SCADA系统在石油天然气管道上的应用

149 11 油气长输管道SCADA系统

迄今为止，管道运输在世界上已有130多年的历史。我国虽然是世界上最早利用管道运输的国家之一，但其发展却比较缓慢。1949年以前，我国的管道运输几乎是空白。经过几十年的发展，初步形成了东北、华北、华东输油管网及西南输气管网、西北一带油气管网已初具规模。全国石油、天然气产量的90%通过长输管道源源不断地输向炼油厂、化工厂及海运码头。作为油气长输管道自动化系统同样经历了循序渐进的发展过程。早期主要采用就地通用指示仪表为主，主要设备的控制(如阀门的开、关；输油泵的启、停等)均由手动控制，输油工人通过巡视记录主要参数(如温度、压力、流量等)。70年代末，由于当时国内的自动化控制设备与国外相比处于严重落后的地步，国内企业纷纷通过技术转让、合资合作、集团经营等形式改善设备。如在长输管道上广泛应用1151、2088等压力变送器、瑞士SAAB雷达液位计等，流量计量方法已由原始的计量仪表检测、手工计算产生报告发展成为由流量计产生信号远传至流量计算机或RTU、DCS、PLC等站级控制系统进行流量累计计算并自动生成相应报告。80年代末，计算机硬件、软件、特别是网络、通信的发展，管道运输行业均配置了先进的SCADA系统，如“东营-黄岛输油管道”是我国第一条实现全线自动化技术的输油管道，该管道是与加拿大努法公司联合设计的，代表了当时世界先进水平。此后，进入90年代后，通过对世界先进技术的消化和吸收，运用国内自己的技术力量先后设计和编制了以站控为主的花土沟-格尔木输油管道；轮南-库尔勒输油管道；鄯善-乌鲁木齐输气管道；陕甘宁气田-西安输气管道；陕甘宁气田-北京输气管道；陕甘宁气田-银川输气管道等。

11.1 油气长输管道SCADA系统概述

11.1.1 SCADA系统概述

近20年来，随着4C(Computer, Control, Communication,CRT)技术的发展，先进的监控和数据采集系统（Supervisory Control and Data Acquisition），简称SCADA系统，广泛用于电网、水网、输油气管网、智能建筑等领域，通过主机和以微处理器为基础的远程终端装置RTU、PLC(或其它输入/输出设备的通信收集数据，实现整个工业网络的监控，从而保证系统的安全运作及优化控制。

ＳＣＡＤＡ系统在天然气长输管道输送的应用　朱峰　（陕西省天然气股份有限公司’　摘要：数据采集与监视控制系统一ＳＣＡＤＡ系统为长输气管线自动化的　发展提供了方向。本文介绍了靖西线天然气输配管网ＳＣＡＤＡ系统，主要包　括系统总体结构及各部分的功能与实现。自系统上线使用后，运行稳定可靠，　大大提高长输管线生产调度的精细化，减轻调度员的负担，实现石油天然气　调度自动化。　关键词：长输气管线监视控制　远程调度ＳＣＡＤＡ系统　０引言　ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｎｄ　Ｄａｔａ　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）系统，即　数据采集与监视控制系统。ＳＣＡＤＡ系统是以计算机为基础的生产　过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和　控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警　等各项功能。　ＳＣＡＤＡ系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系　统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领　域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。由于各个应用领域　对ＳＣＡＤＡ的要求不同，所以不同应用领域的ＳＣＡＤＡ系统发展也　不完全相同。　在能源系统中，ＳＣＡＤＡ系统应用最为广泛，技术发展也最为成　熟。它作为能量管理系统（ＥＭＳ系统）的一个最主要的子系统，有着　信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速　诊断出系统故障状态等优势，它对提高石油天然气管网运行的可靠　性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现石油天然气调度自　动化与现代化，提高调度的效率和水平方面有着不可替代的作用。　ＳＣＡＤＡ系统有着这么多的优点，现已成为石油天然气调度工作中　必备的工具。　天然气输气管线一般具有管线长、距离远，控制点分散，控制工　艺相对简单等特点。这些特点再综合性价比等因素宜采用ＳＣＡＤＡ　系统。　下面用陕西省天然气股份有限公司ＳＣＡＤＡ系统来详细介绍　ＳＣＡＤＡ系统在天然气长输管道输送中的运用。　１靖西天然气管道概况　靖西天然气输送管线已建成投运里程将达１６５８Ｋｍ，投运的分　输站达３４座，实现双管、四气源、四座压气站１９台机组联合运行的　规模，靖西线输气能力１１４０万方／日。　２系统的构成　系统的构成主要由现场仪表、站控ＲＴＵ、卫星通信系统以及调　度中心计算机网络构成。　２．１现场仪表的主要作用是将管道的各种物理量，如温度、压　力、流量等转换成电信号，并和各开关信号一同传输到上位机，并在　上位机控制界面中显示，方便操作人员实时读取相关参数，并与　ＳＣＡＤＡ系统进行连接。　２＿２站控ＲＴＵ系统主要作用是将仪表送来的信号进行采集、整　理、分析、计算后对现场进行控制和自动调节，并向调度中心传送主　要参数和接受调度中心的控制指令。　站控系统主要功能：　２＿２．１计量功能　读取下位机传输的位机统计记录的重要计量参数，并在工作站　操作界面中显示值班人员对计量过程的实时监控。　２．２．２报警功能　报警功能包括：站场可燃气体报警，进出站压力报警，计量支路　差压值报警，重要阀１＂３开关动作报警，计量仪表连接状态报警等。　ＳＣＡＤＡ系统采用声光结合的报警方式，确保在第一时间通知值班　人员，并以文字在操作界面的报警窗口中详细说明报警产生的原因　和位置，确保安全平稳生产。　２８５　２＿２＿３趋势曲线功能　可提供进出站压力和各计量支路中的压力、温度、差压、瞬时流　量计量参数等参数的趋势曲线，通过曲线可针对某时段具体分析天　然气计量参数变化趋势，对分析输差，调配气量，检测仪表提供重要　的辅助作用。　２．２。４自动生成生产报表功能　系统根据需求设定自动生成生产报表，报表内容包括进出站压　力值、各支路计量参数数值及重要阀门状态等参数。作为生产的重要　资料，报表按照规定时间连续保存，并能够根据实际需要调整保存时　间。　２＿２．５人性化生产操作界面　根据输气系统实际情况进行界面设计，实时显示现场进出站压　力、计量参数、进出站温度、电动阀状态等一系列重要生产数据，值班　人员通过查看操作界面便可全面了解现场生产情况。同时，在紧急事　故发生时，可以通过操作界面还可以对现场ＥＳＤ系统进行控制，在　控制室里能够快速完成紧急切断阀的开关工作，提高了生产的安全　系数。　２．２．６参数设定功能　系统可根据现场情况设定变送器量程、气体组分等实际工况参　数来设定系统内部参数，来确保数值与现场一致性，满足生产数据；隹　确性。　２．２．７安全可靠性　系统采用权限操作方式，即不同操作权限的操作人员只能操作　本权限内的功能。通过权限设置，～方面，可以避免误操作对生产造　成影响，另～方面，可以保证生产参数的安全性，确保正常生产。　２．３卫星通信系统的作用是通过数据传递信道建立ＲＴＵ和调　度中心的联系。　２．４调度中心网络是全线各站的运行情况进行采集、分析、计算　从而实现整个管道的控制和优化运行。　３控制水平　全线采用就地手动、站控、调度中心遥控的三级控制方式，在正　常输气运行过程中，可实现场站无人职守而只通过调度中心系统对　全线进行控制，在管线初运行和特殊情况下可采用站控和就地手动　的控制。　调度中心可采集各占地重要运行数据（流量、压力、温度、组分、　关键阀位等），调度人员可以根据这些信息来监视和控制管道的运　行。　调度中心计算机可以开启、关闭和调整各站主要阀门，以控制和　调整各站的流量，以及各站分输计量管的流程切换。　调度中心的调度人员可通过ｓｃａｄａ系统软件，气体应用软件对　管道的压降、平衡、储量、计算优化控制，并能通过实时模拟这种高级　应用软件对管线运行情况进行预测和决策，使管道在安全的前提下　最优化地运行。　调度中心计算机在卫星通信线路故障时可自动接通各场站的备　用ＶＰＮ光纤线路进行数据传输，故障排除后可自动返回卫星通信状　态。　各个场站采集、上传本站数据外，在切换到站控状态时便是一个　独立的控制系统，可完成本站所需的各种控制和调节。　各场站还配置了气体泄漏报警装置，完成火警消防报警的管理。　在线路中设置了多个线路截断阀，在管线出现爆裂泄漏时能够　自动切断泄漏事故两端的阀门，以减少事故的损失和便于事故段的　抢修。　各个分输站、清管站均设置了清管作业的信号连锁系统，

长输管道SCADA监视系统

摘要：本文主要介绍长输油气管道SCADA系统的构成、作用和应用效果

关键词：SCADA系统；PLC控制系统；上位机系统；下位机系统

前言

SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。它作为长输油气管道监视控制系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，近年来随着长输油气管道业务的发展取得迅速的发展。

一、系统功能

典型站控系统由操作员工作站、RCI、PLC、ESD控制系统、交换机、路由器、打印机等设备组成站控局域网，如下图所示。

操作员工作站用于对整个工艺站场运行情况的监视和控制，并对采集数据进行归档处理。配置打印机打印报警、生产报表和曲线等。操作员工作站不允许安装除系统和工程所使用到的软件以外的软件，同时不允许运行人员在该工作站上面进行其他工作。工作站只负责和通讯服务器RCI之间的通讯，它们之间的通讯协议采用IEC 104的通讯协议。该通讯协议的主要特点是，对于采集的数据采取逢变则报的方式，减少平时的数据传送量，从而降低轮询周期。此外，工作站在一块网卡上集成两个RJ45的接口，该两个接口配置了相同的IP地址，确保在站控系统冗余的网络中，如果其中一个网络中断不会影响系统的正常运行。

PLC系统是SCADA系统的控制核心，主要选用罗克韦尔可编程控制器，采用热备冗余模式。用于检测工艺过程的压力、温度、可燃气体浓度等信息，并对可控设备进行监视和控制。

ESD控制系统主要选用德国HIMA 以及霍尼韦尔可编程控制器，用于连锁保护和紧急停车。它支持以太网MODBUS通讯协议、同PLC进行通讯，MMI下发的命令需要通过PLC处理后再发给ESD系统，ESD系统的数据也需要先传送给PLC后，MMI才能接收数据。

１９６　应用方法论　２科０１　Ｉ鞴Ｉ霸　年第８期　

长输天然气管线ＳＣＡＤＡ系统的应用　

纪纲　

（中围石油管道公司中原输ｆｌ｝｛气分公司，山东德州２５３０００）　

摘要天然气作为洁净能源在全国范嗣内被广泛应用于各类行业，天然气产、ｌ　蓬勃发展的同时，对于长输天然气管线的运行管理也就提　

了更高的要求。同前应用于天然气管线卜的自动控制系统较为先进的就是ＳＣＡＤＡ系统，本文将以西气东输１　程为例，论述该系统在长输　天然气管线上的应用。　

关键词ＳＣＡＤＡ；ＰＬＣ；ＲＴＩ　Ｊ；ＥＳＤ　

中国分类号．ｒＰ　文献标识码Ａ　文章编号１６７３—９６７１～（２ｏｌ　１）０９２—０１９６—０２　

ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉ￣ｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｎｄ　Ｄａｔａ　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，数据采集与监视控　制）系统的形成与计算机产业发展密切相关。该系统形成于２０世纪６０年　

代，当时只能起监视作用，而管道的运行管理和控制还是由人来完成。　

２Ｏ世纪７０年代计算机价格下降，而硬件和软什的水平大幅提高，且开发　具有现代模式的ＳＣＡＤＡ系统软件包。进入２０世ｆＥ８ｏ年代计算机的功能　更加强大，应用于管道　的ＳＣＡＤＡ系统紧跟时代技术的发展，使原有的　

监控系统有了极大改观，新一代系统具有管道动态模拟、数据优化、实　时监控功能。时至今天其良好的开放性、方便的软硬件组合、完善的硬　

件支持、强大的通讯功能、友好的人机界面组成功能全面的监控系统。　较之传统的ＤＣＳ集散控制系统，其在系统的可扩展性、通讯功能和价格　上具有很大优势。　

１西气东输ＳＣＡＤＡ系统的设计原则　

西气东输ｌＩ　程的ＳＣＡＤＡ系统实现了在调度控制中心完成对伞线各站　

场监控、调度、管理，全线优化运行，达到当时世界先进水平。该系统　

以下列要求为设计原则。　１）系统必须具有高可靠性、稳定性、灵活性，以保证安全可靠地　

运行。系统能定期对自身进行白诊断并形成报告，能监视整个系统的工　作状态，以便于系统的维护和维修。