RTU系统在西气东输输气管道中的应用①

黄健发 葛 明 钟利军 吕勃蓬 刘 晴

(中国石油西气东输管道公司南昌管理处)

RTU系统在西气东输输气管道中的应用①

黄健发 葛 明 钟利军 吕勃蓬 刘 晴

(中国石油西气东输管道公司南昌管理处)

介绍了西气东输输气管道中应用ControlWave Micro系列RTU系统的情况。详述了ControlWave Micro系列RTU系统的构成、支持的通信协议和系统通信连接的方法，列出了西气东输阀室的主要功能和根据其阀室功能进行程序编写的方法，给出了ControlWave Micro系列RTU系统在西气东输运行维护中的注意事项和易发故障，提高了西气东输的自动化控制水平和管理水平。

RTU系统 西气东输 阀室

西气东输管道沿线阀室数量众多，内设远程终端装置(Remote Terminal Unit，RTU)，阀室地处偏僻地区，无人值守，因此对RTU运行的稳定性、安全性提出了较高要求。西气东输二线阀室采用ControlWave Micro系列RTU对阀室工艺数据进行采集监控与管理。

1 ControlWave Micro系列RTU系统简介

1.1 RTU系统构成

RTU主要由电源模块、CPU 处理器、扩展通信模块、I/O模块及背板等构成，如图1所示。其中PSSM模块(Power Supply/Sequencer Module)为电源供应/定序器模块，为机架背板提供电源，输入为+24V(DC)，输出为+3.3V(DC)。CPU模块的型号为ControlWave Micro 33，有8MB嵌入式同步读/写闪存，用于文件和历史存档；还具有2MB非易失性SRAM，用于数据存储；一个 RS-232 和 一 个 RS-485 串行通信口；两个可选100/10Mbit/s以太网口。ECOM模块(Expansion Communication Module)为扩展通信模块，上有一个 RS-232 和 一个 RS-485 串行通信口，用于与第三方设备通信。AI模块用于接入模拟量信号，如温度、压力等；DI模块用于接入数字量输入信号，如火灾报警、阀室开关状态等；DO模块用于接入数字量输出信号，如阀室的开阀命令。

图1 RTU的结构

ControlWave Micro系列RTU系统(以下简称RTU系统)主要由RTU、交换机、光通信设备、现场仪表及高频供电电源等组成，RTU通过交换机、光通信设备将数据同时传输到上下游场站。

1.2 RTU系统的通信网络与协议

以太网是一种基带局域网规范，与IEEE802.3系列标准类似，采用5层结构，具有传输距离远、抗干扰能力强、组网灵活及可寻址等优点[1]，广泛应用于西气东输输气管道中。在西气东输二线阀室的RTU系统中，以太网主要应用于与上下游站场的通信中，通过CPU模块上的两个可选100/10Mbit/s以太网口接入交换机，再由交换机连接到光通信设备，实现与上下游站场的通信功能。

RS-485作为一种串行通信接口，凭其传输距离远、抗干扰能力强及价格低廉等优点在各种工业场合得到了广泛的应用[2～4]。在西气东输二线阀室中通过两个ECOM模块上的RS-485 串行通信口分别连接气液联动阀和高频供电电源，用于传输气液联动阀和高频供电电源的相关数据。

2 RTU系统软件配置

RTU系统专用软件为Open BSI，它包括LocalView、ControlWave Designer等多个应用软件，实现不同的功能。

2.1 LocalView

LocalView是Open BSI的工具软件，通过该软件可以快速、简单地使本地设备连接到远程的设备单元，以便实现对远程设备的不同操作。LocalView可以在4种不同的模式下使用，每种模式实现不同的功能。Local Mode模式允许通过BSAP协议同本地的ControlWave系列控制器建立通信；Flash Mode模式可以用来升级固件版本；Configure Mode模式可以为ControlWave控制器配置 IP 地址和端口参数；IP Comm模式允许通过IP协议同本地的ControlWave系列控制器建立通信。

在西气东输二线阀室日常维护操作过程中，使用频率最高的为IP Comm模式，连接成功后，需要配置Ports、IP Parameters、Application Parameters及IP Routes等选项。Ports选项配置各个通信口，包括各个串口和以太网口，如图2所示。在图2中，ENET1为RTU中的一个以太网口，IP ADDR A和IP MASK分别为其IP地址和子网掩码。COM1为RTU中的一个串口，Baud Rate、Bits Per Char、Stop Bits和Parity分别为其波特率、数据位、停止位和奇偶校验。IP Parameters选项对CPU模块的NHPs(网络主机IP地址)、UDP Ports(UDP端口)及Gateway(网关)等参数进行设置，通常需要设置的是NHPs和Gateway，其他的为默认设置即可。Application Parameters选项配置CPU、内存等信息。 IP Routes选项配置上下游站场、调度中心的IP地址、网关等信息，实现与上下游站场、调度中心的通信。

图2 Ports选项配置

当需要将修改后的配置写入到RTU中时，需要点击“Save to RTU”，然后会弹出RTU通信配置正在被写入到RTU的对话框，如图3所示。新的配置写入到RTU后，必须重新启动RTU控制器，配置才能生效。

图3 通信配置正在被写入到RTU

2.2 ControlWave Designer

RTU编程组态软件采用Bristol Babcock公司的ControlWave Designer，它是面向ControlWave系列产品的编程组态软件，该软件符合IEC61131-3标准。ControlWave Designer提供5种编程语言(ST、FDB、LD、SFC、IL)[5]，西气东输二线RTU系统中主要使用的程序语言为功能块、结构化文本。ControlWave Designer编程流程如图4所示。

图4 ControlWave Designer编程流程

在图4中，第4步的程序实例要与第2步中的程序对应起来，在西气东输二线阀室是有连接到IO模块上的信号的，如压力、温度等信号，因此需要进行IO硬件组态。IO硬件组态需要配置信号的硬件通道、信号类型及量程等信号。根据阀室需实现的功能编写完程序后点击make图标进行编译，确认程序无误后可以进行程序下载。

在RTU系统程序中共有3个任务，任务类型均为CYCLIC(循环执行)。任务1中有一个名为VC的程序实例，其功能是控制、采集阀门开关状态和管道阴极保护系统状态，该程序实例对应的程序名为Logical POUs中的VC，每一个程序实例在Logical POUs中都有相应的程序。任务2中有一个名为POWER的程序实例，其功能是采集高频供电电源状态；还有一个名为BV_V的程序实例，其功能是采集气液联动阀门状态。任务3中有一个名为Slave的程序实例，其功能是定义通信使用Modbus主-从技术，即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)，其他设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应，并且只能实现主站和从站之间的数据交换，从站之间不能进行数据交换[6,7]。

3 RTU系统的运行分析和可行性建议

RTU是一种安装在远程现场的测控单元装置，负责对现场信号、工业设备进行检测和控制[8]。在西气东输二线阀室中，RTU系统用于监测、采集并上传阀室工艺过程的压力、温度、湿度、火灾报警以及设备状态等信息，并对线路紧急截断阀和供电电源进行监视和控制。

3.1 RTU系统运行情况分析

RTU系统在西气东输二线阀室运行中故障率较低，故障主要集中在气液联动阀电控单元本体故障导致RTU系统采集不到它的参数。RTU使用温湿度范围大，分别为-40～70℃、0%～95%非冷凝，且RTU阀室都配备了空调，能保证阀室温湿度在适宜范围内。阀室通信链路结构简单，自身的网络通信中断发生的情况较少。除外电专线供电外，还有后备蓄电池给RTU系统供电，使RTU系统供电变得安全可靠。RTU系统运行稳定，能够保证对阀室设备数据的实时监测与控制，保证阀室安全平稳运行。

3.2 RTU系统的可行性建议

加强对阀室RTU系统的巡检，检查硬件设备运行状态、各模块指示灯、RTU安装附件状态、信号防雷击端子、保险的状态和各模块之间的通信状态，RTU与上下游场站、调控中心的通信状态和参数的一致性，并检查系统供电。每年要对干线截断阀进行远程开关实际动作测试一次，防止突发事件发生时不能及时关闭截断阀。定期对RTU的程序进行备份，以防程序丢失。通过日常维护降低RTU系统的故障率，使它运行更加稳定。

4 结束语

通过RTU系统在西气东输二线阀室中的应用，使分散的众多阀室能在上下游站场进行实时监控，实现阀室无人值守。RTU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。

[1] 卫文慧,魏免.基于以太网和CAN总线的煤矿语音广播系统设计[J].工矿自动化,2015,(2)：103～106.

[2] 尤保常,杨源源,张晓,等.Linux环境下RS485通讯软件开发与界面设计[J].自动化与仪表，2010，25(12)：22～25.

[3] 李成,王鹏,丁天怀,等.RS-485总线的高速串行远距离数据传输[J].清华大学学报(自然科学版),2009，49(5):684～687.

[4] 宋跃,杨雷,雷瑞庭,等.基于ARM9与LINUX的RS485总线的通信接口设计[J].仪表技术与传感器,2014，(5):35～37.

[5] 孙宗文,孔佳.BB-RTU在液化天然气管线SCADA中的应用[J].石油化工自动化,2009,45(2):21～24.

[6] 田华艳.基于Modbus RTU协议实现DCS系统主站通讯与从站通讯[J].自动化与仪器仪表,2016，(7):48～49.

[7] 孙宗文.BB-RTU与第三方设备Modbus通讯的实现方法[J].石油化工自动化,2009,45(5):48～51.

[8] 李彦武， 屈建宏，常江，等. RTU 系统在油田管线阀室监控系统中的应用[J].自动化与仪表,2007,22(3)：86～90.

ApplicationofRTUSysteminWest-EastGasPipeline

HUANG Jian-fa, GE Ming, ZHONG Li-jun, LV Bo-peng, LIU Qing

(NanchangAdministrationDepartment,PetroChinaWest-EastGasPipelineCo.)

The application of ControlWave Micro RTUs in the west-east gas pipeline was described, including its system composition, communication protocol and the connection of communication system; and the functions of valve chambers there and the methods of writing programs concerned were listed, including the matters needing attention in the operation and maintenance and easily-happened troubles there so as to improve the level of automation and the management of west-east gas pipeline.

RTU system, west-east gas pipeline, valve chambers

黄健发(1987-)，助理工程师，从事长输天然气管道自动化控制技术的研究，huangjianfa66@126.com。

TH865

B

1000-3932(2017)03-0301-04

声明

2016-09-02)

本刊现入编“万方数据——数字化期刊群”和“中国核心期刊(遴选)数据库”，作者著作权使用费与本刊稿酬一次性给付，不再另行发放。作者如不同意将文章入编，投稿时敬请说明。