压气站自动化控制系统应用实例 现代控制工程设计

本书是罗克韦尔自动化ControlLogix控制系统在天然气管道输送行业中的应用教材，书中言简意赅、通俗易懂地介绍了ControlLogix控制系统的硬件和应用软件。通过西气东输项目中臻选出的应用实例来反映ControlLogix控制系统的硬件组态方法和系统功能的优势和特点，并编写了大量对工程有针对性的实践内容。全书以天然气压气站站场工艺控制为实例，讲解了ControlLogix控制系统的实际应用。首先对ControlLogix控制系统的组成及硬件进行了介绍，通过讲解RSLogix5000的编程方法，教会读者如何使用编程软件。通过罗克韦尔自动化网络通信的几个典型应用实例，让读者学会对网络的合理设置和组态，解决在应用中存在的问题；特别是与第三方产品，如Modbus网络设备进行通信做了详细的描述。针对当前工业应用中对系统的可靠性要求，介绍了ControlLogix控制系统如何实现热备冗余系统的功能；后以循序渐进的方式，讲解ControlLogix控制系统在天然气输送管道站场控制系统中的具体应用。

前言
第１章　集成架构在站控系统中的
应用 １
　１．１　西气东输工程 ２
　　１．１．１　西气东输工程的时代背景 ２
　　１．１．２　天然气管道的发展 ２
　１．２　压气站 ３
　　１．２．１　压气站的功能 ３
　　１．２．２　压气站的组成及主要设备 ４
　　１．２．３　压气站控制系统架构 ９
第２章　犆狅狀狋狉狅犾犔狅犵犻狓硬件系统 １３
　２．１　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ控制器模块 １４
　　２．１．１　１７５６Ｌ５ｘ系列控制器 １４
　　２．１．２　１７５６Ｌ６ｘ系列控制器 １６
　　２．１．３　１７５６Ｌ７ｘ系列控制器 １８
　　２．１．４　控制器故障诊断 １９
　２．２　Ｉ／Ｏ模块 ２７
　　２．２．１　数字量Ｉ／Ｏ模块 ２７
　　２．２．２　模拟量Ｉ／Ｏ模块 ３９
　　２．２．３　Ｉ／Ｏ模块故障诊断 ５０
　２．３　框架及电源模块 ５２
　　２．３．１　框架 ５２
　　２．３．２　电源 ５４
第３章　数据文件 ５５
　３．１　标签地址 ５６
　　３．１．１　标签的操作 ５６
　３．２　Ｉ／Ｏ的工程量标定 ６１
　３．３　标签别名 ６２
　３．４　数据结构 ６３
　　３．４．１　数据区域与类型 ６３
　　３．４．２　数组 ６４
　３．５　数据文件定义标准 ６６
　　３．５．１　标签命名标准 ６６
　　３．５．２　数据结构的规划 ６８
第４章　RSL５０００编程软件的
使用 ７０
　４．１　编程入门 ７１
　　４．１．１　创建工程 ７１
　　４．１．２　创建程序文件 ７２
　　４．１．３　创建标签 ７３
　　４．１．４　编写梯形图程序 ７４
　　４．１．５　下载工程 ７７
　　４．１．６　运行工程 ７８
　４．２　程序文件的结构 ７９
　　４．２．１　系统任务 ７９
　　４．２．２　任务的注意事项 ８４
　４．３　梯形图编程指令 ８６
　　４．３．１　跳转指令的编程（ＪＳＲ） ８６
　　４．３．２　计时器指令的编程（ＴＯＮ） ８７
　　４．３．３　计数器指令的编程（ＣＴＵ） ８８
　　４．３．４　比较指令的编程（ＣＭＰ） ８９
　　４．３．５　计算指令的编程（ＣＰＴ） ９０
　　４．３．６　ＭＳＧ指令的编程 ９０
　　４．３．７　ＧＳＶ指令的编程 ９１
　　４．３．８　移动／复制指令的编程 ９２
　４．４　梯形图编程原则 ９４
　　４．４．１　项目等命名原则 ９４
　　４．４．２　程序结构的规划 ９６
第５章　控制系统的通信 ９９
　５．１　ＥｔｈｅｒＮｅｔ网络组态 １００
　　５．１．１　ＥｔｈｅｒＮｅｔ通信模块 １０１
　　５．１．２　ＥｔｈｅｒＮｅｔ应用实例 １０３
　　５．１．３　ＥｔｈｅｒＮｅｔ通信模块的故障
诊断 １０６
　５．２　ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ网络组态 １０９
　　５．２．１　ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ通信模块 １１０
　　５．２．２　ＲＳＮｅｔＷｏｒｘｆｏｒＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ软件
１１２

　　５．２．３　ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ网络参数 １１２
　　５．２．４　扩展远程Ｉ／Ｏ应用实例 １１５
　　５．２．５　控制网通信模块的故障诊断 １２３
　５．３　ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ网络组态 １２９
　　５．３．１　设备网通信模块 １３０
　　５．３．２　扩展远程Ｉ／Ｏ应用实例 １３０
　　５．３．３　设备网的故障诊断 １３３
　５．４　Ｍｏｄｂｕｓ通信 １３６
　５．５　过程控制系统与ＥＳＤ系统的通信 １４３
　　５．５．１　通信的建立（ＭＳＧ） １４３
　　５．５．２　通信数据结构 １４５
　５．６　冗余系统的维护及故障诊断 １４５
　　５．６．１　通过控制网模块的诊断 １４５
　　５．６．２　固件版本附表 １４８
第６章　压气站的启站与停站 １５２
　６．１　压气站的启站流程 １５３
　　６．１．１　压气站的正常启站工艺分析 １５３
　　６．１．２　ＥＳＤ停站后启站工艺分析 １５６
　６．２　压气站的停站流程 １６０
　６．３　压气站阀门控制流程 １６６
第７章　压缩机组的自动化控制 １７１
　７．１　起压缩机流程控制 １７２
　７．２　停压缩机流程控制 １７６
第８章　压气站辅助系统的自动化
控制 １８１
　８．１　压缩机厂房通风系统的控制 １８２
　　８．１．１　风机控制的ＡＯＩ指令分析 １８２
　　８．１．２　厂房通风系统的控制流程 １８３
　８．２　空冷器系统的控制 １８６
　　８．２．１　空冷器ＡＯＩ指令的分析 １８６
　　８．２．２　空冷器系统的控制流程 １８８
　８．３　火焰和可燃气体的报警系统 １９０
　　８．３．１　火焰和可燃气体检测系统的
简介 １９０
　　８．３．２　火焰和可燃气体检测系统的
控制流程 １９１
　８．４　过滤分离器系统的控制 １９２
　　８．４．１　过滤分离器系统的工艺 １９２
　　８．４．２　过滤分离器系统的程序设计 １９３
　８．５　自用气撬系统的控制 １９４
　　８．５．１　自用气撬系统的工艺 １９４
　　８．５．２　自用气撬加热器ＡＯＩ指令的
分析 １９５
　８．６　仪表风系统的控制 １９５
　８．７　冷却水系统的控制 １９７
　８．８　阴极保护系统的控制 ２００
　８．９　消防系统的控制 ２０１
　８．１０　旁通报警系统 ２０１
　８．１１　通信检测系统 ２０２
第９章　犈犛犇控制系统 ２０４
　９．１　ＳａｆｅｔｙＭａｎａｇｅｒ简介 ２０５
　　９．１．１　ＳａｆｅｔｙＭａｎａｇｅｒ硬件介绍 ２０５
　　９．１．２　ＳａｆｅｔｙＭａｎａｇｅｒ编程组态 ２０８
　９．２　ＰＬＣ与ＥＳＤ控制系统的通信说明 ２１３
　　９．２．１　ＡｎｙＢｕｓＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ软件中
的配置 ２１５
　　９．２．２　ＡｎｙＢｕｓ通信在ＲＳＬｏｇｉｘ５０００中
的配置 ２１９
　９．３　ＥＳＤ保护系统 ２２１
　　９．３．１　站场ＥＳＤ保护系统 ２２１
　　９．３．２　压缩机ＥＳＤ保护系统 ２２６
第１０章　犘犐犇分输系统 ２２９
　１０．１　日指定系统 ２３０
　１０．２　ＰＩＤ控制系统 ２３１
第１１章　组态软件犞犻犲狑狊狋犪狉的
使用 ２３８
　１１．１　ＶｉｅｗｓｔａｒＩＣＳ概述 ２３９
　　１１．１．１　ＶｉｅｗｓｔａｒＩＣＳ软件架构 ２３９
　　１１．１．２　项目控制台Ｃｏｎｓｏｌｅ ２４０
　１１．２　ＶｉｅｗｓｔａｒＩＣＳ通信驱动 ２４２
　　１１．２．１　ＳＣＡＤＡ系统数据通信 ２４２
　　１１．２．２　ＩＥＣ１０４协议通信驱动 ２４３
　　１１．２．３　ＯＰＣ通信驱动 ２４５
　　１１．２．４　ＭＯＤＢＵＳ通信驱动 ２４６
　１１．３　ＶｉｅｗｓｔａｒＩＣＳ的数据结构 ２４７
　　１１．３．１　数据结构的分析 ２４８
　　１１．３．２　建立数据点类型（ＤａｔａＰｏｉｎｔ
Ｔｙｐｅ） ２５０
　　１１．３．３　建立主数据点（ＭａｓｔｅｒＤａｔａ
Ｐｏｉｎｔ） ２５２
　　１１．３．４　建立普通数据点（Ｄａｔａ
Ｐｏｉｎｔ） ２５３
　１１．４　数据库的配置方法 ２５３
　　１１．４．１　数据点的配置 ２５３
　　１１．４．２　数据归档的配置 ２５６
　　１１．４．３　数据报警的配置 ２５９
　１１．５　界面的组态 ２６０
　　１１．５．１　界面的规范 ２６０
　　１１．５．２　新建界面 ２６０
　　１１．５．３　界面的组成 ２６１
Ⅵ 压气站自动化控制系统应用实例———现代控制工程设计
　　１１．５．４　对象和数据库的关联 ２６３
　１１．６　脚本语言的应用 ２６４
　　１１．６．１　脚本语言 ２６４
　　１１．６．２　脚本语言的嵌入 ２６５
　　１１．６．３　脚本语言示例 ２６６
　１１．７　ＶｉｅｗｓｔａｒＩＣＳ项目的系统管理 ２６７
　　１１．７．１　手动创建界面的拓扑结构 ２６７
　　１１．７．２　使用工具创建界面的拓扑
结构 ２６９
　　１１．７．３　多级用户权限 ２７１
参考文献

前　　言“山间回荡声声驼铃，大漠飘飞袅袅孤烟”， 历史的回声仍在回荡。２０１３ 年， 中国国家主席习近平提出了“一带一路” 的倡议， 为这条古老的丝绸之路赋予了新的活力和内涵。“一带一路” 建设将带动形成新的能源供应与需求大格局，为中国这样的能源贸易大国、生产大国和消费大国赢得更多话语权和定价权， 从此我国进入了输气管道的大发展时期。
本书正是在此背景下，总结了西气东输工程的一些经验，通过六年多的实践和总结，在对站场控制系统的使用与维护方面的了解与体会的基础上，编写了一本针对天然气管道输送自动化控制方面的应用教材。其目的是以工程案例为背景，培养控制工程领域专业硕士在巩固原有理论知识的基础上，熟悉工程实际；充分锻炼和提高学生的设计能力、施工能力和维护能力；为现代企业培养最急需、最实用的人才。同时也满足西气东输工程实际的需要，为企业的员工在系统维护和更新改造方面提供一些指导和借鉴。满足企业培养工程师的需求，期望他们不仅要具备科学研究、技术开发、工程设计和组织管理能力，还具有国际化视野、创新精神和知识的综合应用能力。
全书共分１１章，详细讲述了ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ控制系统在天然气管道输送的站场控制系统中的组态过程和工程应用方法。其中第１章介绍了压气站的工艺流程，描述了在站控系统中罗克韦尔自动化的典型集成架构的应用；第２ 章介绍了ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ硬件系统，特别是针对站控系统中所使用的模块进行了详细的讲解；第３章介绍了数据文件编辑的同时，对标签做了标准化的定义；第４章通过编程实验的方法，教会读者对ＲＳＬｏｇｉｘ５０００ 编程软件的使用；第５章列举了控制系统通信的几个典型应用案例，通过对网络的合理设置和组态，解决在应用中存在的问题；第６ 章介绍了压气站的启站与停站的站控系统最主要的工艺流程控制；第７章介绍了压缩机组的自动化控制采用ＡＯＩ指令完成对压缩机组的逻辑控制；第８章介绍了压气站辅助系统的自动化控制，用案例分析的方式讲解了系统的实现；第９章介绍了ＥＳＤ 控制系统，讲述了ＥＳＤ 安全保护逻辑的编写方法；第１０ 章介绍了ＰＩＤ 分输系统，重点分析天然气管道输送的压力控制；第１１章介绍了组态软件Ｖｉｅｗｓｔａｒ的使用和软件的编辑和使用。
本书第１、１１章由吕?明编写；第８、１０章由钱晓龙编写；第２章由赵强编写；第３章由李成铁编写；第４章由山西大学的高世红编写；第５章由洪悦、钟林生编写；第６、７章由冯德慧编写；第９章由东北大学秦皇岛分校的杨乐编写。东北大学罗克韦尔自动化实验室的武冰、司维、郭晓明、郭飞、李隆、宋少杰、李鹏伟和冯少恒等参加了部分编写工作和实验设计，同时他们还对书中的所有实验进行了验证。本书也得到了东北大学研究生教材建设立项资助项目和国家自然科学基金重点项目（７１０３２００４）的支持，在这里一并表示感谢。全书由东北大学信息学院的钱晓龙教授和中石油西部联合有限公司的吕?明工程师主编并统稿。
　　本书是在西气东输工程的众多现场工程师的共同关注下出版，他们给予了各方面的帮助，同时也提出了大量宝贵的意见，在此表示最诚挚的谢意。由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，敬请广大读者批评指正。
编者于东北大学２０１７年３月Ⅳ 压气站自动化控制系统应用实例———现代控制工程设计