AIIen-BradIey系列PLC在西气东输二线输气管道中的应用

2012-09-20苍松王海峰田家兴王多才彭太翀赵廉斌

电气自动化 2012年5期

苍松，王海峰，田家兴，王多才，彭太翀，赵廉斌

（中国石油西气东输管道公司压缩机处，湖北武汉 430073）

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Allen-Bradley系列PLC系统（以下简称AB PLC），其对站场工艺数据进行采集监控与管理。

1 西气东输二线AB PLC系统简介

1.1 西气东输二线AB PLC系统构成

西气东输二线站场AB站控PLC主要由主机架与远程机架构成。

AB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CPU，Controlnet模块，SRM冗余模块。两个主机架通过光纤连接SRM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Controlnet模块，用来与其他远程机架和主机架进行通讯；DI、DO、AI、AO模块，采集现场数字量与模拟量并对其控制；Ethernet模块，通过RJ45接口网线连接交换机，与上位机HMI系统进行通讯。

西气东输二线站场AB PLC系统构成如图1所示。

1.2 西气东输二线AB PLC系统的通讯网络与协议

图1 西气东输二线站场AB PLC系统构成图

1.2.1 Controlnet网络

Controlnet网络协议是通用工业协议CIP网络的一种，是一种开放的，具有高速吞吐量以及确定性和可重复性的实时工业网络。Controlnet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［1］。

在西气东输二线AB PLC系统中，Controlnet主要应用于各个机架之间的通讯，通过在各个机架上安装Controlnet模块进行Controlnet组网。通过在Controlnet模块上的拨码，确定每个模块在Controlnet网络中的节点地址，从而完成各个机架之间通过Controlnet网络的通讯。系统的Controlnet网络采用双网冗余，在Controlnet模块上分别对A网与B网进行接线，组网完成其功能。Controlnet网络采用同轴电缆进行连接。Controlnet网络如图2所示。

1.2.2 Ethernet／IP网络

西气东输二线的AB PLC系统中，Ethernet／IP网络主要应用于AB PLC系统与上位机HMI系统之间的通讯以及AB PLC系统与调试笔记本之间的通讯。通过在远程机架上设置Ethernet模块并用RJ45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AB PLC系统中，配备两块Ethernet模块组成冗余的双网配置，两个模块分别设置在Controlnet网络中节点地址最低的两个机架中，实现Ethernet／IP网络的冗余通讯。

图2 Controlnet网络

2 AB PLC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。AB PLC作为站控PLC，肩负着对整个站场设备的自动控制与监视功能，通过PLC的控制实现站场的主要功能［2］。

AB PLC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ESD系统进行通讯完成数据的传输；进行AB PLC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PID方式进行自动调节分输功能。

3 AB PLC系统的配置

3.1 RSLinx软件的配置

RSLinx软件用于完成AB PLC系统与上位机HMI系统之间的通讯以及AB PLC系统与调试笔记本之间的通讯。进入RSLinx软件的操作页面，首先选择RSwho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Ethernet模块，对其进行IP的设置［3］。

IP配置结束后对选择configure drivers选项对AB PLC的驱动进行设置，进入configure drivers的选项卡，在下拉菜单中选择所使用的驱动。西气东输二线站场通过Ethernet模块连接上位机，通过IP的访问进行通讯，通讯模式采用Remote Devices Via Linx Gateway的驱动，点击add new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IP地址，将设置好的IP地址在这里进行填写，完成设置。此时在Configured Drivers中，出现已经设置好的连接以及连接状态为running，如图3所示。

图3 RSLinx软件的配置

3.2 AB PLC的RSNetWorx的配置

AB PLC的Controlnet网络使用同轴电缆连接完毕后，还需要进行Controlnet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Controlnet网络中的各个节点地址，导致Controlnet网络不通，而无法识别远程机架［4］。

进行Controlnet组网需要运行RSNetWorx for Controlnet软件，在此软件中进行Controlnet网络的自动扫描，扫描过程中可以将Controlnet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Controlnet网络节点进行核对，若有丢失说明丢失处的Controlnet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Controlnet网络组网完毕。Controlnet网络可以正常应用。

3.3 AB PLC的ControlLogix 5000的组态编程配置

ControlLogix 5000为AB PLC系统的程序编辑软件，用来对AB PLC的系统进行程序的编写并将其下载到AB PLC中实现其站场功能。

Control-Logix 5000主要使用的程序语言为梯形图。Control-Logix 5000编程流程如4所示。

图4 ControlLogix5000软件编程流程

在进行程序编写前首先根据站场AB PLC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。Online状态时可以进行在线的调试与强制等操作。

4 AB站控PLC系统在西气东输二线场站的通讯

在西气东输二线站场中，AB PLC通过通讯实现与其他设备进行数据的传输。主要有与站场ESD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ESD系统使用的是霍尼韦尔的SM控制系统，它所使用的通讯协议为Modbus协议，而 AB PLC不支持Modbus通讯协议，在系统中添加一个协议转换设备Anybus，用来分别连接AB PLC系统与SM ESD系统实现通讯。

Anybus模块与AB PLC是通过Controlnet网络进行连接的，设定Controlnet节点为8节点与9节点，采用两个模块双网冗余配置，与SM系统通过RS-485串口进行连接，通过数据格式转换完成Modbus通讯。在ControlLogix 5000中，对模块进行组态，建立CONTROLNET-MODULE模块。参数配置如图5所示［6］。Node值为Controlnet网络节点地址。Connection Parameters为两种协议地址转换对应参数关系。

在ControlLogix 5000中配置好后，同样在Anybus模块中也要进行地址映射的参数配置，如图6所示。AB PLC传输过来的DO值在Modbus地址中从00001开始写入，写入160个bit，DI的值从00417开始写，写入160个值。AI模拟量点放入Modbus地址中的40081开始，写入80个寄存器。通过分别在AB PLC中和Anybus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。

AB站控系统与上位机HMI系统是通过Ethernet／IP协议进行通讯，通过在上位机中安装Rslinx软件进行设置完成通讯。

5 AB站控PLC系统的运行分析及可行性建议

5.1 AB站控PLC系统运行情况分析

AB站控PLC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Ethernet／IP网络与Controlnet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CPU冗余配置，AB站控PLC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。

AB PLC系统的Controlnet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，但是由于网络采用双网，一般不影响正常生产。另一方面AB PLC系统不支持工业中最常用的Modbus通讯协议，在与ESD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［7］。