划分，都需要一个统一的数据服务。除了站内的多个控制系统间可以便捷的进行数据访问外，站外系统之间以及站外系统和站内系统间也需要能够进行数据访问。从系统管理的角度出发，也必然要求一个统一的数据库，以便于将站内系统和站外系统有机的融合到一起。

　　在PCS7 TELECONTROL解决方案中，多可支持11对(套)数据服务器的数据集中保存。本项目中，将两套数据服务器的数据集中到一套磁盘阵列中进行数据持久化保存。区别于传统硬件技术，采用磁盘阵列来保存数据主要有以下优势：

　　?   它是、高可用性共享存储解决方案，可以连接多台服务器，在混合虚拟化工作负载中实现均衡的性能。

　　?   可满足的应用要求。

　　?   实现更高的管理效率。

　　?   部署可扩展性和灵活性，有助于实现数据分层，优化系统性能。

　　?   多种数据保护能力。

　　?   在线扩展功能。

　　?   支持多种RAID 级别。

　　3、编程方式；

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