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    一、前言

    河北省能源結(jié)構(gòu)長期以煤炭為主，占總能源消費的89%以上，電力、燃氣的消費相對較少，這種能源品種結(jié)構(gòu)的不合理，造成全省城市大氣污染嚴重。因此，必須大力調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大量使用天然氣等潔凈能源，使全省的資源、環(huán)境、經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。天然氣具有煤炭、石油所無法比擬的環(huán)保優(yōu)勢。我國的天然氣開發(fā)利用雖起步較晚，但在目前和今后相當長的時間內(nèi)，將得到大力發(fā)展，這就為河北省利用天然氣資源提供了一個歷史契機。河北省天然氣利用一期工程即陜京線北京—石家莊支線，是關(guān)系到河北省工業(yè)生產(chǎn)、人民生活、減少大氣污染、改善和提高環(huán)境質(zhì)量的大事，涉及各行各業(yè)與千家萬戶，關(guān)系國計民生。建設(shè)該工程的主要目的就是：調(diào)整河北省的能源結(jié)構(gòu)，提高城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量，減少大氣污染、改善和提高環(huán)境質(zhì)量。

    二、概述

    河北省天然氣利用一期工程是河北省重點工程，省長一號工程。該工程設(shè)計年輸氣能力15×108m3年。始于陜京輸氣管道二站村閥室，終點為石家莊末站，沿線共經(jīng)過15個縣、市、區(qū)，全長201.7km。主管線管徑φ508，設(shè)計壓力6.3MPa。沿線共設(shè)4座工藝站場，7座截斷閥室。

    自動控制采用集中監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)），調(diào)度控制中心設(shè)在石家莊末站，由調(diào)度中心對沿線各站場的生產(chǎn)運行進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和控制，各站設(shè)PLC站控系統(tǒng)。合理的工藝水平、高精度的交接計量、調(diào)壓技術(shù)和先進自控水平，使本工程達到了九十年代末世界先進水平。

    三、輸氣站場工藝簡介

    本工程沿線共設(shè)置4座工藝站場，分別為：涿州首站、保定分輸站、定州分輸站和石家莊末站。每座站場在設(shè)計時均考慮投產(chǎn)初期氣量較小的情況，并設(shè)有反輸流程，在條件允許的情況下，天然氣從石家莊輸至涿州，向沿線各城市供氣。

    涿州首站站內(nèi)分為兩個部分，一部分包括天然氣進站截斷放空、天然氣分離、天然氣計量（上游），該部分由北京集輸公司管理；另一部分包括天然氣總計量（下游）以及向涿州市分輸部分的調(diào)壓、計量等。在涿州首站還設(shè)有氣體在線分析。
保定分輸站主要包括清管器收發(fā)裝置2套、氣體進站分離以及向保定市分輸部分的調(diào)壓計量。定州分輸站主要包括天然氣截斷放空和向定州分輸部分的分離、調(diào)壓計量等。

    石家莊末站承擔者向石家莊市供氣的任務，主要包括天然氣分離、調(diào)壓計量，并預留第二氣源的進口，向邢臺、邯鄲供氣預留接口；同時，還設(shè)有調(diào)度控制中心，對全線生產(chǎn)運行情況進行控制和調(diào)度。石家莊末站設(shè)有綜合樓和宿舍樓，在投產(chǎn)初期負責公司人員的就餐及部分人員的住宿。

    四、 自控系統(tǒng)

    4.1 概述

    本工程自動控制設(shè)計內(nèi)容包括涿州首站、保定分輸站、定州分輸站、石家莊末站站控系統(tǒng)和石家莊調(diào)度控制中心等。

    涿州首站、保定分輸站、定州分輸站和石家莊末站的站控系統(tǒng)負責采集站場工藝過程參數(shù)和運行狀態(tài)等，如溫度、壓力、流量及供配電系統(tǒng)等參數(shù)，對閥門的開、關(guān)和故障狀態(tài)、火災報警、可燃氣體檢測等進行監(jiān)測。石家莊調(diào)度控制中心是管線的管理中心和調(diào)度核心，負責對管道沿線的涿州首站、保定分輸站、定州分輸站和石家莊末站的運行實行統(tǒng)一調(diào)度管理，監(jiān)視站場重要的運行參數(shù)和狀態(tài)，設(shè)定值和各項操作命令能夠從調(diào)度中心準確地下達到有關(guān)站場。站場控制系統(tǒng)和調(diào)度中心組成了SCADA系統(tǒng)。

    4.2 自控水平

    調(diào)度控制中心、中間各站場站控系統(tǒng)、現(xiàn)場儀表組成一個三級監(jiān)測、控制管理的系統(tǒng)模式。

    第一級：為就地儀表、手動和站場系統(tǒng)監(jiān)控(站場儀表)。

    第二級：實現(xiàn)站控系統(tǒng)值班控制室內(nèi)的集中監(jiān)視控制（站控系統(tǒng)）。

    第三級：石家莊設(shè)調(diào)度控制中心集中遠程監(jiān)視控制（監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即SCADA系統(tǒng)）。

    4.3 控制方案

    本工程儀表及自動化系統(tǒng)的設(shè)計、選型以技術(shù)先進、經(jīng)濟實用為原則，自控系統(tǒng)采用監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）。在石家莊末站設(shè)調(diào)度控制中心，首站、末站及各分輸站均設(shè)站控系統(tǒng)監(jiān)控全站。經(jīng)過仔細的考察和比選，采用了羅克韋爾自動化ControlLogix 系列PLC構(gòu)成集中監(jiān)視、分散控制方案。ControlLogix 系列PLC是羅克韋爾自動化公司最新推出的、功能更強大的可編程邏輯控制器。它有以下特點： 

    模塊化：ControlLogix系統(tǒng)的模塊化的I/O、內(nèi)存及通訊接口為用戶提供了一種即可組態(tài)又便于擴展的系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)需要靈活配置所需的I/O數(shù)量，內(nèi)存容量以及通訊網(wǎng)絡(luò)。以后當用戶需要進一步擴展系統(tǒng)時，可隨時添加I/O，內(nèi)存及通訊接口。最大I/O點數(shù)為128000。 

    帶電插拔：ControlLogix允許用戶帶電插拔系統(tǒng)中的任何模塊，而不會對模塊造成損壞。這樣用戶就可以在繼續(xù)維持系統(tǒng)運行的同時更換故障模塊。 

    高分辯率I/O：最高16位，可選帶自診斷功能模塊，I/O故障報告。 

    高速傳送：ControlLogix 所采用的PRODUCER/CONSUMER技術(shù)使得數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)之間，網(wǎng)絡(luò)的鏈路之間以及通過背板的模塊之間實現(xiàn)有效的高速傳送。 

    高強度工業(yè)硬件平臺：ControlLogix采用特殊設(shè)計的高強度工業(yè)硬件平臺，從而可耐受振動，高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電器干擾。 

    分布式處理：通過Ethernet，ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)將處理器連接起來，可以實現(xiàn)分布式處理。 

    IEC-1131-complaint操作系統(tǒng)：該操作系統(tǒng)提供了真正具有優(yōu)先級的多任務環(huán)境，從而允許用戶通過單獨排定軟件組件來滿足自己的應用要求。這就大大提高了處理器的效率而且降低了成本，因為它可以減少用戶整個控制系統(tǒng)的處理器數(shù)量。

    4.4 系統(tǒng)組成及特點

    本系統(tǒng)中冗余的ControlLogix 站控制系統(tǒng)由以下幾個部分組成：
 
    兩個四槽框架：1756-A4； 

    兩個處理器模塊：1756-L55M13； 

    兩個ControlNet模塊：1756-CNB/D； 

    兩個冗余模塊：1757-SRM； 

    冗余模塊連接電纜：1757-SRC1； 

    兩個I/O框架：包括ControlNet模塊，ENET模塊，串口通訊模塊1756-MVI，相應的I/O模塊。用于連接超聲波流量計、渦輪流量計、電動球閥和其它現(xiàn)場儀表設(shè)備。主要信號包括4~20mADC、開關(guān)信號、RS485接口信號等。

    這個冗余系統(tǒng)的主要特點有：
 
    控制系統(tǒng)高可靠性的最優(yōu)化； 

    完全不需要用戶編程； 

    保證在最高優(yōu)先級任務邏輯控制下的輸出的無擾動切換； 

    切換只需100ms； 

    支持Logix5555處理器及CNB（D系列以上）模塊； 

    切換相對通過各種網(wǎng)絡(luò)與冗余框架相連的其它設(shè)備來講完全透明； 

    從主控制器到從控制器的程序裝載過程完全透明； 

    對主控制器在線進行的設(shè)置/命令/編輯自動傳遞給從控制器；
 
    用戶可對切換進行“取消”或“恢復”操作。 

    ControlLogix 冗余系統(tǒng)與I/O框架用ControlNet連接，與上位機及調(diào)度中心通過以太網(wǎng)連接。

    4.5 系統(tǒng)功能

    站控制系統(tǒng)主要功能： 

    數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理；
 
    站場設(shè)備控制；
 
    現(xiàn)場設(shè)備遠程控制； 

    站場正常關(guān)閉控制和緊急停車控制； 

    各系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊；
 
    各系統(tǒng)時鐘同步； 

    操作員權(quán)限控制：操作員身份確認，行為記錄； 

    報警管理：顯示所有存在的報警和所有返回到正常狀態(tài)下沒有經(jīng)過確認的報警情況，顯示報警時間；
 
    趨勢曲線管理：包括時實和歷史趨勢曲線； 

    監(jiān)視控制畫面：準確形象顯示現(xiàn)場工藝流程，支持快捷鍵操作； 

    報表生成：定時打印生產(chǎn)報表、歷史報表等。

    上位監(jiān)控軟件使用了開放的面向工業(yè)應用的集成開發(fā)軟件Citect。SCADA系統(tǒng)主通信手段為DDN，同時采用PSTN作為備用通道。調(diào)度控制中心的計算機硬件系統(tǒng)由服務器、操作員工作站、工程師工作站、經(jīng)理終端及報警、報表打印機等組成。為提高系統(tǒng)的可靠性，服務器和局域網(wǎng)（LAN）采用冗余配置，操作員工作站、工程師工作站等均作為局域網(wǎng)上的一個節(jié)點，共享服務器的資源。這樣設(shè)計不僅技術(shù)先進、操作簡單，且經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)實踐考驗具有很高可靠性。軟件的配置采用模塊化，以便于版本修改和升級。

    調(diào)度控制中心具備了以下多種功能： 

    全線工藝流程畫面顯示； 

    數(shù)據(jù)實時采集、顯示和存儲歷史數(shù)據(jù)；
 
    實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)搜索查閱；
 
    流量計算數(shù)據(jù)表顯示； 

    流量分析及計算； 

    貿(mào)易結(jié)算管理； 

    生產(chǎn)報表的生成和打印（日報、周報、月報等）； 

    報警、事件記錄和打印、事故報警預報及追憶； 

    事故的?凍陶境〗艏蓖３悼刂疲? 

    系統(tǒng)配置及總貌圖顯示； 

    生產(chǎn)運營和調(diào)度管理； 

    與陜—京線調(diào)度中心通信。

    五、結(jié)束語

    該工程于2001年6月18日開工，12月19日投產(chǎn)，何少存副省長及省各有關(guān)部門的領(lǐng)導參加了開工和投產(chǎn)儀式。該工程當年設(shè)計、當年施工、當年投產(chǎn)，創(chuàng)造了多項新業(yè)績。建成投產(chǎn)后，可以調(diào)整河北省的能源結(jié)構(gòu)，改善生態(tài)環(huán)境，提高城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量，同時帶動和促進河北省國民經(jīng)濟的快速和健康發(fā)展，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，對推動河北省的天然氣事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。羅克韋爾自動化 ControlLogix 系列PLC在該工程中，經(jīng)兩年考驗，具有運行穩(wěn)定、可靠性高、程序修改靈活、操作方便等特點，為管線控制系統(tǒng)長周期運行起了非常重要的作用。