泰安支线AB系统配置及描述

1、此文件含2部分：1. ControlLogix站控系统方案描述；2. ControlLogix SIL2站控ESD系统方案描述;1. ControlLogix站控系统方案描述根据油气管道工程仪表、自控设备和控制系统通用技术规格书、输气管道工程站场控制系统技术规格书、泰安支干线站控制系统技术清单的针对站控系统所实现的功能，和站控系统用可编程逻辑控制器PLC的具体指标要求，本系统方案选用了Rockwell Automation (罗克韦尔自动化公司)的AB ControlLogix控制器及相关控制系统。ControlLogix控制器产品是该制造商目前在技术和性能居于最高档次的产品，也是行业内公认最

2、为强大的控制器产品之一，其系统特性请详见“ControlLogix 控制系统特点”。以ControlLogix控制器为核心构建的控制系统，具有高度的可靠性和安全性，是面面向大型、关键性系统应用的理想产品。在油气集输管线方面有着非常广泛的应用，在国内大型油、气管线也有非常多的应用实例（多于技术规格书要求的“至少三个已经投产的大型系统应用实例”），请见“ControlLogix中国国内油气管线应用业绩表”。ControlLogix控制系统，由于其具有高度的可靠性和安全性，因此以ControlLogix构建的系统，既可以作为通用PLC控制系统，应用于油气管线中的站场控制系统SCS；也可以选用满足TU

3、V SIL2安全认证的特定模件和内核固件版本，实现站场的紧急关断ESD系统，或水击保护、消防Firefighting等功能安全相关控制系统。关于ControlLogix系统的可靠性，请参见“泰安支线系统平均无故障运行时间和系统可用率计算及说明”，“ControlLogix System Reliability Analysis Report”。关于系统安全性，请参见 “ControlLogix SIL2_Certificate_EZ135_04_06”，“SIL2_Annex_EZ135_04_06_update2008”等文件。系统结构及方案说明在泰安支线天然气管道工程中，自薛店分输联络站开

4、始的7个站场，分别设置了独立的ControlLogix 站控SCS系统。为保证系统的可靠性，ControlLogix控制器的处理器、I/O网络、电源、LAN等按冗余配置设计。系统结构请见“站控系统ControlLogix典型结构图”。ControlLogix站控系统用冗余的工业以太网网络与监控及调度系统相连，使用EtherNet/IP标准工业以太网协议（CIP）；ControlLogix站控系统用冗余的工业以太网网络，与紧急关断ESD系统，及其它设备/系统通讯，使用EtherNet/IP标准工业以太网协议（CIP）。ControlLogix典型站控系统配置ControlLogix站控制系统主要

5、有三部分组成，即冗余机架、I/O机架和网络附件。ControlLogix典型站控系统配置清单，见下表：站控SCS系统(ControlLogix)冗余机架部分 / REDUNDANCY SYSTEM11756-PA7285-265 VAC POWER SUPPLY (5V 10 AMP)交流输入电源模件（5V10A）21756-A44 SLOT CONTROLLOGIX CHASSISLOGIX机架，4槽31756-L63LOGIX5563 PROCESSOR WITH 8MBYTE MEMORY处理器模件，LOGIX5563，集成 8MB 内存41756-ENBTETHERNET/IP 10/

6、100 BRIDGE MODULE TWISTED PR10/100M 工业以太网模件51756-CNBRCONTROLNET BRIDGE MODULE REDUNDANT MEDIA冗余CONTROLNET通讯模件61756-RMCONTROLLOGIX REDUNDANCY MODULE冗余同步模件71756-RMC1CONTROLLOGIX REDUNDANCY CABLE冗余同步光纤I/O机架部分 / I/O Chassis11756-PAR285-265VAC REDUNDANT POWER SUPPLY ASSEMBLY冗余电源套件21756-A1717 SLOT CONTROL

7、LOGIX CHASSISLOGIX机架，17槽31756-CNBRCONTROLNET BRIDGE MODULE REDUNDANT MEDIA冗余CONTROLNET通讯模件41756-IF8ANALOG INPUT CURRENT/VOLTAGE 8 PTS (36 PIN)模拟量输入模件， 8点51756-OF8ANALOG OUTPUT CURRENT/VOLTAGE 8 PTS (20 PIN)模拟量输出模件，8点61756-IB1610-31 VDC INPUT 16 PTS (20 PIN)开关量输入模件，16点71756-OB16E10-31 VDC ELEC FUSED

8、OUTPUT 16 PTS (20 PIN)开关量输出模件，16点81756-TBCH36 PIN SCREW CLAMP BLOCK WITH STANDARD HOUSING模件接线臂，36针91756-TBNH20 POSITION NEMA SCREW CLAMP BLOCK模件接线臂，20针101756-N2EMPTY SLOT FILLER CARD占空模块11AB7006ControlNet to Modbus Master/Slave single portsModbus 串行接口模块 / 单通道附件 / ACCESSORIES11786-TPSCONTROLNET T-TAP

9、/STRAIGHTCONTROLNET T型连接头21786-XTCONTROLNET 75 OHM TERMINATOR PLUGCONTROLNET 75欧姆终端电阻ControlLogix处理器模件ControlLogix处理器以32位CPU为基础，实际上内部含有多个工业级CPU处理单元，分别用于程序逻辑扫描、复杂运算及通讯等任务的处理。处理器内核可同时运行多个用户编写的任务程序，实现最为强大的控制功能。站控系统选用的处理器模件的型号为1756-L63，该处理器模件直接集成8MByte的内存，用于用户程序和运行数据空间的使用。随处理器模件带有一个锂电池，用于处理器内存单元的备份。其指标为

10、，若系统每天掉电三次，则此锂电池支持多至3年的使用时限处理器可对所有模拟量和数字量信号附加毫秒级时间值传送给上位机，便于分析使用。甚至系统所选用的大部分ControlLogix I/O模件，可在模件级别就对采样信号附加毫秒级时间值，实现更加准确的同步时间数据分析。处理器的处理能力，根据此类应用，具有40%以上的余量。且有至少存储24h数据（带时间标签）的能力。具体的负荷计算和结果，请参见“泰安支线ControlLogix站控及ESD系统负荷计算表”。处理器支持使用满足IEC61131-3编程语言标准编写的逻辑控制程序，如梯形图、功能块、顺控表、结构化文本等等编程语言。该处理器具有的其它一些特性

11、，如：电源掉电恢复后，无需人为干预，自动重启；用户程序在不同处理器间可采用拷贝、导入等方式方便移植，简少重复编程工作量；处理器卡件支持带电插拔，而不影响整个系统的通讯功能；冗余热备系统支持处理器不停系统的在线Flash升级等功能。ControlLogix冗余热备主站在此系统配置中，ControlLogix控制器实现了最为完整的冗余热备系统，为双机架双CPU配置模式的双机热备系统。包括CPU、电源、机架、以太网网络、和I/O网络全面冗余。冗余主站的配置及实现为：在2个独立的4槽框架（1756-A4）中，电源(1756-PA72)、控制器(1756-L63)、通讯(1756-ENBT、1756-C

12、NBR)、及热备冗余模块(1756-RM)完全按1：1配置，热备模块通过高速光纤（1756-RMC1）同步数据。 冗余系统的主从控制器实时同步控制状态及数据，在主控制器意外故障时系统自动切换，由原从控制器，即当前的主控制器，使用最新数据内容执行程序并更新I/O。热备冗余系统主从机架之间实现快至10ms快速且平稳的无扰动切换，整个切换过程完全透明，对整个过程的监控不会中断。I/O站及I/O模件每个I/O站由电源，机架，总线通讯模件、I/O模件，和接线臂等安装附件组成。所有的I/O模件安置在17槽的I/O机架中（1756-A17），机架采用冗余电源供电模块供电（1756-PAR2）。按照技术规格书

13、要求，SCS的I/O通道数按设计单位提供的I/O数据清单的30%余量进行配置。按照技术规格书要求，本系统配置的I/O模件与CPU模件同一系列，均为1756系列。整个1756系列所有模件支持带电热插拔功能，且所选用的输入模件和输出模件均有故障自诊断功能（可产生报警信息），和抗电浪涌保护等功能。输出模件支持故障安全输出功能，可保持输出或置于预先设置的安全输出值。具体型号及描述如下：1. 模拟量输入模件：1756-IF8，8通道模拟量输入模件，模数转换器为16位，共模抑制比大于100dB，输入通道隔离。此智能模件自身完成工程值转换和报警比较功能。可接入多种输入信号类型，其中包含420mA，15V信号

14、，有源无源均可。2. 模拟量输出模件：1756-OF8，8通道模拟量输出模件，数模转换器为15位，可输出多种信号类型及量程范围，其中包含420ma，15V信号。支持输出隔离，具有短路保护、断路报警、超压保护等功能。此智能模件自身完成工程值转换、报警比较、故障输出保持或置于预先设置的安全输出值等高级功能。带负载能力为：电流输出 0 750，电压输出 > 2000。3. 热电阻输入模件：N/A，此项目中没有涉及到热电阻输入信号。4. 开关量输入模件：1756-IB16，16通道开关量输入模件，内部光电隔离，能承受超过380V的峰值电压，输入与地隔离。此智能模件还具有逢变则报、延迟滤波等高级功

15、能。5. 开关量输出模件：1756-OB16E，16通道开关量输出模件，每接点容量不小于1A24VDC。此智能模件还具有内部电子熔丝保护、安全输出等高级功能。I/O网络冗余控制站与I/O机架之间通过冗余的ControlNet现场总线进行连接。ControlNet 网络符合IEC61158工业现场总线标准，是最佳确定性和实时性的现场总线。具有以下特性：l 网络速率恒定为5Mbps，并且速率不因网络节点和长度的变化而变化；l 冗余双介质网络，RG6同轴电缆。两条网络同时传递相同的数据，零切换时间；l 使用与EtherNet/IP工业以太网统一的CIP（通用工业协议），之间无缝路由；l 最大支持99

16、个节点；1公里内无需中继；支持单模或多模光纤介质；l 干线加分支结构，接线简单可靠，仅需RG6（1786-RG6）电缆、一体化T头（1786-TPS）和终端电阻(1786-XT)等部件。RSLogix5000编程软件ControlLogix控制器使用RSLogix5000编程软件。该软件集程序编写、硬件组态、调试诊断、I/O网络维护于一体。运行在Windows操作系统平台之上。RSLogix5000编程软件支持IEC61131-3的全部多种语言，如阶梯图、功能块、顺控表、结构化文本等。是一个功能强、使用灵活方便、界面友好的软件。RSLogix5000编程软件支持安全锁功能，以防止未经授权的程序

17、修改。使用RSLogix5000编写程序时，可采用调用多级子程序，和调用自定义功能块等方式。具有逻辑运算、数学运算、字符串运算等功能，采用组态的方式即可完成对输入输出信号的配置，可组态多达32个复杂控制任务的能力，可同时运行多个标准PID，增强型PIDE运算模块和其它常用过程控制功能块。ControlLogix SIL2站控ESD系统方案描述根据油气管道工程仪表、自控设备和控制系统通用技术规格书、输气管道工程安全仪表系统技术规格书、泰安支干线站控制系统技术清单的针对站控ESD系统所实现的功能，和站控ESD系统用安全控制器的具体指标要求，本系统方案选用了Rockwell Automation (

18、罗克韦尔自动化公司)的AB ControlLogix SIL2安全控制器及相关控制系统。ControlLogix 控制器产品是该制造商目前在技术和性能居于最高档次的产品，也是行业内公认最为强大的控制器产品之一，其系统特性请详见“ControlLogix 控制系统特点”。以ControlLogix控制器为核心构建的控制系统，具有高度的可靠性和安全性，是面面向大型、关键性系统应用的理想产品。在油气集输管线方面有着非常广泛的应用，在国内大型油、气管线也有非常多的应用实例（多于技术规格书要求的“至少三个已经投产的大型系统应用实例”），请见“ControlLogix中国国内油气管线应用业绩表”。Cont

19、rolLogix控制系统，由于其具有高度的可靠性和安全性，因此以ControlLogix满足TUV SIL2安全认证的ControlLogix SIL2模件和内核固件版本构建的系统，可实现站场的紧急关断ESD系统，或水击保护、消防Firefighting等功能安全相关控制系统。关于ControlLogix系统的可靠性，请参见“泰安支线系统平均无故障运行时间和系统可用率计算及说明”，“ControlLogix System Reliability Analysis Report”。关于系统安全性，请参见 “ControlLogix SIL2_Certificate_EZ135_04_06”，“S

20、IL2_Annex_EZ135_04_06_update2008”等文件。系统结构及方案说明在泰安支线天然气管道工程中，自薛店分输联络站开始的7个站场，分别设置了独立的ControlLogix SIL2站控ESD系统。为保证系统的可靠性，ControlLogix SIL2控制器的处理器、I/O网络、电源、LAN等按冗余配置设计。ControlLogix SIL2 处理器为容错型处理器，所有控制回路、保护停车控制回路在正常状态下按励磁方式设计，异常状态下进入非励磁状体。ControlLogix SIL2硬件平台经过了TUV SIL2，满足IEC61508相关功能安全标准。并且满足电气/电子/可编

21、程电子安全相关系统的功能安全GB/T 204382006中的相关要求。站控ESD系统结构请见“站控ESD系统ControlLogix典型结构图”。ControlLogix站控ESD系统使用冗余的工业以太网网络，与站控制系统通讯，使用EtherNet/IP标准工业以太网协议（CIP）。ControlLogix典型站控ESD系统配置ControlLogix站控ESD制系统主要有三部分组成，即冗余机架、I/O机架和网络附件。所有选用的模板都有经过TUV SIL2认证，满足IEC61508相关功能安全标准的要求。站控ESD系统典型配置清单：ESD系统(ControlLogix SIL2)冗余机架部分

22、/ REDUNDANCY SYSTEM11756-PA7585-265 VAC POWER SUPPLY (5V 13 AMP)交流输入电源模件（5V13A）21756-A44 SLOT CONTROLLOGIX CHASSISLOGIX机架，4槽31756-L62LOGIX5562 PROCESSOR WITH 2MBYTE MEMORY处理器模件，LOGIX5562，集成 4MB 内存41756-ENBTETHERNET/IP 10/100 BRIDGE MODULE - TWISTED PR10/100M 工业以太网模件51756-CNBRCONTROLNET BRIDGE MODULE

23、 - REDUNDANT MEDIA冗余CONTROLNET通讯模件61756-RMCONTROLLOGIX REDUNDANCY MODULE冗余同步模件71756-RMC1CONTROLLOGIX REDUNDANCY CABLE冗余同步光纤I/O机架部分 / I/O Chassis11756-PAR285-265VAC REDUNDANT POWER SUPPLY ASSEMBLY冗余电源套件21756-A1717 SLOT CONTROLLOGIX CHASSISLOGIX机架，17槽31756-CNBRCONTROLNET BRIDGE MODULE - REDUNDANT MEDI

24、A冗余CONTROLNET通讯模件41756-IF16ANALOG INPUT CURRENT/VOLTAGE Diff 8 PTS (36 PIN)模拟量输入模件， 差动8点51756-IB16I10-30 VDC ISOLATED INPUT 16 PTS (36 PIN)开关量输入模件，16点61756-OB16D19-30 VDC DIAGNOSTIC OUTPUT 16 PTS (36 PIN)开关量输出模件，16点71756-TBCH36 PIN SCREW CLAMP BLOCK WITH STANDARD HOUSING模件接线臂，36针81756-N2EMPTY SLOT F

25、ILLER CARD占空模块附件 / ACCESSORIES11786-TPSCONTROLNET T-TAP/STRAIGHTCONTROLNET T型连接头21786-XTCONTROLNET 75 OHM TERMINATOR PLUGCONTROLNET 75欧姆终端电阻ControlLogix处理器模件ControlLogix SIL2处理器以32位CPU为基础，实际上内部含有多个工业级CPU处理单元，分别用于程序逻辑扫描、复杂运算及通讯等任务的处理。处理器内核可同时运行多个用户编写的任务程序，实现最为强大的控制功能。站控系统选用的处理器模件的型号为1756-L62，该处理器模件直接

26、集成4MB的内存空间，用于用户程序和运行数据的使用。随处理器模件带有一个锂电池，用于处理器内存单元的备份。其指标为，若系统每天掉电三次，则此锂电池支持多至3年的使用时限。处理器可对所有模拟量和数字量信号附加毫秒级时间值传送给上位机，便于分析使用。甚至系统所选用的大部分ControlLogix I/O模件，可在模件级别就对采样信号附加毫秒级时间值，实现更加准确的同步时间数据分析。处理器的处理能力，根据据此类应用，具有50%以上的余量。且有至少存储24h数据（带时间标签）的能力。具体的负荷计算和结果，请参见“泰安支线ControlLogix站控及ESD系统负荷计算表”。处理器支持使用满足IEC61

27、131-3编程语言标准编写的逻辑控制程序，如梯形图、功能块、顺控表、结构化文本等等编程语言。处理器针对安全控制任务，可采用周期性方式运行。可实现满足小于100ms的安全系统周期。对于整个系统的输入到输出的响应周期，也可控制在规格书要求的150ms之内。如：输入20ms + 输出20ms + 逻辑程序100ms = 140ms. 整个ControlLogix SIL2 安全系统按照容错型设计，包括处理器CPU单元具有容错功能。该处理器具有的其它一些特性，如：电源掉电恢复后，无需人为干预，自动重启；用户程序在不同处理器间可采用拷贝、导入等方式方便移植，简少重复编程工作量；处理器卡件支持带电插拔，而

28、不影响整个系统的通讯功能；冗余热备系统支持处理器不停系统的在线Flash升级等功能。ControlLogix冗余热备主站在此系统配置中，ControlLogix控制器实现了最为完整的冗余热备系统，为双机架双CPU配置模式的双机热备系统。包括CPU、电源、机架、以太网网络、和I/O网络全面冗余。冗余主站的配置及实现为：在2个独立的4槽框架（1756-A4）中，电源(1756-PA75)、控制器(1756-L62)、通讯(1756-ENBT、1756-CNBR)、及热备冗余模块(1756-RM)完全按1：1配置，热备模块通过高速光纤（1756-RMC1）同步数据。 冗余系统的主从控制器实时同步控制

29、状态及数据，在主控制器意外故障时系统自动切换，由原从控制器，即当前的主控制器，使用最新数据内容执行程序并更新I/O。热备冗余系统主从机架之间实现快至10ms快速且平稳的无扰动切换，整个切换过程完全透明，对整个过程的监控不会中断。I/O站及I/O模件每个I/O站由电源，机架，总线通讯模件、I/O模件，和接线臂等安装附件组成。所有的I/O模件安置在17槽的I/O机架中（1756-A17），机架采用冗余电源供电模块供电（1756-PAR2）。按照技术规格书要求，ESD的I/O通道数按设计单位提供的I/O数据清单的20%余量进行配置，ESD的 I/O模件数按I/O通道总数的15%余量进行配置，ESD的I/O机架空槽数按I/O模件总数的 15%余量进行配置。按照技术规格书要求，本系统配置的I/O模件与CPU模件同一系列，均为1756系列。整个1756系列所有模件支持带电热插拔功能，且所选用的输入模件和输出模件均有故障自诊断功能（可产生报警信息），和抗电浪涌保护等功能。输出模件支持故障安全输出功能，可保持输出或置于预先设置的安全