1、Article KM Reference Plate 2013 1/9WinCC OA 在山西铭石煤层气管线项目中的应用The Application of WinCC OA for ShanXiMingShiCBM pipe line project樊晓鹏(西门子技术支持，北方区)中文摘要：本文主要介绍西门子公司 WinCC OA 在山西铭石煤层气管线项目中的应用，利用 WinCC OA 强大的通讯能力，实现了对全省煤层气输送管线的监控。中文关键词：WinCC OA SCADA 煤层气管线Abstract: This paper introduces that the application
2、 of Siemens WinCC OA in ShanXiMingShicoalbedmethane (CBM) pipeline project. Use WinCC OA powerful communication ability, implements for the CBM pipeline monitoring.Key Words:WinCC OA SCADACBM pipeline一、 项目简介煤层气（浓度 95% - 98%），俗称煤矿瓦斯，即天然气。是新型的洁净能源，又是优质化工原料，它是我国 21 世纪的重要接替能源之一。中国煤层气资源丰富，初步估算全国煤层气资源总量 3
3、01012- 351012m3。山西作为中国的产煤大省，煤层气资源也非常丰富，煤层气资源总量约为 1010 12 m3，占全国资源总量近 1/3 。而山西煤层气资源有 68% 在晋城矿区。山西铭石煤层气利用股份有限公司成立于 2003 年 8 月，注册资金 3 亿元。主要从事压缩煤层气（CNG）在民用、汽车、工业、商业等领域的开发和推广，煤层气长输管线、煤层气汽车加气站的建设和经营，拥有管道、CNG（压缩煤层气）、LNG （液化煤层气）多种输送能力，是我国较早进入煤层气市场推广的企业之一。本项目为铭石公司燃气管网技术改造项目，主要是构建公司监控调度中心与晋城、长治共 26 座场站或阀室的视频、
4、工艺数据采集系统。具有以下特点：1. 调度中心与各个子站之间地域上是分散的，遍布长治、晋城两个市。所以要求控制系统具有广域网通讯能力。2. 由于各个子站是不同时期、不同厂商建立的，所以有多个不同厂商的控制器和 SCADA系统。要求新的系统可以无缝的集成现有系统的能力。3. 能够兼顾未来公司的发展，平台得到持续的升级。PVSS/ WinCC OA 是西门子公司在全球范围内针对为大尺寸地理域伸展和分布式设计所开发的广域 SCADA 系统解决方案；其灵活和柔性的扩展与部署特性使其成为标准的 IT 平台，从而更好的适用未来广域 SCADA 系统的技术需要。二、 控制系统构成Article KM Ref
5、erence Plate 2013 2/9山西铭石煤层气燃气管网改造项目中涉及晋城和长治共 26 座场站、阀室，分布在铭石公司所辖的三条长输管线上，分别是：1. 沁水至晋城高浓度煤层气长输管线，共 13座场站；2. 沁水至晋城低浓度煤层气长输管线，共 3座场站；3. 晋城至长治长输管线，共 5座场站和 5座阀室；在山西铭石煤层气燃气管网改造项目主要包括以下几部分：1. 构建调度中心与各场站的通讯网络，通过租用联通专线搭建各场站与监控中心的 VPN 网络。2. 调度中心与各场站、阀室的工艺数据和视频采集。3. 管线单兵巡检系统建设，能够在监控调度中心电子地图上实时动态定位巡检员 GPS信息，对巡
6、检人员进行 GPS定位，具备视频监控、语音对讲、地图定位、地理位置数据存储、照片及视频存储。WinCC OA 产品是西门子公司在全球范围内推出的针对广域 /分布式 SCADA 系统的解决方案，非常适用于油气行业。其灵活的扩展，模块化的部署，行业库继承机制和项目订制与开发等特性使其迅速成为世界范围的站内与广域 SCADA 系统的标准 IT 平台；能为工业领域提供完备的监控与数据采集（SCADA）功能。WinCC OA 采用跨平台解决方案，涵盖单用户的客户机/服务器系统直到支持冗余服务器、数据容灾中心和远程 Web 客户机解决方案的多用户系统。 WinCC OA 是跨公司垂直集成交换信息的基础，它
7、采用了工厂智能，可以实现更大程度的生产过程的透明性。WinCC OA 基本系统是各种不同应用的核心。它不仅包含开放的编程接口，面向对象继承的概念，实例化组态项目的模式，还包含大量已经开发了的 WinCC OA 附加件和行业库，用于给用户提供各种功能的扩展。PVSS / SIMATIC WinCC Open Architecture 的显著特点： 面向对象，大大提高了工程组态的效率，同时也增加了系统扩展的灵活性； 分布式系统最多可有 2,048 台服务器； 可扩展为具有超过 1 千万个变量的网络冗余高端系统； 独立于操作系统，支持 Windows、 Linux 和 Solaris 操作系统； 热
8、备冗余和灾备系统，可保证最高级别的可靠性和适用性； 可作为客户定制化解决方案的软件平台； 具有多种驱动程序和连接方式：XML，OPC，TCP/IP，Mod-bus，IEC 608705-101/104，DNP3Article KM Reference Plate 2013 3/9根据项目的要求，系统采用了客户机/服务器架构，在调度中心配置了两台冗余结构的 WinCC OA 服务器，两台冗余结构的 Oracle 服务器，并配置了 1 台 Web 服务器，6 台操作员站。下图 Figure 1 铭石监控中心照片。Figure 1 铭石监控中心照片1、 配置清单铭石煤层气燃气管网改造项目的 WinC
9、C OA 配置清单。名称 数量 备注Redundant EV Manager 2 冗余的事件管理器PARA 1 开发组态UI 6 操作员站、工程师站IOS 通信采集点RDB Manager 1 关系型数据库组件EXCEL Report 1 报表的设计、生成和管理Oracle RAC Database 2 Oracle 数据库Web Manager 1 Web 服务器PVSS Driver 23 远程驱动Article KM Reference Plate 2013 4/92、 系统结构调度中心的系统结构如 Figure 2 调度中心简图 所示。从图中可见，位于调度中心的 SCADA 系统通过公
10、网与各个场站、阀室进行通信。调度中心和各个分支机构之间通过 ASG VPN 设备互连，提供构建 IPSec VPN + SSL VPN 高安全性，同时提供企业级的用户安全策略，数据加密技术最大限度提高用户数据安全性。考虑到系统数据的安全性，调度中心和各个分支机构都选用硬件防火墙防止来自互联网的各种攻击。防火墙可提供细粒度的应用层访问控制，从而实现拒绝非授权的访问和私有信息的泄露。接入层设备可以防范 ARP 攻击、DHCP 攻击、SYN FLOOD 攻击、IP MAC 地址欺骗、IP 扫描、DDOS 攻击等。Figure 2 调度中心简图场站、阀室的系统如 Figure 3 场站、阀室系统图，在
11、每个子站布置了一个前置机，主要负责各个子站的通讯。前置机作为 WinCC OA 的一个远程驱动将数据通过 INTERNET 传回控制中心。Article KM Reference Plate 2013 5/9Figure 3 场站、阀室系统图三、 控制系统完成的功能1. 对各个场站、阀室原有系统的数据采集这是整个系统最基本，也是最重要的功能。由于历史的原因各个子站选用了不同品牌的控制器和 SCADA 系统，控制器有： S7-200、S7-300、S7-400H、Bristol Babcock 等；SCADA 系统有：组态王、力控、杰控、MCGS、Citect、WinCC 等等；所以如何将现有系
12、统的工艺参数传输给监控中心的 WinCC OA 是决定项目成败的关键。铭石调度中心系统与各个节点的通讯方式有以下几种：a. 前置机与原有的 SCADA 系统通过远程 OPC 的方式交换数据，前置机作为 WinCC OA 的一个远程驱动；b. 直接将 WinCC OA 的远程驱动安装到已有的 SCADA 系统中，通过本地 OPC 的方式交换数据，前置机作为 WinCC OA 的一个远程驱动；c. 前置机直接读取子站控制器的数据，主要有 Modbus 和 S7 通讯协议，前置机作为 WinCC OA 的一个远程驱动；d. WinCC OA 服务器通过公网直接与原有 SCADA 系统交换数据（Mod
13、bus TCP 协议）；通过以上几种方式，我们将所有子站的数据全部传回到了监控中心。在监控中心的系统上可以看到整个管线的所有的工艺数据。而且通讯是实时、高效、安全的。下图是 Figure 4煤层气管线总图，在这张图中我们可以了解到每个子站的天然气的流量和压力。Article KM Reference Plate 2013 6/9WinCC OA 面向对象的变量管理和通过 Excel 的批量工程组态大大减轻了组态调试人员的重复性工作量。Figure 4 煤层气管线总图2. 对各个场站、阀室的工艺流程进行动态显示煤层气管道输送产品单一、工艺简单，不存在复杂的加工和制造过程。所以画面相对简单，工艺上
14、相似的装置都做成了参考画面。调试人员只要测试好一个参考画面的功能，就可以批量的在相似的对象上使用。WinCC OA 画面的变量显示和动画效果都是基于脚本的，当需要修改画面对象的动画效果时可以直接在脚本中修改。Article KM Reference Plate 2013 7/93. 报警和报警处理WinCC OA 有一个广泛的集成报警概念，符合 VDI/VDE 3699 和 DIN 19235 安全、可靠的检测敏感设备的要求。在信号不稳的情况下可以滞后处理产生不必要的报警。4. 实时趋势曲线和历史趋势曲线WinCC OA 的趋势控件可以显示值和时间趋势、或值和值趋势。通过鼠标可以灵活的缩放趋势
15、画面，鼠标单击曲线时会自动出现一个工具提示信息，显示当前时刻的变量值。Article KM Reference Plate 2013 8/95. 历史数据归档缺省情况下，WinCC OA 的报警和归档分别 WINCC OA RAIMA 和 WINCC OA 历史数据库中。适合于较小规模的应用。而如果对数据库性能、规模、可靠性、可用性等方面有更高要求的应用，可以考虑使用 WINCC OA RDB 归档方式（ RDB=RationalDataBase），WINCC OA 通过 RDBManager 可以将归档值和报警存储在 Oracle 数据库中， WINCC OA 可以在运行中直接访问 Orac
16、le 数据库，或借助外部工具进行透明查询。四、 项目运行该系统自 2012 年 10 月开始投入使用，运行稳定，经过了实际运行的考验。在铭石调度中心可以实现对全线各站的统一生产过程监视与控制，保证了输气生产的安全运行。五、 应用体会该项目是西门子 WinCC OA 在山西省煤层气管道输送项目的首次应用。WinCC OA 较好的满足了煤层气管道输送的需求：需要可靠的安全保障和快速高效的应急处理；生产区域分散而偏远；高度集中、协调统一的调度管理；系统的扩展性强。WinCC OA 基于对象的变量管理和方便快捷的批量参数化能极大地简化了变量的管理；内置的大量驱动程序可以将已有的各种控制器方便的集成到系统中；系统提供的脚本向导功能，可以帮助开发人员快速实现需要的功能。六、 参考文献Article KM Reference Plate 2013 9/91 田洪波, 姜波, 武建宏 . SCADA 系统在长输管道的应用和发展 J. 石油化工自动化, 2008.42 胡益之. 山西煤层气产业化现状及发展 J. 煤化工, 2010.8
