天然气长输管线SCADA系统常见问题及解决方案

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摘要：随着天然气逐渐应用与社会主义建设事业的各个领域，天然气的长距离输送越来越不可或缺。天然气长输管线采用以计算机、站控系统及通讯系统为核心SCAD系统，完成管道输送工艺过程的数据采集、监视与控制、调度与管理、故障诊断、指导运行等任务。本文主要就是针对天然气长输管线scada系统常见问题及解决方案来进行分析。

关键词：SCADA系统；天然气；长输管线

中图分类号：F407文献标识码： A

1、概述

随着科学技术的进步，“监控与数据采集系统（Supervisory Control And Data Acquisition，简称SCADA系统）”在管道输送领域得到了广泛的应用，是实时监测和控制管道运行状况的有效手段。

一个典型的SCADA系统包括五个主要部分：一台主控中心站PC、人机界面软件（MMI）、若干远程终端装置（RTU）、一个通信协议以及一个将RTU和主控中心站连接起来的通信系统。

图1SCADA系统的总体结构

SCADA系统总体结构如图1所示，它的工作过程是：中心站通过组态软件（如工况图、趋势图等）监视现场的工作情况，监控数据来源于中心站定期轮询和RTU的主动突发。中心站可以下达控制命令，这时RTU响应中心站的控制命令，其它时候RTU独立地按照设定的程序流程进行数据I/O、发出和响应通讯任务、完成逻辑和控制功能。如果中心站和下位机协议不相同时，前端接口单元FIU（Front-End Interface Unit)用来进行协议转换；如果协议相同，则不需要FIU。

2、天然气长输管线SCADA系统要求

天然气长输管SCADA系统的要求是保证各个场站的各种设备如阀门、流量计、加臭机、流量调节阀门、调压器等以及各个工艺参数在可控安全范围内的可靠、平稳、高效地运行。

调控中心的操作人员通过SCADA系统提供的工艺过程的温度、压力、瞬时流量、调压设备运行状态、阀门状态等信息，完成对长输管线全线的监控及运行管理。

站控制系统能够可靠、实时的完成对场站的工艺参数和设备状态数据采集、相关设备的控制、紧急状态时的联锁保护等任务，并为调度控制中心提供实时数据，接受和执行调控中心下达的各个操作指令。

通讯系统能够可靠、实时、稳定、持续的完成调控中心和场站站控系统之间的双向数据传输。

3、天然气长输管线SCADA系统的应用现状

尽管各地区由于自身特点不同，在SCADA系统软硬件上的配置存在着一定的差异，但总的控制模式是一致的，主要涵盖了调度控制中心（DCC）远程控制、站控系统（SCS）控制以及现场手动控制三部分。

3.1、DCC作为整个SCADA系统的核心单元，管理和协调系统中所有的工艺装置和设备运行。DCC主要内容包括：SCADA主机(采用主备双机冗余模式)操作员工作站、工程师工作站、应用软件仿真PC机以及相关的网络和通信辅助设施等。

3.2、SCS作为SCADA系统中的基本单元，基本配置包括站控计算机、远程终端（RTU）或可编程逻辑控制器（PLC）、通信设施以及必需的外部单元。SCS控制为第二级控制，各输油（气）站操作人员可以在控制台上监视和控制本站的系统运行工况和输油设备。

3.3、现场手动控制是第三级控制，这时现场设备处于手动状态，操作人员可根据现场安装的显示仪表，现场手动操作实现对设备的控制。

4、天然气长输管线SCADA系统设计的解决方案

4.1、系统结构

（1）调控中心负责对天然气高压输配管网及各远程终端站进行数据采集和数据处理分析，使调度员可以全面地了解天然气高压输配管网的运行情况，对管网的运行工况进行评价，实时给出优化调度方案，及时地对各相关的供气设备进行控制、调整，使管网运行处于最佳状态。同时，可结合历史数据做出供气预测和趋势分析，提出优化的供气方案，供决策人员进行实时调度和管理，使输配管网运行处于最佳运行状态。调控中心采用C/S结构与B/S结构相结合。调控中心包括各类功能的服务器和工作站等计算机设备。主要构成有：SCA-DA系统实时数据服务器（冗余配置）、SCADA历史数据服务器、Oracle数据库服务器、SCADATS数据服务器和WEB服务器等设备，操作员站、工程师站、培训工作站、DLP工作站等与服务器采用C/S结构，经理终端、生产运营部门终端、安全部门终端等与服务器之间采用B/S结构。

（2）站控系统

场站站控系统由PCS（Process Control System）过程控制系统和ESD（Emergency Shutdown Device）紧急停车系统组成。

PCS过程控制系统采集进出站温度信号、进出站压力信号、调压器前后压力信号，各个分支的流量计流量数据，控制进出站及分支管道的阀门开关，从站控操作员站上监测和控制现场各个工艺参数和设备运行。

ESD紧急停车系统独立于PCS过程控制系统，其安全级别高于PCS过程控制系统。当站场出现紧急事故，上、下游输气管道出现紧急事故，站场出现火灾等情况下，操作员启动站控室内墙上“站ESD”按钮或者现场装置区附近的“站ESD”按钮，下达“站ESD”命令。该命令不受站控系统状态、被控设备的工作状态及其他站控逻辑的限制，其操作命令优先级别最高，完成对整座站场的紧急关闭放空，确保站场安全。

当分输站至用户的压力超高限时，为保护下游设备的安全，需关闭压力监控系统中的安全切断阀，该命令不受站控系统状态、被控设备的工作状态及其他站控逻辑的限制，其操作命令优先级别最高。

（3）通讯系统

通讯信主信道采用中国联通SDH数字专线，备用信道为中国电信SDH数字专线。站控系统的PCS及ESD系统通过以太网交换机连接到SDH专线接入的路由器上，通过一定的路由规则连接调控中心的数据采集平台，实现场站和调控中心的通信。同时阀室的RTU通过无线3G路由器和专用的VPN专线连接到调控中心的数据采集平台，实现阀室与调控中心的通信。

4.2、系统软硬件配置

SCADA系统中心监控软件采用GE公司的iFIX软件平台，数据库采用Oracle11g；网络设备采CISCO公司2960交换机和2811路由器；PCS系统采用冗余控制器即Bristol Babcock公司Control Wave混合控制器、ESD部分采用完全独立的通过SIL3认证的冗余控制器即Honewell的Safety Manager系统、阀室采用Bristol Babcock公司Control Wave Micro系列RTU。

4.3、系统功能

天然气长输管线SCADA系统主要功能如下：

（1)实时数据采集和处理；（2)图形显示功能；（3)控制功能（4)报警显示、报警管理以及事件的查询、打印；（5)实时、历史数据的采集、归档、管理以及趋势图显示；（6)生产统计报表的生成和打印；（7)通信通道、网络监视及管理；（8)通信管理功能；（9)调度用户等级管理；（10)集中调度和统一管理；（11)交接班管理。

总之，SCADA系统在天然气长输管线应用后对整个管网系统的稳定性，可靠性以及实时性将有很大的提高。调控中心可以实时稳定的监测和控制整个天然气管网运行状态，并准确掌控整个管网中各个场站用气量和天然气输配，为及时的调度和管理提供数据的依据。

参考文献

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