Allen-Bradley系列PLC在西气东输二线输气管道中的应用.pdf

电气 自动化} 2 0 1 2年第 3 4卷 第 5期 自 动控制 系统与装置 Au t o ma t i c Co n t ro『 S y s t e ms＆ E q u ip me n A ll e n - B r a d l e y系列 P L C在西气东输二线输气管道中的应用 苍松 ，王海峰 ，田家兴 ，王多才 ，彭太舯 ，赵廉斌 中国石油西气东输管道公司压缩机处， 湖北武汉4 3 0 0 7 3 摘要介绍了西气东输二线输气管道中使用的 A l l e nB r a d l e y系列 P L C系统应用的情况 ， 详述了A l l e nB r a d l e y系列 P L C在西气东 输二线管道系统的运行环境、 支持的通信协议、 系统通讯连接的方法， 列出了西气东输二线管道站场的主要功能及根据其站场 功能进行程序编写的方法， 分析了 A l l e n B r a d l e y系列 P L C各方面的优点与不足， 给出了A l l e n B r a d l e y系列 P L C在西气东输 运行维护中的注意事项和易发故障等， 提高了西气东输的自动化控制技术水平和管理水平。 关键词西气东输； A l l e n B r a d l e y ； C o n t r o l n e t 网络； E t h e r n e t ／ I P网络； R S L i n x软件； C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0软件； 通讯协议； 梯形图 [ 中图分类号]T P 2 7 [ 文献标志码]A[ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 2 0 5 0 0 7 4 0 3 Th e Us i n g o f Al l e n Br a d l e y PL C i n W e s t Ea s t Ga s Pi p e l i n e CAN G S o n g，WANG Ha i f e n g ，T I AN J i a x i n g ，WANG D u o c a i ，P EN G T a i - c h o n g ，Z HAO L i a n b i n P e t r o C h i n a W e s t - E a s t G a s P i p e l i n e C o m p a n y ，W u h a n H u b e i 4 3 0 0 7 3 ， C h i n a Ab s t r ac t Thi s pa p e r i n t r o du c e s t h e o p e r a t i o n o f t h e Al l e n Br a dl e y P LC s y s t e m i n We s t Ea s t Pi pe l i n e ． T o i nt r o d uc e d t h e o pe r a t i o n，t h e c o mmu ni c a t i o n p r o t o c o l ，t h e c o n ne c t i o n o f c o mmu ni c a t i o n s y s t e m i n Al l e n Br a d l e y PL C s y s t e m i n We s t Ea s t Pi pe l i ne ．Li s t e d t he po s s i b l e f u n c t i o n s o f s t a t i o ns i n We s t Ea s t Pi pe l i n e a n d me t h o d s o f p r o g r a m c o mp l i l a t i o n． Ana l y s e d o n t h e a dv a nt a g e s a nd d i s a d v a n t a g e s o f t h e Al l e n Br a d l e y PL C s y s t e m． Ap pr o a c he s t o o p t i mi z e t he Al l e n Br a d l e y PLC s y s t e m i n W e s t Ea s t Pi p e l i n e． I mp r o v e d t he l e v e l o f t h e a ut o ma t i o n a n d ma n a g e me n t ． Ke ywo r ds W e s t Ea s t Pi p e l i ne； Al l e n Br a d l e y； Co n t r o l ne t ； Et he r ne t ／I P； p r o s o fl o f RSL i n x； p r o s o f t o f Co n t r o l L o g i x 5 00 0； Co mmu ni c a t i o n pr o t o c o l ； L a d d e r d i a g r a m 0 引 言 西气东输二线管道沿线站场肩负对管道内天然气加压； 对下 游用户进行分输等重要的生产任务， 生产任务艰巨， 对站场的自 动化水平提出了较高的要求。西气东输每个站场都有独立的站 控 自动化系统对其进行控制管理。西气东输二线站控 自动化系 统采用的为 A l l e nB r a d l e y系列 P L C系统 以下简称 A B P L C ， 其对站场工艺数据进行采集监控与管理。 1 西气东输二线 A B P L C系统简介 1 ． 1 西气东输二线 A B P L C系统构成 西气东输二线站场 A B站控 P L C主要由主机架与远程机架 构成。 A B系统中设置两个主机架 ， 每个主机架分别配置两块冗余 的电源模块供电。每个主机架分别设置有 C P U， C o n t r o l n e t 模块 ， S R M冗余模块。两个主机架通过光纤连接 S R M模块实现主备机 架的冗余。 远程机架数量由场站采集现场数据点的数量决定。远程机 架主要设置有 C o n t r o l n e t 模块， 用来与其他远程机架和主机架进 行通讯； D I 、 D O、 A I 、 A O模块， 采集现场数字量与模拟量并对其控 制； E t h e r n e t 模块 ， 通过 R J 4 5接口网线连接交换机 ， 与上位机 H MI 系统进行通讯 。 西气东输二线站场 A B P L C系统构成如图1所示。 收稿 日期 2 0 1 1 1 11 1 7 4 El e c t r ic a I Au t oma t ion 逊过 E t h e me t 块构 E t h e me I Pp 耐络 图 1 西气东输二线站场 A B P L C系统构成图 1 ． 2 西气东输二线 A B P L C系统的通讯网络与协议 1 ． 2 ． 1 C o n t r o l n e t 网络 C o n t r o l n e t 网络协议是通用工业协议 C I P网络的一种， 是一 自动控制系统与装置 皇 皇 竺 竺兰兰 Au t o ma t ic Co n t r o I S y s t e ms＆ E qu i p me n t s 种开放的， 具有高速吞吐量以及确定性和可重复性的实时工业 网 络。C o n t r o l n e t 网络保证了数据的准时发送， 具备实时的传输功 能 ， 提供了高度确定、 简单且灵活的数据传输方式， 提高了控制、 组态和数据采集的效率⋯。 在西气东输二线 A B P L C系统中， C o n t r o l n e t 主要应用于各个 机架之间的通讯 ， 通过在各个机架上安装 C o n t r o l n e t 模块进行 C o n t r o l n e t 组网。通过在 C o n t r o l n e t 模 块 上 的拨 码 ， 确定 每 个 模块 在 C o n t r o l n e t 网络中的节点地址， 从而完成各个机架之间通过 C o n t r o l n e t 网络的通讯。系统的C t m t r o l n e t 网络采用双网冗余， 在 C o n t r o l n e t 模块上分别对 A网与 B网进行接线， 组网完成其功能。C o n t r o l n e t 网络采用同轴电缆进行连接。C o n t r o l n e t 网络如图2所示。 1 ． 2 ． 2 E t h e r n e t ／ I P网络 西气 东输二线 的 A B P L C系统 中， E t h e r n e t ／ I P网络主要 应用 于 A B P L C系统与上位机 t t MI 系统之 间的通讯 以及 A B P L C系统 与调试笔记本之间的通讯。通过在远程机架上设置 E t h e r n e t 模 块并用 R J 4 5接 口的网线使之与交换机相连， 完成其与站场局域 网通讯。在西气东输二线的 A B P L C系统中， 配备两块 E t h e r n e t 模块组成冗余的双网配置， 两个模块分别设置在 C o n t r o l n e t 网络 中节点地址最低的两个机架 中， 实现 E t h e r n e t ／ I P网络的冗余 通 讯 。 t r u n k c a b l e A。 l 终端电阻 分接器 』 n o de l no d e 2 n od e 3 图 2 C o n t r o l n e t网络 2 AB P L C 系统在 西气 东输 二线站场的作用 西气东输二线站场的主要功能有对管道内的压力进行升压 ， 对下游用户进行分输操作等。A B P L C作为站控 P L C， 肩负着对 整个站场设备的自动控制与监视功能， 通过 P L C的控制实现站 场的主要功能 。 A B P L C主要用来对全站场主要阀门进行控制 ， 并实时的监 控阀门状态； 对站场的主要压力、 温度、 差压等进行监控； 完成一 些站场主要工艺状态的自动逻辑控制， 如自动起站、 自动停站、 过 滤分离器的自动切换等； 对站场关键设备进行状态监控以及控 制， 如风机、 空冷器 、 空压机、 冷却水循环系统、 阴保系统、 自用气 撬、 警铃等； 与站场 E S D系统进行通讯完成数据的传输 ； 进行 A B P L C的 自我诊断 功能 ， 防止 误操 作 。与第 三方 通讯 设 备进 行 通 讯 ， 采集 站场各个重要参数 ， 实现全站第三方控制系统 的监控 ， 如 发电机、 流量计算机、 低压配电柜等； 完成手动或者 自动的向下游 分输的作用 ， 包括以 P I D方式进行 自动调节分输功能。 3 A B P L C系统的配置 3 ． 1 RS L i n x软件的配置 R S L i n x软件用于完成 A B P L C系统与上位机 H MI 系统之间 的通讯 以及 A B P L C系 统 与 调 试 笔 记 本 之 间 的 通 讯。进 入 R S L i n x 软件的操作页面 ， 首先选择 R S w h o选项， 在显示介面上各 模块的系统连接图中， 找到与上位机通讯的 E t h e r n e t 模块， 对其 进行 I P的设 置 。 I P 配 置 结 束 后 对 选 择 c o n fi g u r e d ri v e r s 选 项 对 A B P L C的 驱 动 进 行 设 置 ， 进 入 c o n fi g u r e d riv e r s 的选项 卡， 在 图3 R S L i n x软件的配置 下拉菜单中选择所使用的驱动。西气东输二线站场通过 E t h e r n e t 模块连接上位机， 通过 I P的访问进行通讯， 通讯模式采用 R e m o t e D e v i c e s V i a L i n x G a t e w a y的驱动， 点击 a d d n e w对其进行 添加。 添加后， 会提示为此驱动连接命名， 确定后在弹出对话框 中设置 此远程驱动连接的 I P地址， 将设置好的 I P地址在这里进行填 写， 完成设置。此时在 C o n fi g u r e d D ri v e r s中， 出现已经设置好的 连接以及连接状态为r u n n i n g ， 如图 3所示。 3 ． 2 A B P L C的 R S N e t Wo r x的配置 A B P L C的C o n t r o l n e t 网络使用同轴电缆连接完毕后， 还需要 进行 C o n t r o l n e t 组 网 ， 各个远程机架才能正常应用 ， 否则系统不 能 够自动识别 C o n t r o l n e t 网络中的各个节点地址， 导致 C o n t r o l n e t 网 络不通 ， 而无 法识 别远程机架 。 进行 C o n t r o l n e t 组 网需 要运行 R S N e t Wo r x f o r C o n t r o l n e t 软件 ， 在此软件中进行 C o n t r o l n e t 网络的自动扫描， 扫描过程中可以将 C o n t r o l n e t 网络 中所 有节点全 部扫 描 出来 ， 对 自动扫 描 的结 果 与 站场实 际 C o n t r o l n e t 网络节点进 行核对 ， 若有 丢失说 明丢 失处 的 C o n t r o l n e t 接线出现问题或者节点号设置有误 ， 对其进行检查后 重新进行扫描 。扫描无误后 ， 设 置参 数并进行 下装 ， 此 时 C o n t r o 1 ． n e t 网络组网完毕。C o n t r o l n e t 网络可以正常应用。 3 ． 3 A B P L C的 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0的组态编程配置 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0为 A B P L C系统的程序编辑软件， 用来对 A B P L C 的 系 统 进 行 程 序 的 编 写 并 将 其下载到 A B P L C 中 实 现 其站场功能。 Co n t r o l 一 L o g i x 5 0 0 0主I 要使 用 的程 l 序语 言 为 梯 I 形图。 C o n L t r o l Lo g i x 50 0 0 编程流程如 4 所示 。 l 竺 竺 l 网鲨 组 态 I l ⋯ ’ 鬯 编泽程序，在 线调试并应用 在 进 行 图 4 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0软件编程流程 El e c t r ic a I Au t o mat i o n 75 电 气自 动 化 2 0 1 2 年第3 4 卷第5 期 动控制系统与装置 Au t o ma t ic Co n t mI S y s t e ms＆ E q u ip me 程序编写前首先根据站场 A B P L C系统的实际配置情况进行系 统组态。系统组态完成后， 进行程序的编写。程序编写分为主例 程与子例程。逻辑执行主例程中的内容， 梯形图中自上而下对每 个例程进行程序逻辑的执行。西气东输二线站场功能众多， 在主 例程中将全部逻辑编写其 中会显得 内容冗杂， 逻辑杂乱 ， 不方便 阅读， 所以将程序分成子程序进行编写， 在主程序中进行逻辑跳 转的设置， 分别跳转到子程序中进行逻辑执行 ， 这样逻辑更加清 晰 明了， 方便程 序的阅读 。 程序编写完毕后， 对程序进行下装。下装后即可对控制器的状 态进行控制。O n l i n e 状态时可以进行在线的调试与强制等操作。 4 A B站控 P L C系统在西气 东输 二线场 站的 迪 计L 在西气东输二线站场中， A B P L C通过通讯实现与其他设备 进行数据的传输。主要有与站场 E S D控制系统的通讯和与站控 上位机之 间的通讯 。 西气东输二线 站场 E S D系统使用 的是霍 尼韦尔的 S M 控制系统， 它所使用 的通讯协议 为 M o d b u s 协 议 ，而A B P L C不 支 持 Mo d b u s 通讯协议， 在系统中 添加一个协议 转换 设 备 A n y b u s ， 用 来 分 别 连 接 A B P L C 系统 与 S M E S D 系 统实现通讯 。 A n y b u s 模 块 与 A B P L C 是 通 过 C o n t r o l n e t 网络 进行 连 接 的 ， 设 定 C o n ． t r o l n e t 节 点 为 8节 点 与 9节点 ， 采用两 个模块双网冗余配 置 ， 与 S M系统通过 图 5 A n y b u s 在 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0中模块设置参数 l嘏自 t 艟 鲁 戢 l ri r 矗 嚣}糍 啦 簟 氆 ‘l }鳓螂瞄鞫i 蕊 憩 憋 0 图 6 A n y b u s 模块设置参数 R S一 4 8 5串口进行连接， 通过数据格式转换完成 Mo d b u s 通讯。 在 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0中， 对模块进行组态 ， 建立 C O N T R O L N E T MO D U L E模块。参数配置如图 5所示 J 。N o d e值为 C o n t r o l n e t 网络节点地址。C o n n e c t i o n P a r a me t e r s 为两种协议地址转换对应 参 数关 系。 在 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0中配置好后， 同样在 A n y b u s 模块中也要 进行地址映射的参数配置， 如图6所示。A B P L C传输过来的 D O 值在 Mo d b u s 地址中从 0 0 0 0 1开始写入 ， 写入 1 6 0个 b i t ， D I 的值 从 0 0 4 1 7开始写， 写人 1 6 0个值。A I 模拟量点放入 M o d b u s 地址 中的4 0 0 8 1 开始， 写入 8 0个寄存器。通过分别在 A B P L C中和 A n y b u s中两种协议的地址映射设置， 实现地址传输数据的统一 ， 实现协议的转换 ， 完成通讯 。 7 6 E le c t r i c a I Au t o ma t i o n A B站控系统与上位机 H MI 系统是通过 E t h e r n e t ／ I P协议进 行通讯， 通过在上位机中安装 R s l i n x软件进行设置完成通讯。 5 A B站控 P L C系统的运行分析及可行性建议 5 ． 1 AB站控 P L C系统运行情况分析 A B站控 P L C系统在西气东输二线系统中运行中故障率较 低， 故障主要集中在数字量和模拟量输入输出模块的通道故障。 由于 E t h e me t ／ I P网络与 C o n t r o l n e t 网络都采用双网冗余 ， 自身的 网络通讯中断发生的情况较少。采用双电源模块给机架供电， 双 C P U冗余配置， A B站控 P L C系统运行稳定， 能够保证站场安全 平稳运行， 保证对站场设备数据的实时监控与控制。 A B P L C系统的 C o n t r o l n e t 网络相对来说 不是很稳定 ， 组 网的 过程中经常无法保证双网冗余， 需要严格的网络搭建与设置， 但 是由于网络采用l双网， 一般不影响正常生产。另一方面 A B P L C 系统不支持工业中最常用的 Mo d b u s 通讯协议 ， 在与 E S D控制系 统进行通讯的时候需要另外购置协议转换器进行协议转换完成 通讯， 增加了成本与故障点 。 5 ． 2 AB站控 P L C系统的可行性建议 A B控制器可以在线进行远程控制， 修改程序 ， 强制信号。如 果出现误操作的话会影响生产， 建议用钥匙开关将 A B控制器状 态打到 R U N状态， 由专业人员对钥匙进行保管 ， 此时， 无法远程 对程序进行更改与强制。 加强对 A B P L C系统的巡检 ， 对系统的指示灯进行记录， 及 时发现问题。出现网络中断情况， 虽然采用双网冗余不会产生影 响， 但是仍应该及时对网络的中断进行恢复。 定期对 A B的程序进行备份 ， 以防止程序的丢失 ， 定期对系 统进行保 养， 以降低 A B P L C系统 的故 障率， 使其运行 更加 稳定 。 6 结束语 通过 A B P L C在西气东输二线系统中的应用， 站控系统的功 能得以完整实现， 系统运行稳定， 给场站的日常监护及操作带来 了便利。A B P L C系统的应用使西气东输的自动化管理水平得到 提升， 为管道系统安全平稳的运行提供了可靠的保证。 参考文献 [ 1 ]邓李． C o n t m l L o g i x 系统实用手册[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 8 2 4 25 0 5． [ 2]张双城． C o n t r o l n e t网络 在 电厂水处 理系统 中的应 用 [ J ] ．自动化 仪 表 ， 2 0 0 5， 2 6 1 2 5 35 4 ． [ 3 ]C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0使用说明手册[ Z] ． 罗克韦尔公司 ， 2 0 0 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