西气东输培训教材

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业西气东输SCADA系统维护教材概述西气东输管道工程SCADA系统已经运行两年，在这两年的过程中发现和解决了不少的问题，同时根据出现的问题也提出了一些整改建议，并在运行处和各管理处的大力支持下，在中油龙慧自动化公司及Cegelec的共同参与下完成了提出的整改建议。使SCADA系统在原来的基础上得到了优化，提高了SCADA系统的实用性。由于西气东输管线输送距离长、沿线地貌复杂，环境恶劣。尤其西部，昼夜温差变化大，对设备影响很大，SCADA系统经常会由于这些外部的原因而导致部分功能瘫痪，从而影响西气东输的正常运营，所以加强SCADA系统的维护工作显得尤为重要。由于西气东输管线输送距离长，全线共分为6个管理处，每个管理处的情况都不一样，在运行维护的过程中，各个管理处遇到的情况和出现的问题也都不一样。为使以后能更快地解决出现的问题，在西气东输经过两年的运营后，特别针对SCADA系统的维护编写下面的内容，主要包括站场和阀室的SCADA系统，下面对这两部分地SCADA系统维护进行介绍。第一章：站场和阀室SCADA系统介绍典型站控SCADA系统介绍如图所示，典型站控系统由操作员工作站、RCI、PLC、ESD控制系统、交换机、路由器、打印机等设备组成站控局域网。PLC选用法国MODICONQUANTUM系列可编程控制器，用于检测工艺过程的压力、温度、可燃气体浓度等信息，并对可控设备进行监视和控制。ESD控制系统选用德国HIMAF30系列可编程控制器，用于连锁保护和紧急停车。RCI用于收集PLC、ESD和第三方智能设备（流量计算机、色谱分析仪、电力设备等）的数据，并将数据上传操作员工作站和调度中心。操作员工作站用于对整个工艺站场运行情况的监视和控制，并对采集数据进行归档处理。配置打印机打印报警、生产报表和曲线等。操作员工作站选用的是DELLPrecision450，操作系统为英文Windows2000专业版。计算机上安装有：德国Cegelec的MMI软件Viewstar2000，法国Modicon的Concept2.6软件，德国HIMA的ELOPIIFactory软件，办公软件Office2000等软件。该操作员工作站不允许安装除系统和工程所使用到的软件以外的软件，同时不允许运行人员在该工作站上面进行其他工作，例如在该工作站上作表格。DELL为该工作站提供三年的免费保修服务，如果在运行的过程中出现计算机损坏，可以联系DELL的免费服务电话要求厂家上门服务，当然西段的无人区和一些比较偏的地方，厂家不会上门服务。这里需要提醒维护人员及各管理处自动化系统负责人员，要按照维护周期对工程进行备份，否则一旦计算机出现硬盘损坏，可能导致工程恢复前后存在不一致的情况。如果计算机经维修后恢复正常，但是MMI软件Viewstar2000却不能连续运行，请将情况写清楚并联系我们，由我们联系Cegelec公司对软件重新获取新的Licence，因为原来的Licence包括了一些硬件信息，如果更换某些硬件会影响软件的正常使用，通常更换主板并不影响该软件，但是更换硬盘可能就需要重新获取新的Licence。工作站的主要功能是为运行人员提供人性化的界面，运行人员通过工作站就能实现对现场的数据采集和监控，并自动完成归档存储，报表打印等功能，对于运行人员来说，工作站属于应用层，他们不需要对SCADA系统进行深入地了解，只要知道如何应用MMI界面来进行流程切换，数据监视和远程控制就可以了。但是对于我们的维护人员来说，我们需要了解SCADA系统的各个环节，在系统出现问题的时候才能快速查找出问题并解决问题。对于我们的SCADA系统来说，同样包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。请参见我们的站控系统配置图，工作站只负责和通讯服务器RCI之间的通讯，它们之间的通讯协议采用IEC104的通讯协议。该通讯协议的主要特点是，对于采集的数据采取逢变则报的方式，减少平时的数据传送量，从而降低轮询周期。此外，工作站在一块网卡上集成两个RJ45的接口，该两个接口配置了相同的IP地址，确保在站控系统冗余的网络中，如果其中一个网络中断不会影响系统的正常运行。对于各站的站控设备的网络节点地址的划分定义如下：工作站：5，主PLC：1、3，备PLC：2、4，主路由器：7、8，备路由器：9、10，主RCI：11，备RCI：13，HIMAF30：15，主交换机：50，备交换机：51。RCI（远程通讯接口）选用的是DELLAS-PE650（西段为AS-PE750），作为站控SCADA系统的通讯服务器，它承接着与PLC控制系统和第三方设备之间的通讯，其中第三方设备包括：流量计算机、色谱分析仪、低压配电盘电力参数采集、UPS、发电机、空压机等。他们之间的通讯采用MODBUSRTU协议，连接方式RS232或RS485，同PLC之间的连接方式为以太网。RCI同样是一块网卡上集成两个RJ45的接口，该两个接口配置了相同的IP地址。PLC选用的是MODICON的QUANTUM（昆腾）系列，它的CPU为486的处理器，2M内存。采用的热备冗余模式，站控PLC的配置图参见下图：在这个配置图中我们需要注意的是：每个机架上面安装了2块支持冗余的电源模块，主备PLC之间的数据通讯速率是10Mbps，从远程处理器（140CRP93200）出来的同轴电缆接的是分离器（MA-0186），而且接的支点，而远程适配器（140CRA93200）出来的同轴电缆接的是分支器（MA-0185），而且接的是干点，这个地方的接线是需要注意的。在最后一个节点的地方需要接终端电阻。PLC系统是SCADA系统的控制核心，而后期的维护工作也主要集中在这一部分，包括现场更换设备也需要对这部分设备进行操作。所以，下面我们将对这一部分进行比较详细地介绍。1、CPU模板（140CPU43412A）QuantumCPU是位于Quantum本地I/O底板上的一个CPU模板。CPU是一种数字化的电子操作系统，它使用用户保存在可编程储存器中的指令进行操作。这些指令用于实现一些特定的功能，诸如逻辑、过程顺序控制、时序、耦合、算术运算等，通过数字量和模拟量输出对不同类型的设备装置和过程进行控制。QuantumCPU还作为通讯总线的主控，控制Quantum系统的本地、远程和分布式I/O。1.1钥匙开关当控制器处于工作状态时，该钥匙开关用来保护储存器不发生编程变化。运行时，钥匙开关应处于启动START位置。1.2前面板开关（滑动开关）在CPU的前面板上设有两个3位滑动开关左边的开关是用来保护存储器的。右边的开关用来选择设定Modbus（RS-232）端口的通讯参数。有3种选择方案：ASCII通讯端口参数软件通讯端口参数波特率2400奇偶校验偶数据位7停止位1设备地址后面板开关设置波特率19200120096006007200300480015003600134.52400110200075180050奇偶校验7/8数据位1/2停止位允许/禁止奇/偶设备地址1~247RTU通讯端口参数波特率9600奇偶校验偶数据位8停止位1设备地址后面板开关设置1.3后面板开关CPU的后面板上设有2个旋转开关，用于设置ModbusPlus节点和Modbus端口地址。SW1设置地址高位（十位），SW2设置地址底位（个位）。地址范围为1~64。本站CPU地址设为01（SW1=0，SW2=1）。1.4CPU指示灯及描述1.5Modbus连接器引脚Quantum140CPU43412A设有两个9线RS-232C连接器，它支持Modicon的Modbus通讯协议。下面给出9线和25线引脚的Modbus端口引脚接线图。2、电源模板（140CPS12420）Quantum的电源模板用于向插在底板上的包括QuantumCPU、接口和QuantumI/O等模板在内的所有模板供电。取决于系统的配置，电源有以下可选模式:独立电源——对于3A或8A配置，它不要求容错或冗余性能；独立可累加电源——对于消耗大于一个电源额定电流的配置，两个可累加电源可安装在同一底板上；冗余电源——对不可中断系统操作所需要的电源。为得到冗余性能要求有两个冗余电源；PLC控制系统的本地I/O、远程I/O机架均采用AC冗余电源140CPS12420（115/230VAC，1.2/0.7A）。2.1电源模板指示灯及描述:2.2接线图:3、远程I/O（RIO）模板（140CRP93200）3.1RIO处理器（Head）模板140CRP93200RIO处理器安装于用作系统控制的CPU模板的同一底板内，该模板用于在CPU与安装于其它机架的RIO适配器模板之间双向传送数据。RIO处理器模板和一个或多个与RIO适配器模板之间采用双同轴电缆网络互相相连。3.1.1RIO处理器模板指示灯及描述:注1：双机热备时，热备处理器模板所在底板上的RIO处理器模板ComAct指示灯应不停闪烁；注2：仅限于双缆情况下。3.2RIO适配器（Drop）模板140CRA93200RIO适配器模板作用是通过同轴电缆网络，使安装于同一底板的I/O模板与RIO处理器模板之间进行双向数据传送。3.2.1RIO适配器模板指示灯及描述:注：仅限于双缆情况下。3.2.2背板开关:RIO的后面板上设有2个旋转开关，用于设置RIO站地址。SW1设置地址高位（十位），SW2设置地址底位（个位）。地址范围为1~32。各站各RIO分站地址分别设为02、03、04，具体站号参见PLC系统配置图。注意如果站场改模块存在损坏，需要更换，在更换的过程中一定要保证更换后的模块和更换前的模块的RIO站地址一样。4、热备模板（140CHS11000）4.1热备 LED指示灯及描述:4.2面板控制:热备控制模板的前面板上有3个控制：1个功能钥匙开关、1个选择滑动开关和一个更新按钮。4.2.1钥匙开关和更新按钮:钥匙开关有3个位置:offline——热备控制器离线；Xfer——当热备控制器上的钥匙开关放在此位置时，热备CPU准备好从主CPU接收一个完整的程序更新。更新通过按程序更新按钮来初始化。如果将主控制器上的钥匙转向Xfer，系统将忽略。Run——启动热备控制。 4.2.2A/B标志滑动开关:该滑动开关用于选择控制器是A或B状态。在每一对热备模板上的滑动开关必须互不相同。否则，双机热备将无法运行。5、I/O模板QuantumI/O模板是电器信号转换器，它将送至和来自现场装置的信号，如限位开关、接近开关、温度传感器、电磁阀、阀执行器等信号转换成CPU能够处理的信号电平和格式。所有与总线相连的I/O模板都经过光电隔离，确保安全和无故障操作。所有I/O模板都是软件可配置的。5.1QuantumI/O模板LED指示灯及描述；5.1.18点或16点I/O模板LED指示灯及描述:本工程使用的模拟量模板包括模拟量输入140AVI03000、模拟量输出140ACO02000两种。如下图：5.1.232点I/O模板LED指示灯及描述:包括140DDI84100、140DDO84300两类模板。如下图：6、计数器模板140EHC10500140EHC10500高速计数器模板是具有5个计数器输入、8个数字量输入和8个数字量输出、100KHZ的计数器模块。高速计数模块是用于接近传感器和电磁传感器的离散量计数器。140EHC10500高速计数器模板的面板设置有LED显示区，接线端子等。140EHC10500高速计数器模板是软件可配置的。QuantumI/O模板LED指示灯及描述:7、以太网模块140-NOE-771-00该类型的以太网模块支持冗余，它使得Quantum控制器与采用TCP/IP的标准协议的以太网上的设备进行通讯成为可能，以太网模块可以插入现有的Quantum系统并通过光纤或双绞线电缆与现有的以太网络相连。指示灯的描述：LEDs颜色ON状态指示内容Active绿色模块与背板正在进行通讯Ready绿色模块通过内部诊断测试Fault红色发现故障，下装失败或在过程中复位Run绿色正常工作期间闪烁Coll红色稳定：电缆未连接上闪烁：以太网有冲突Link绿色以太网连接正确TxAct绿色闪烁显示以太网正在发送数据RxAct绿色闪烁显示以太网正在接收数据Kernel琥珀稳定：模块以核心方式工作闪烁：模块等待下装10MB绿色以太网的通讯速率为10M100MB绿色以太网的通讯速率为100MFduplex绿色以太网的通讯方式为全双工Appl绿色crashlogentryexists总结：通过前面对各模块的介绍，大家已经对西气东输中使用的PLC模块有很深刻地了解，现在对在正常运行后，各个模块的那些指示灯应该亮给大家罗列出来，在以后的检查中，通过观察模块的指示灯也能判断出模块是否存在故障。主备CPU模块：Ready和Run绿灯常亮；主CHS模块：Ready、ComAct、Primary绿灯常亮；（由该模块判定目前哪个机架为主机架）备CHS模块：Ready、ComAct绿灯常亮；Standby为黄灯常亮；主CRP模块：Ready、ComAct绿灯常亮；备CRP模块：Ready、绿灯常亮，ComAct绿灯闪烁；NOE模块：Ready、Run、Link、100MB、Fduplex绿灯常亮，TxAct、RxAct绿灯闪烁；CRA模块：Ready、ComAct绿灯常亮；如果出现ErrorA或B红灯亮，则说明有网络中断存在；电源模块：PwrOk绿灯常亮；AO模块：Active、4个通道指示灯绿灯常亮，如果F红灯常亮，则说明目前有通道没有使用，如果通道红灯亮，则表示这个通道没有使用或没有电流/电压信号输出；F红灯和通道红灯亮并不表示该模块存在故障；AI模块：Active绿灯常亮，如果F红灯常亮，则说明目前有通道没有使用，如果通道红灯亮，则表示这个通道没有使用或没有电流/电压信号输入；F红灯和通道红灯亮并不表示该模块存在故障；注意，该模块的指示灯状态和它的配置也有关系，如果配置的该模块的通道输入信号为0-20MA，则通道虽然没有电流信号输入，也不会显示F红灯，因为没有输入就等同于0MA信号输入；DI模块：Active绿灯常亮，有24VDC输入的通道指示灯亮；DO模块：Active绿灯常亮，有24VDC输出的通道指示灯亮；EHC模块：Active绿灯常亮，如果F红灯常亮，有脉冲信号输入的通道指示灯亮/闪烁。F红灯常亮表示有通道没有信号输入，并不表示故障。ESD系统采用德国的HIMatrix系列产品，它支持以太网MODBUS通讯协议、同PLC进行通讯，MMI下发的命令需要通过PLC处理后再发给ESD系统，ESD系统的数据也需要先传送给PLC后，MMI才能接收数据。对于ESD系统的维护，在第二章再作详细介绍。路由器采用CISCO2611，配备两块NM-1E（1口以太网模块），两块WIC-1T（1端口串口接口卡）。负责站场和调度中心的通讯，同主调度中心通过VSAT（主）和DDN（备）通讯，同备用调度中心通过DDN（主）和PSTN（备）通讯，PSTN通讯接电话线在路由器的AUS（辅助口）上即可实现。西气东输的通讯即将更改为光纤通讯和卫星通讯，取消DDN通讯，相应的站场会增加以太网接口卡，而阀室要增加路由器。典型阀室SCADA系统介绍如上图所示，清管站和远控阀室（RTU）系统由RCI和RTU等设备组成。RTU选用法国MODICONCOMPACT系列可编程控制器，用于检测工艺过程的压力、温度、可燃气体浓度等信息，并对线路紧急截断阀进行监视和控制。RCI用于收集RTU和第三方智能设备（太阳能蓄电池、气液联动阀等）的数据，并将数据上传调度中心。RCI选用的是Advantech（研华）的UNO-2059-GDA1产品，需要单独配备一块Advantech的64M内存卡，型号为SDCFB-64-101-80，该模块的主要功能是将RTU的串口通讯转换为以太网通讯，接至通讯厂家提供的路由器上。RTU系统配置图：阀室RTU及模板的类型RTU型号为PC-E984-258、数字输入模板型号为AS-BDEP-256、数字输出模板类型为AS-BDAP-258、模拟输入模板型号为AS-BADU-256。CPU模板（PC-E984-258）:CPU外观;2）CPU指示灯；MeaningofLEDsLED名称 颜色 含义Ready yellow Powersupplypresent,CPUrunningRun yellow UserprogramrunningBatlow red BatteryhasundervoltageorismissingModbus1 yellow TransferactiveModbus2 yellow Nofunction3）CPU拨码开关的含义；当第一个拨码开关置为“ON”时，RTU内程序处于保护状态，外部编程设备改变不了RTU内部程序；当第二个拨码开关置为“def”时，一组固定的通讯参数是有效的：波特率为9600、奇偶校验码为偶、数据位为8、停止位为1；如果当第二个拨码开关置为“mem”时，通讯参数是可以编程的。4）CPU电源供应如下图所示从上往下第一个端子接线为24vDC正，第二个端子接线为24vDC负，第三个端子接线为“接地“。5）Mudbus电缆RJ45的8pin的通道分配及含义.Connection Signal Meaning：1 +5V VoltagefromtheI/Obus,max.150mA2 M1(DSR) DataSetReady3 D1(TXD) Transmitteddata4 D2(RXD) Receiveddata5 E2(GND) Signalground6 S2(RTS) Requesttosend7 M2(CTS) CleartosendDeviceground数字输入模板（AS-BDEP-256）：DEP216/256是24V直流电,16点数字输入模板，它连接来自现场的诸如行程、按扭等开关量及24V直流有源信号和那些能被PLC识别的转化成电压的电平信号。数字输出模板（AS-BDAP-258）：AS-BDAP-258是8点继电器输出模板，在控制器中它利用逻辑信号来控制8个独自隔离常开继电器，现场电压源既可是24V直流，也可是220V交流。DAP208/258有9个LEDs.一个绿色的LED在最上面，在模板上电时指示灯亮，其他8个LEDs灯在有命令输出时指示灯亮，它们分别是3、5、7、9、14、16、18、20。4、模拟输入模板（AS-BADU-256）：ADU206/256是四通道模拟输入模板，将模拟输入量转化为基于逐次近似计算法计算而得的数字量。第二章：SCADA系统设计介绍概述在SCADA系统的维护中，将SCADA系统设计单独作为一章来进行介绍，是因为系统设计是我们做维护工作的前提，必须要达到精通的水平，才能在处理问题时不至于盲目且由于不确认导致其他故障或事故发生。系统设计说明图中端子标记如下：端子定义说明如下：设计原理：西气东输对接线提出了特殊要求，防雷击端子两端必须是普通端子，现场的信号电缆不能直接接在防雷击端子上，只能通过普通端子再通过机柜内部走线通过防雷击端子。此外每个回路都必须有一个开关端子，这样可以通过断开开关端子来切断回路，在这里需要说明的一点是，从工程一开始我们是严格按照这个原理来进行设计的，但是有个别站场，由于后期扩建，机柜内部很紧张，所以只能是现场来线直接接在防雷击端子上，这些也是设计单位允许的。PLC机柜介绍参见上图，PLC机柜内部主要包括如下一些设备，1#机柜内部包括PLC的两个主机架和一个远程机架；24VDC电源，断路器，接地铜排，保险端子，开关端子，普通端子，防雷击端子，轴流风机，照明灯等，在一个站场只有两个机柜的情况下，1#机柜内部还包括ESD系统的HIMA设备，具体的安装位置请参见下图以及系统设计。2#机柜内部包括一个远程机架，2台交换机，2台路由器，2台RCI，插座，轴流风机，接地铜排，断路器，保险端子，开关端子，普通端子，防雷击端子，照明灯等，3#机柜和4#机柜大致相同，具体请参见系统设计。IO模块的接线原理图数字量输入模块的接线原理图如上图所示，该数字量输入模块共有16个通道，分为8个组，每一个组需要单独提供24VDC，在GroupASupply处接入24V+，在GroupACommand处接入24V-，这样A组的两个DI通道就可以使用了，为确保16个通道都能使用，需要将B、C、D、E、F、G、H组都供上24V电源。上图的开关就相当于现场的开关触点，该模块上还有32个LEDs（其中只有16个有效）。LED的状态指示该通道接通与否。通常情况下，由于DI模块组与组之间是互相隔离的，组与总线也是互相隔离的，所以如果某一个通道如果不小心引入了高电位导致烧坏，它将不会影响其它组的通道，正常情况下就是引入高电位的这组（共2个通道）烧坏。根据上图，对于一个开关设备，由PLC机柜内送出24V+，接到开关的一个触点上，由另一个触点返回机柜后接在INPUTN（N=1~16）上。下面介绍该模块的接线图。2）数字量输入模块的机柜内部接线图参见上图，模块上的端子定义依次为机柜号、机架号、槽号、分隔号和接线臂端子号，例如：1A5-2表示1号机柜的A机架第五槽的第二端子，模块接出来的线接在机柜后的端子排上，像上图的DI模块接在了DI05A上，如果无需防雷击端子，那么DI05A就直接接到现场了，如果还需要增加防雷击端子，那么还需要增加一排普通端子排，因为现场设备不能直接接在防雷击端子上（这是西气东输的特殊要求）。DI模块主要采集的站场信号有电动阀，气液联动阀，清管球指示器，可燃气报警，比对阀，风机启停状态等。这些信号都是一些无源信号，在附表中将附上一些电动阀和气液联动阀的接线图。3）下图为数字量输入模块的回路图：（在此仅列出了一半信号）4）数字量输出模块的接线原理图如下图所示，该数字量输出模块共有16个通道，分为2个组，每一个组需要单独提供24VDC，在GroupASupply处接入24V+，在GroupACommand处接入24V-，这样A组的8个DO通道就可以使用了，为确保16个通道都能使用，需要将B组也供上24V电源。该模块上还有32个LEDs（其中只有16个有效）。LED的状态指示该通道是否有命令输出。如上图，如果有命令输出，则OUPUTN（N=1~16）输出24V+，接到现场设备的一个触点，然后从另一个触点返回机柜内后接到24V-上，构成一个回路。下面介绍该模块的接线图。DO通道如果串入高电位，也只会烧坏引入高电位的那一组通道，在这里如果发现的时间晚，超过30S，就可能烧掉整个一组共8个通道。5）数字量输出模块的机柜内部接线图端子的定义标准都是一样的，所以该图的端子定义可以参见DI模块的机柜内部接线图。下图为数字量输出模块的回路图6）模拟量输入模块的接线原理图如下图所示，该模拟量输入模块共有8个通道，可以接收电流信号和电压信号，INPUT输入的为电压信号。1SENSE输入的是电流信号，对于一个通道而言，使用了电压信号输入就不能使用电流信号输入，每个通道是相互隔离的，互不影响，对于一块模块，既可以有电流信号输入也可以有电压信号输入，它们的接线方式也不一致。此外，对于模拟量模块来说，还存在接入信号是有源的还是无源的方式，信号不一致，接线也不一致。所谓有源信号，就是设备不需要外供24VDC就能提供4~20MA信号的，在西气东输管线中，自力式调节阀阀位、电动调节阀阀位反馈、流量计算机输出的压力