RTU系統在西氣東輸輸氣管道中的應用①

黃健發 葛 明 鐘利軍 呂勃蓬 劉 晴

(中國石油西氣東輸管道公司南昌管理處)

RTU系統在西氣東輸輸氣管道中的應用①

黃健發 葛 明 鐘利軍 呂勃蓬 劉 晴

(中國石油西氣東輸管道公司南昌管理處)

介紹了西氣東輸輸氣管道中應用ControlWave Micro系列RTU系統的情況。詳述了ControlWave Micro系列RTU系統的構成、支持的通信協議和系統通信連接的方法，列出了西氣東輸閥室的主要功能和根據其閥室功能進行程序編寫的方法，給出了ControlWave Micro系列RTU系統在西氣東輸運行維護中的注意事項和易發故障，提高了西氣東輸的自動化控制水平和管理水平。

RTU系統 西氣東輸 閥室

西氣東輸管道沿線閥室數量眾多，內設遠程終端裝置(Remote Terminal Unit，RTU)，閥室地處偏僻地區，無人值守，因此對RTU運行的穩定性、安全性提出了較高要求。西氣東輸二線閥室采用ControlWave Micro系列RTU對閥室工藝數據進行采集監控與管理。

1 ControlWave Micro系列RTU系統簡介

1.1 RTU系統構成

RTU主要由電源模塊、CPU 處理器、擴展通信模塊、I/O模塊及背板等構成，如圖1所示。其中PSSM模塊(Power Supply/Sequencer Module)為電源供應/定序器模塊，為機架背板提供電源，輸入為+24V(DC)，輸出為+3.3V(DC)。CPU模塊的型號為ControlWave Micro 33，有8MB嵌入式同步讀/寫閃存，用于文件和歷史存檔；還具有2MB非易失性SRAM，用于數據存儲；一個 RS-232 和 一 個 RS-485 串行通信口；兩個可選100/10Mbit/s以太網口。ECOM模塊(Expansion Communication Module)為擴展通信模塊，上有一個 RS-232 和 一個 RS-485 串行通信口，用于與第三方設備通信。AI模塊用于接入模擬量信號，如溫度、壓力等；DI模塊用于接入數字量輸入信號，如火災報警、閥室開關狀態等；DO模塊用于接入數字量輸出信號，如閥室的開閥命令。

圖1 RTU的結構

ControlWave Micro系列RTU系統(以下簡稱RTU系統)主要由RTU、交換機、光通信設備、現場儀表及高頻供電電源等組成，RTU通過交換機、光通信設備將數據同時傳輸到上下游場站。

1.2 RTU系統的通信網絡與協議

以太網是一種基帶局域網規范，與IEEE802.3系列標準類似，采用5層結構，具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、組網靈活及可尋址等優點[1]，廣泛應用于西氣東輸輸氣管道中。在西氣東輸二線閥室的RTU系統中，以太網主要應用于與上下游站場的通信中，通過CPU模塊上的兩個可選100/10Mbit/s以太網口接入交換機，再由交換機連接到光通信設備，實現與上下游站場的通信功能。

RS-485作為一種串行通信接口，憑其傳輸距離遠、抗干擾能力強及價格低廉等優點在各種工業場合得到了廣泛的應用[2～4]。在西氣東輸二線閥室中通過兩個ECOM模塊上的RS-485 串行通信口分別連接氣液聯動閥和高頻供電電源，用于傳輸氣液聯動閥和高頻供電電源的相關數據。

2 RTU系統軟件配置

RTU系統專用軟件為Open BSI，它包括LocalView、ControlWave Designer等多個應用軟件，實現不同的功能。

2.1 LocalView

LocalView是Open BSI的工具軟件，通過該軟件可以快速、簡單地使本地設備連接到遠程的設備單元，以便實現對遠程設備的不同操作。LocalView可以在4種不同的模式下使用，每種模式實現不同的功能。Local Mode模式允許通過BSAP協議同本地的ControlWave系列控制器建立通信；Flash Mode模式可以用來升級固件版本；Configure Mode模式可以為ControlWave控制器配置 IP 地址和端口參數；IP Comm模式允許通過IP協議同本地的ControlWave系列控制器建立通信。

在西氣東輸二線閥室日常維護操作過程中，使用頻率最高的為IP Comm模式，連接成功后，需要配置Ports、IP Parameters、Application Parameters及IP Routes等選項。Ports選項配置各個通信口，包括各個串口和以太網口，如圖2所示。在圖2中，ENET1為RTU中的一個以太網口，IP ADDR A和IP MASK分別為其IP地址和子網掩碼。COM1為RTU中的一個串口，Baud Rate、Bits Per Char、Stop Bits和Parity分別為其波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。IP Parameters選項對CPU模塊的NHPs(網絡主機IP地址)、UDP Ports(UDP端口)及Gateway(網關)等參數進行設置，通常需要設置的是NHPs和Gateway，其他的為默認設置即可。Application Parameters選項配置CPU、內存等信息。 IP Routes選項配置上下游站場、調度中心的IP地址、網關等信息，實現與上下游站場、調度中心的通信。

圖2 Ports選項配置

當需要將修改后的配置寫入到RTU中時，需要點擊“Save to RTU”，然后會彈出RTU通信配置正在被寫入到RTU的對話框，如圖3所示。新的配置寫入到RTU后，必須重新啟動RTU控制器，配置才能生效。

圖3 通信配置正在被寫入到RTU

2.2 ControlWave Designer

RTU編程組態軟件采用Bristol Babcock公司的ControlWave Designer，它是面向ControlWave系列產品的編程組態軟件，該軟件符合IEC61131-3標準。ControlWave Designer提供5種編程語言(ST、FDB、LD、SFC、IL)[5]，西氣東輸二線RTU系統中主要使用的程序語言為功能塊、結構化文本。ControlWave Designer編程流程如圖4所示。

圖4 ControlWave Designer編程流程

在圖4中，第4步的程序實例要與第2步中的程序對應起來，在西氣東輸二線閥室是有連接到IO模塊上的信號的，如壓力、溫度等信號，因此需要進行IO硬件組態。IO硬件組態需要配置信號的硬件通道、信號類型及量程等信號。根據閥室需實現的功能編寫完程序后點擊make圖標進行編譯，確認程序無誤后可以進行程序下載。

在RTU系統程序中共有3個任務，任務類型均為CYCLIC(循環執行)。任務1中有一個名為VC的程序實例，其功能是控制、采集閥門開關狀態和管道陰極保護系統狀態，該程序實例對應的程序名為Logical POUs中的VC，每一個程序實例在Logical POUs中都有相應的程序。任務2中有一個名為POWER的程序實例，其功能是采集高頻供電電源狀態；還有一個名為BV_V的程序實例，其功能是采集氣液聯動閥門狀態。任務3中有一個名為Slave的程序實例，其功能是定義通信使用Modbus主-從技術，即僅一設備(主設備)能初始化傳輸(查詢)，其他設備(從設備)根據主設備查詢提供的數據作出相應反應，并且只能實現主站和從站之間的數據交換，從站之間不能進行數據交換[6,7]。

3 RTU系統的運行分析和可行性建議

RTU是一種安裝在遠程現場的測控單元裝置，負責對現場信號、工業設備進行檢測和控制[8]。在西氣東輸二線閥室中，RTU系統用于監測、采集并上傳閥室工藝過程的壓力、溫度、濕度、火災報警以及設備狀態等信息，并對線路緊急截斷閥和供電電源進行監視和控制。

3.1 RTU系統運行情況分析

RTU系統在西氣東輸二線閥室運行中故障率較低，故障主要集中在氣液聯動閥電控單元本體故障導致RTU系統采集不到它的參數。RTU使用溫濕度范圍大，分別為-40～70℃、0%～95%非冷凝，且RTU閥室都配備了空調，能保證閥室溫濕度在適宜范圍內。閥室通信鏈路結構簡單，自身的網絡通信中斷發生的情況較少。除外電專線供電外，還有后備蓄電池給RTU系統供電，使RTU系統供電變得安全可靠。RTU系統運行穩定，能夠保證對閥室設備數據的實時監測與控制，保證閥室安全平穩運行。

3.2 RTU系統的可行性建議

加強對閥室RTU系統的巡檢，檢查硬件設備運行狀態、各模塊指示燈、RTU安裝附件狀態、信號防雷擊端子、保險的狀態和各模塊之間的通信狀態，RTU與上下游場站、調控中心的通信狀態和參數的一致性，并檢查系統供電。每年要對干線截斷閥進行遠程開關實際動作測試一次，防止突發事件發生時不能及時關閉截斷閥。定期對RTU的程序進行備份，以防程序丟失。通過日常維護降低RTU系統的故障率，使它運行更加穩定。

4 結束語

通過RTU系統在西氣東輸二線閥室中的應用，使分散的眾多閥室能在上下游站場進行實時監控，實現閥室無人值守。RTU系統的應用使西氣東輸的自動化管理水平得到提升，為管道系統安全平穩的運行提供了可靠的保證。

[1] 衛文慧,魏免.基于以太網和CAN總線的煤礦語音廣播系統設計[J].工礦自動化,2015,(2)：103～106.

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[3] 李成,王鵬,丁天懷,等.RS-485總線的高速串行遠距離數據傳輸[J].清華大學學報(自然科學版),2009，49(5):684～687.

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[5] 孫宗文,孔佳.BB-RTU在液化天然氣管線SCADA中的應用[J].石油化工自動化,2009,45(2):21～24.

[6] 田華艷.基于Modbus RTU協議實現DCS系統主站通訊與從站通訊[J].自動化與儀器儀表,2016，(7):48～49.

[7] 孫宗文.BB-RTU與第三方設備Modbus通訊的實現方法[J].石油化工自動化,2009,45(5):48～51.

[8] 李彥武， 屈建宏，常江，等. RTU 系統在油田管線閥室監控系統中的應用[J].自動化與儀表,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

黃健發(1987-)，助理工程師，從事長輸天然氣管道自動化控制技術的研究，huangjianfa66@126.com。

TH865

B

1000-3932(2017)03-0301-04

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2016-09-02)

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