防呆系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

田家興 梁建青 王海峰 馬鐵量

(中國石油西氣東輸管道公司壓縮機處，武漢 430073)

防呆是一種預(yù)防矯正的行為約束手段，通過運用一系列的自動保護手段，即使操作者沒有專業(yè)知識和相關(guān)經(jīng)驗，甚至不需要花費注意力，就能憑直覺而正確無誤地完成操作。在工業(yè)設(shè)計上，為了避免誤操作(包括無意識的動作、下意識的誤動作或不小心的肢體動作)而損壞機器或造成人身傷害，可以采用防呆系統(tǒng)的設(shè)計，進行恰當(dāng)?shù)念A(yù)防。

筆者在分析設(shè)計防呆系統(tǒng)的必要性與可行性的基礎(chǔ)上，以關(guān)閉出站閥門為例，將防呆程序與腳本邏輯成功應(yīng)用于中國石油西氣東輸站場的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)中，降低了操作人員的誤操作，并給出了合理的操作建議，以期提高管道輸氣的生產(chǎn)效率。

1 西氣東輸站場SCADA系統(tǒng)簡介①

中國石油西氣東輸管道站場設(shè)有獨立的站控自控系統(tǒng)，對其生產(chǎn)工藝進行控制管理。西氣東輸站控自控系統(tǒng)采用Allen-Bradley系列PLC系統(tǒng)(以下簡稱AB PLC)，對站場的工藝數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)控與管理。操作員通過使用Honeywell的HS上位機操作系統(tǒng)對站場設(shè)備進行監(jiān)控[1]。西氣東輸站場SCADA系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

站場設(shè)備的自動控制邏輯主要由AB PLC實現(xiàn)。操作員通過HS上位機對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控與操作，當(dāng)HS上位機對現(xiàn)場設(shè)備下發(fā)指令后，動作信號會通過以太網(wǎng)下發(fā)給AB PLC，由AB PLC邏輯運算后，將動作結(jié)果通過硬線下發(fā)給現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)操作員的遠(yuǎn)程自動控制功能[2]。

圖1 西氣東輸站場SCADA系統(tǒng)架構(gòu)簡圖

2 SCADA防呆系統(tǒng)設(shè)計必要性與可行性分析

2.1 必要性

在中國石油西氣東輸管道日常生產(chǎn)輸氣運行中存在很多風(fēng)險，站場操作人員必須經(jīng)過大量的培訓(xùn)，作業(yè)操作之前必須進行風(fēng)險識別，維護檢修過程中要提前做好保護等工作。如果站場人員誤操作，可能會造成管道天然氣壓力異常波動、壓縮機停機及流量計損壞等，嚴(yán)重時甚至?xí)斐商烊粴馔］敗τ诜州敳荒荛g斷的場站，停輸很有可能給下游化工廠及電廠等企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。防呆系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效避免操作人員的誤操作，防止異常操作給生產(chǎn)運行帶來的不必要的損失[3]。

2.2 可行性

站場操作以閥門控制為例，站場關(guān)閥控制流程首先由操作員在HS上位機上下發(fā)關(guān)閥命令，命令下發(fā)給AB PLC的閥門控制模塊；在閥門控制模塊中，分析閥門狀態(tài)，計算控制邏輯，然后將結(jié)果進行輸出到現(xiàn)場閥門，對閥門進行關(guān)閥操作。整個流程中，閥門控制模塊只對閥門狀態(tài)進行判斷，根據(jù)閥門情況決定是否能進行關(guān)閥操作，并未對整個工藝情況進行分析[4]。

加入防呆系統(tǒng)后，當(dāng)操作員在HS上位機上下發(fā)命令給AB PLC后，首先進行判斷是否投用了防呆功能，若防呆系統(tǒng)未投用，則指令進入閥門控制模塊并進行正常關(guān)閥流程。若防呆系統(tǒng)投用，則進入防呆條件判斷邏輯，判斷此時的工藝條件是否可以執(zhí)行此項操作，若可以執(zhí)行此操作，則邏輯跳轉(zhuǎn)到閥門控制模塊中；若判斷當(dāng)前環(huán)境下不適合此項操作，則返回給上位機HS一個數(shù)值，在上位機畫面中彈出提示，警告操作員執(zhí)行當(dāng)前操作會造成的后果并詢問操作員是否繼續(xù)執(zhí)行此操作。當(dāng)操作員選擇仍要執(zhí)行此動作后，命令直接進入閥門控制模塊，進行閥門動作；若當(dāng)操作員看到提示后，知道進行了誤操作，即可取消當(dāng)前操作，關(guān)閥命令被取消，閥門保持現(xiàn)在的運行狀態(tài)不變[5]。防呆系統(tǒng)的邏輯流程如圖2所示。

3 SCADA系統(tǒng)防呆設(shè)計的應(yīng)用

在現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)中實現(xiàn)防呆功能，一方面需要在AB PLC中增添防呆程序邏輯功能，實現(xiàn)防呆邏輯判斷；另一方面需要在上位機HS系統(tǒng)中增加腳本邏輯，對AB PLC返回的防呆信號進行處理，并彈出窗口提示操作員相關(guān)信息。

圖2 防呆系統(tǒng)的邏輯流程

3.1 AB PLC的防呆程序

在例程欄中新增防呆邏輯例程，命名為fangdai。在主例程MainRoutine中添加fangdai例程的跳轉(zhuǎn)。在fangdai例程中，可以對站場中所有工藝相關(guān)的防呆保護邏輯進行編寫。新增防呆例程跳轉(zhuǎn)的界面如圖3所示。

圖3 新增防呆例程跳轉(zhuǎn)的界面

以關(guān)閉出站閥門為例編寫防呆邏輯。當(dāng)上位機下發(fā)關(guān)閥命令后，首先判斷防呆保護是否投用，若未投用，則直接進入關(guān)閥邏輯；當(dāng)防呆保護投用后，則判斷防呆條件是否滿足，如果滿足就給上位機返回防呆信號，上位機根據(jù)返回信息給出操作員提示，不滿足則繼續(xù)進行關(guān)閥邏輯[6]。關(guān)閉出站閥門的防呆判斷主要有工作調(diào)壓閥是否關(guān)到位、分輸路中的兩路流量計的流量是否小于100m3/s，若流量計流量過大，瞬間關(guān)斷出站閥會造成流量波動，打壞流量計。防呆判斷邏輯流程如圖4所示。

根據(jù)防呆邏輯流程圖對AB PLC的fangdai子例程進行邏輯編寫，如圖5所示，其中LXO為上位機下發(fā)的關(guān)閥命令，N7[5].0關(guān)聯(lián)的是2102#閥門模塊的關(guān)閥命令，discription2012為給上位機的防呆返回值。

圖4 防呆判斷邏輯流程

3.2 HS上位機的腳本邏輯

防呆保護邏輯編寫完成后，需要在上位機對HS系統(tǒng)添加新的數(shù)據(jù)點并進行腳本編輯，實現(xiàn)操作員在進行不規(guī)范操作時，給出提示警告的功能。

對HS服務(wù)器進行設(shè)置，首先需要在Quick Builder數(shù)據(jù)庫軟件中建立3個新數(shù)據(jù)點，分別映射AB PLC中的關(guān)閥命令LXO、操作員確認(rèn)的confirm數(shù)據(jù)點與邏輯運算生成的防呆返回值discription2102。對3個數(shù)據(jù)點進行創(chuàng)建并將地址與AB PLC中的數(shù)據(jù)點進行地址映射后，下裝到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，完成數(shù)據(jù)庫新增數(shù)據(jù)點的編輯[7]。

圖5 AB PLC的fangdai子例程邏輯

在數(shù)據(jù)庫設(shè)置完成后，要對HS上位機畫面進行編輯。使用HMI Display Builder打開組態(tài)畫面并進行編輯，繪制兩個數(shù)據(jù)點畫面并進行隱藏，然后分別映射到對應(yīng)的操作員確認(rèn)confirm數(shù)據(jù)點與邏輯生成的防呆返回值，圖形分別命名為“fanhuizhi”與“queren”。添加腳本程序如下：

if fanhuizhi.value=0 then

if MsgBox("工作調(diào)壓閥還未關(guān)到位，不建議進行關(guān)出站閥操作，是否繼續(xù)關(guān)閉出站閥",vbYesNo+vbExclamation,"防呆提示")=vbYes Then

queren.value=1

end if

else

if MsgBox("當(dāng)前還在分輸中，不建議進行關(guān)出站閥操作，是否繼續(xù)關(guān)閉出站閥",vbYesNo+vbExclamation,"防呆提示")=vbYes Then

queren.value=1

end if

end if

當(dāng)fanhuizhi圖形中對應(yīng)的數(shù)據(jù)點discription2102的值為0時，彈出對話框提示“工作調(diào)壓閥還未關(guān)到位，不建議進行關(guān)出站閥操作，是否繼續(xù)關(guān)閉出站閥”，如果操作員選擇“yes”則將queren圖形對應(yīng)的confirm值置1，繼續(xù)關(guān)閥，否則不動作。當(dāng)fanhuizhi圖形中對應(yīng)的數(shù)據(jù)點discription2012的值為1時，彈出對話框提示“當(dāng)前還在分輸中，不建議進行關(guān)出站閥操作，是否繼續(xù)關(guān)閉出站閥”，如果操作員選擇“yes”則將queren圖形對應(yīng)的confirm值置1，繼續(xù)關(guān)閥，否則不動作。

編輯完成后保存，在Station中進行測試，測試根據(jù)返回值彈出對話框，如圖6所示。

圖6 防呆提示對話框

此處所列為中國石油西氣東輸SCADA系統(tǒng)中的一個關(guān)閥防呆邏輯事例，對SCADA系統(tǒng)中操作員重要操作依次建立防呆模型并編程組態(tài)，完成防呆系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用。

4 結(jié)束語

中國石油西氣東輸管道公司通過防呆系統(tǒng)功能的使用，防止了操作人員由于疏忽或者認(rèn)知不足造成的不合理、不規(guī)范操作，避免了不良后果。同時給出合理的操作建議，使站場操作人員進行二次判斷并重新確認(rèn)操作，從而減少誤操作的發(fā)生。在保證安全生產(chǎn)的同時提高了生產(chǎn)效率，提高了西氣東輸?shù)淖詣踊绦蚝凸芾硭健?/p>

[1] 彭太翀,王海峰,王多才,等.關(guān)于西氣東輸ESD系統(tǒng)報錯的探討和可行性優(yōu)化建議[J].工業(yè)控制計算機,2011,(11):28～30.

[2] 趙廉斌,田家興,王海峰,等.站場無人值守功能在西氣東輸管道的應(yīng)用[J].油氣儲運,2012,31(4):314～317.

[3] SY/T 5922-1994,天然氣輸送管道運行管理規(guī)范[S].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

[4] 馬鐵量,劉洋,梁懌,等.忠武管道與西氣東輸二線調(diào)壓系統(tǒng)自控方式對比分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014,(7):146～147.

[5] 趙毅,李曉暉.PLC控制系統(tǒng)可靠性的研究[J].煤礦機械,2006,27(4):584～586.

[6] 程子華,劉小明.PLC原理與編程實例分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010:10.

[7] 田家興,王海峰,趙廉斌,等.HS與ViewStar兩種HMI系統(tǒng)在西氣東輸?shù)膽?yīng)用[J].自動化與儀器儀表,2011,(4):107～109.