ControlNet在自動監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

一、應用背景

　　近年來，世界對于能源的需求不斷擴大，能源作為一個國家發(fā)展的基礎(chǔ)越來越受到各國的重視，由于能源特別是石油而引起的沖突不斷。為保證能源的供應，我國除積極尋找國內(nèi)油田外，還積極尋找國外的供應，因此目前我國的石油供應趨于多樣化。而石油的運輸主要通過輸油管道進行，同時輸油本身就是一項能耗巨大的工業(yè)過程。如何在油品多樣化的現(xiàn)狀下尋找出不同油品運輸?shù)淖畹统杀痉桨赋蔀橐豁椫匾恼n題。建設(shè)大口徑、多功能、自動化水平高的石油試驗環(huán)道，可以得到不同環(huán)境下石油儲運的各種數(shù)據(jù)，為各儲運站提供可靠、準確的試驗數(shù)據(jù)，使石油儲運最大化、科學化，減少儲運過程中的維護工作。為此中國石油管道公司在我國北方建立一個大型的、國際一流的輸油管道試驗基地。

　　為更好的滿足試驗需求，要求工藝流程能夠?qū)崿F(xiàn)停輸再啟動試驗，在變性研究和結(jié)蠟試驗的基礎(chǔ)上，盡可能增加流程切換的靈活性，可在多種工況下進行各項試驗。通過對工藝流程的優(yōu)化設(shè)計，增加試驗管段長度，提高試驗精度。試驗環(huán)道的數(shù)據(jù)全部實現(xiàn)自動化采集，檢測設(shè)備采用高精度儀表。為適應環(huán)道將來進行其他油品測試的需要，預留原油卸車接口。

　　為此，采用以操作員工作站為上位機，可編程控制器（PLC）為下位機的控制模式組成自動監(jiān)控系統(tǒng)的方案。PLC采用美國ROCKWELL公司的先進的ControlLogix系列產(chǎn)品，應用Logix5000編程，實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行機構(gòu)運轉(zhuǎn)、執(zhí)行機構(gòu)的故障檢測等功能;同時采用了雙PLC（CPU）運行模式，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的熱備功能;上位機工作于Windows環(huán)境下，使用工程上廣泛應用的澳大利亞CiTechnologic公司的Citect工業(yè)控制組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控軟件，采用雙人機界面，實現(xiàn)了環(huán)道工藝流程的實時動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)的自動采集處理，故障報警，實時、歷史報表的打印等功能;利用ControlNet網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換，對系統(tǒng)各設(shè)備參數(shù)值進行在線監(jiān)控顯示，充分保證信息傳遞的快速性。從而能夠使整個試驗環(huán)道的各設(shè)備的運行情況實現(xiàn)自動化的監(jiān)測并及時的控制。

二、ControlNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　ControlNet是確定性、可重復性的控制網(wǎng)絡(luò)，同一鏈路上允許有多個控制器同時共存，網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點居于對等地位，可以從任意節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存取，網(wǎng)絡(luò)總線速率為5Mbps，在端到端總長為250m的距離內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)可支持的最大節(jié)點數(shù)為48個?？偩€拓撲結(jié)構(gòu)可以是星型、樹型、總線型或是這3者之間的任意組合。能夠使用的中繼器數(shù)目只受到系統(tǒng)延遲時間的限制，使用中繼器，最大的端到端傳輸距離使用同軸電纜為3km，使用光纖傳輸可以達到30Km，并且支持冗余結(jié)構(gòu)。

　　本系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)：管理層、控制層、現(xiàn)場設(shè)備層，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　本系統(tǒng)中ControlNet網(wǎng)絡(luò)總長50m，沒有采用中繼器，保證信息的實時性。上層計算機中采用1785-PCIC卡連接到ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，下層PLC通過1756-CNBR模塊連接至ControlNet網(wǎng)絡(luò)。為了保證系統(tǒng)的可靠性采用了雙網(wǎng)絡(luò)冗余與雙控制器冗余。

　　控制層采用美國ROCKWELL公司的ControlLogix系列產(chǎn)品，主要配置有：1756-L55M24、1757-SRM、1756-PA75、1756-A4、1756-CNBR、1756-A17、1756-N2、1756-IF16、1756-IB16、1756-OW16I、1756-IR6I、1756-OF8等。這些設(shè)備構(gòu)成了雙冗余控制站和遠程I/O站。

　　現(xiàn)場設(shè)備層要滿足試驗環(huán)道各種數(shù)據(jù)采集需要和流程控制功能，主要配置有：電動球閥16個、電動閘閥7個、變頻器1臺、攪拌器1臺、壓力采集（4～20mA）10點、差壓采集（4～20mA）2點、溫度采集（4～20mA）66點、液位采集（4～20mA）1點、流量采集（4～20mA）2點。

　　系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖2所示。