摘要：沙特丙烷管线项目是中石化国际工程公司在沙特阿美石油公司承揽的第一个地面总承包项目，该项目主要工作量是建设一条丙烷管线，把液化丙烷从Ras Tanura石油炼化厂输送到Juyamah气体处理厂。该项目在Ras Tanura炼厂的主要设备是三台丙烷输送泵，其自动控制系统的目的是保证丙烷管线系统能按照工艺要求安全运行及三台丙烷输送泵的安全运行。本篇文章主要介绍在Ras Tanura 490控制室丙烷输送泵区自动控制系统的架构。
关键词：沙特丙烷管线项目 系统 架构
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0014-02
为了保证丙烷输送泵系统的安全正常运行，其自控系统包括 Honeywell C300过程控制系统，TRICONEX三重冗余ESD控制系统，GE MMS机器监测系统。其中Honeywell C300过程控制系统主要监测泵区的可燃气体浓度，控制泵区警示灯和报警器声光报警，以及三套控制系统机柜内部温度，通风风扇运行状态，及所有控制器冗余电源故障报警。
TRICONEX三重冗余控制系统主要检测、控制泵区三台2.4KV，190KW输送丙烷的电机及泵的运行，及检测、控制泵入口紧急切断阀和泵出口流量计，泵出口紧急切断阀的运行。
MMS机器检测系统主要检测电机轴承和泵轴承的震动信号，当检测到的震动值大于设定值时，输出高高报警信号给ESD控制系统，ESD系统立即发出命令，出现故障的电机停止运行。
三套系统的信号通过容错工业以太网连接至交换机，在工程师操作站上，使用Honeywell的EPKS工控软件采集及显示工控数据，Honeywell C300控制系统包括系统机柜一台，端子机柜一台。C300系统是Honeywell最新一代控制系统，C300控制器模块本身具有冗余电源接口，2个控制网络FTE（Fault Tolerant Erthernet）接口，2个I/O LINK接口，及冗余控制器接口。相应的C300系统全部按照冗余方式配置，包括系统冗余电源，冗余防火墙，冗余C300控制器，冗余模拟和数字输入输出模块。C300控制器的2个控制网络接口，分别接入C300系统专用冗余防火墙后再接入工厂冗余网络交换机，接入490 SWITCH A的C300控制器网络端口IP地址定义为10.70.62.51，接入490 SWITCH B的C300控制器网络端口IP地址定义为10.70.62.52。
TRICONEX三重冗余控制系统，包括数据处理系统机柜2台，数据采集端子柜2台，采用冗余电源，控制器型号是3008，三块控制器模块并列插入背板槽中，采用冗余方式工作。该系统的数据处理模块接受从数据采集模块发来的数据后，通过内部硬件电路实现一路信号发送给3个控制器，或者3个控制器的指令通过数据处理模块可以控制同一路信号的输出。控制关键信号回路时，可以在背板槽中再插入后备数据处理模块，实现数据处理模块的冗余控制。TRICONEX控制系统采用冗余的4351B通信模块，该模块有2个网络接口，NET1和NET2，在本次项目中使用2块通信模块的NET1口连接至Honeywell的冗余Modbus TCP Firewall防火墙，再接入工厂冗余网络交换机，板槽中左边4351B通信模块NET1网口接入490 SWITCH A，IP地址定义为10.70.62.53，板槽中右边4351B通信模块NET1网口接入490 SWITCH B，IP地址定义为10.70.62.54。2块通信模块的NET2口接入控制室本地的交换机 TDI SWITCH，左边通信模块NET2口IP地址定义为192.168.1.53，这个网口定义为与SOE服务器点对点通讯，SOE服务器的一个网口IP地址定义为192.168.1.102，同样接入TDT SWITCH交换机，SOE服务器另外一个网口定义为10.70.62.58，接入490 SWITCH A交换机。右边通信模块NET2口IP地址定义为192.168.1.54，这个网口定义为编程接口，接入TDT SWITCH交换机，其它接入TDI SWITCH交换机的工控机可以编辑修改TRICONEX系统中的程序。
SOE服务器的作用是记录TRICONEX三重冗余控制系统所有发生的事件，包括报警信息，报警时间等，并保证与Honeywell EPKS软件时间同步，把实时报警信息传送给EPKS监控软件。
MMS（Machine Monitor System）机器检测系统包括MMS监控服务器机柜1台，Bently 3500系列机器检测系统机柜1台。机器检测模块机架式安装，本项目选用了16槽机架，长48.2cm，宽34.9cm，高26.6cm，机架整体再安装在机柜内部面板上。第一个板槽安装冗余机架电源，第二槽安装3500/22数据传输接口模块，该模块作用是与MMS监控服务器通信。依次再安装3块3500/42M震动信号输入模块，分别接受3台泵的电机轴和泵轴震动信号，3块3500/32继电器输出报警模块，1块与面板液晶显示器相连的显示通讯模块，2块3500/92通讯网关模块，一块3500/92网口IP地址定义为10.70.62.55，一块3500/92网口IP地址定义为10.70.62.56。3500/92通信模块按照系统设计应直接接入Honeywell冗余Modbus TCP Firewall防火墙后，再接入490 SWITCH A和490 SWITCH B工厂交换机，但实际连接后，MMS系统没有规律的向工厂系统服务器报警，且导致了丙烷输送泵控制系统运行不正常，在3500/92通信模块和工厂交换机之间加入MMS SWITCH A和MMS SWITCH B后，问题解决。
MMS监测服务器的作用是运行机器检测系统机架配置软件，配置好机器检测系统内部运行逻辑及设定震动报警值，监测电机和泵轴的震动情况。服务器一个网口IP地址定义为192.168.1.101，与TDI SWITCH 相连，再与3500/22数据传输接口模块通讯，另一个网口IP地址定义为10.72.62.59，接入490 SWITCH A。这样MMS服务器在管理本地MMS系统的同时，还可以访问工厂内其它MMS服务器。
电机控制中心MCC（Motor Control Center）中控制及保护中压电机运行的核心设备是控制器SEL-701 Relay，该控制器采集电机电压电流信号及电机定子温度信号，信号值如果超出设定范围，电机停止运行。本项目中电机定子温度，接入SEL-701 Relay控制其后，转换为RS-485信号，再接入Lantronix串口服务器，把信号转换为以太网信号，该网口IP地址定义为：10.70.62.57，然后接入490 SWITCH A交换机，由EPKS软件采集监控电机定子温度信号。
在490控制室中，安装有一台工程师站，编号为TRI 490 ESD，该工程师站一个网口IP地址定义为192.168.1.100，接入TDI SWITCH交换机，由此可以访问本地服务器，及编辑修改TRICONEX控制系统程序，另一个网口IP地址定义为10.70.62.42，接入490 SWITCH A交换机，从而与工厂服务器连接，获取相应的信息。工程师站上运行的EPKS软件可以直接与490控制室中的自控设备通信，获取所需的数据，同时显示监控画面，接受和发布指令。
整个控制系统网络构架如（图1）：
490泵区自控系统的容错以太网架构配置冗余网络物理设备，包括冗余以太网交换机，冗余防火墙，在逻辑上为一条网络，不分A网、B网，不存在网络切换，Honeywell EPKS中的专用FTE软件，不断检测网络状态，自动选择最优路径通信。Honeywell的控制防火墙只允许与控制器有关的信息通过，控制、I/O通信和点对点通信不受影响，保证数据的确定性，并区分内部数据包和外部数据包，保证实时控制数据通信优先，同时可以去除通用交换机无法辨别和过滤的垃圾信息，提高控制器的运行效率，并确保当外部网络设备故障或黑客入侵导致网络阻塞时，控制器受到的影响最小。
本自控系统中的工程师操作站、SOE服务器和MMS服务器都是双网卡配置，设置不同的路由后，可以用以10开头的IP地址访问工厂网络，也可以用以192开头的IP地址访问服务器网络，保证了服务器网络系统的安全。
Ras Tanura炼厂是个千万吨级的石油炼厂，其网络结构复杂，本文仅讨论工厂网络的Level 1实时控制层，和Level 2监控和人机界面层，其它知识有待进一步学习。
