SCADA系統在西氣東輸各閥室、場站的應用

徐海峰 李傳高 王漢文

（中國石油西氣東輸管道分公司蘇浙滬管理處無錫維修隊，江蘇 無錫 214101）

1 引言

西氣東輸天然氣管網作為國家能源的重要的重要組成部分——天然氣的載體，其戰略安全事關國民經濟和社會發展的大局。隨著經濟的持續發展，全國城市天然氣的用氣量也以成倍增長的速率在不斷突破，是以對管道天然氣的安全平穩運行提出巨大的挑戰。但傳統的人工記錄、逐級匯報的長輸管線監控方式已不能滿足信息的及時性和在線可控性的要求，所以在西氣東輸天然氣管網，為滿足對生產過程的調度指揮，保證輸氣的安全可靠我們引進了集數據的采集與監控一體的SCADA系統。

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系統，即數據采集與監視控制系統，是以計算機為基礎的生產過程控制與遠程調度相結合的自動化系統，已廣泛應用于電力系統、天然氣集輸、石油化工等諸多領域。它在遠動系統中占重要地位,可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。正在西氣東輸SCADA系統用于實現實時采集現場數據，對工業現場進行本地或遠程的自動控制，對工藝流程進行全面、實時的監視，并為生產、調度和管理提供必要的數據等多方面功能。

2 系統總體結構

西氣東輸SCADA系統由典型站控系統、清管站和遠控閥室（RTU）系統、操作區監視系統、調度中心監控系統以及其系統軟件和系統通訊協議組成，各控系統通過光纖設備與調度中心相連，構成生產過程本地控系統監控與調度中心遠程監控相結合的雙層網絡系統。

圖1

圖2

典型的站控系統由操作員工作站為運行人員提供人性化的界面，運行人員通過工作站實現對現場的數據采集和監控，并自動完成歸檔存儲，報表打印等功能；系統通訊采用RCI（遠程通訊接口）承載著與PCL可編程自動控制系統和現場設備之間的通訊，其中第三方設備包括：流量計算機、色譜分析儀、低壓配電盤電力參數采集、UPS、發電機、空壓機等。他們之間的通訊采用MODBUS RTU協議，連接方式RS232或RS485，同PLC之間的連接方式為以太網；PLC系統是SCADA系統的控制核心，用于檢測工藝過程的壓力、溫度、可燃氣體濃度等信息，并對可控設備進行監視和控制 ，后期的維護工作也主要集中在這一部分，包括現場更換設備也需要對這部分設備進行操作；ESD控制系統選用德國HIMA F30系列可編程控制器，用于連鎖保護和緊急停車，它以按鈕的形式觸發，觸發后，ESD系統會自動保存觸發條件3S，以保證PLC和上位機能夠采集到。當ESD觸發后，上位機立刻產生ESD觸發報警和觸發條件報警，此時ESD系統會同時關閉進站閥、安全截斷閥、出站閥，對于壓氣站來說，還要同時開越站閥XV1101，在進站閥和安全截斷閥全都關到位后，打開進站放空閥，當出站閥和安全截斷閥全都關到位后，打開出站放空閥。這些過程都完成后，上位機產生ESD過程完成的報警，如果在規定的時間內沒有完成，上位機也會產生ESD過程故障報警；同時配備打印機打印報警、生產報表和曲線等。

上位機操作界面以德國Cegelec的Viewstar2000軟件為平臺開發，能夠顯示所有工藝流程、過程參數、趨勢圖、監控主要設備運行狀態和輸氣過程，完成報警和各種管理報表的打印以及數據的存儲的功能。

調度中心由服務器和光纖連接設備構成。服務器通過光纖連接設備，實時讀取各輸氣站中PLC控制單元內的數據，并通過Viewstar2000軟件平臺，顯示各站的所有工藝流程、過程參數、趨勢圖，監控各站主要設備運行狀態，打印各種管理報表以及存儲各站組要的生產數據。

3 系統各部分主要功能及實現

3.1 輸氣站站控部分功能與特點

3.1.1 計量功能

對于小口徑如 DN50D、N80、DN100 和ND150西氣東輸采用的是的博斯特和阿爾斯特渦輪流量計進行現場計量數據的采集，而大口徑如 DN150、DN200、DN250和 DN300采用的是超聲波流量計作為現場計量數據的采集，測量顯示精度0.5%，完全能夠滿足天然氣計量需要。流量計算儀中的參數設置簡單、透明，保證了計量的公平、公正、公開。流量計算儀還具有強大的通信接口，通過通信接口將差壓、壓力、溫度、流速、累計流量等重要計量參數傳輸到上位機，并在上位機操作界面中顯示，方便值班人員對計量過程的監控（見圖 1）。

3.1.2 現場數據采集監測功能

根據輸氣站站場實際情況設計的操作界面具有簡明、直觀和便于操作的特點，并且能夠實時顯示現場計量參數、進出站壓力、進出站溫度、地溫、重要電動球閥狀態等一系列重要生產數據，值班人員通過查看計算機操作界面便可全面了解現場生產情況。另外，通過操作界面可以對現場重要電動球閥進行控制，特別是在緊急事故發生時，值班人員在控制室里能夠快速完成電動球閥的開關工作，提高了生產的安全系數（見圖2）。

3.1.3 強大的報警功能

系統中采用聲光結合的報警方式，并加以文字在操作界面的報警窗口加以說明，確保在第一時間通知值班人員報警產生的原因和位置，確保安全平穩生產。報警包括：站場可燃氣體超標報警；進出站壓力超標報警；計量支路差壓值超標報警；重要電動球閥開關動作報警；計量儀表連接狀態報警（見圖3）。

圖3

圖4

3.1.4 豐富的歷史曲線

系統中提供了各計量支路中的壓力、差壓、溫度、瞬時流量計量參數和進出站壓力等參數的趨勢曲線，通過曲線可針對某時段具體分析天然氣計量參數變化趨勢，對分析輸差，調配氣量，檢測儀表提供重要的輔助作用（見圖4）。

3.1.5 按時自動生成生產報表

根據生產需要，系統每小時自動生成一份生產報表，報表中包括重要電動球閥狀態、各支路計量參數數值及進出站壓力值等參數。作為生產重要資料，報表可連續保存一個月，并可根據實際需要延長保存時間。

3.1.6 參數設定功能

由于天然氣組分的不定性，需要定時的根據天然氣氣體組分檢測報告修改流量計算儀中的天然氣組分確保計量的準確，因此系統提供了天然氣組分設定界面，通過計算機通信接口與流量計算儀進行通信，直接將操作界面設定的參數寫入流量計算儀，完成流量計算儀中的天然氣組分設定。另外，系統還提供了壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器量程設定功能，實現根據變送器量程的改變重新設定系統內部參數，來確保變送器顯示數值的正確性，滿足生產需要（見圖5）。

3.1.7 可靠的安全性

圖5

圖6

系統采用權限操作方式，即不同操作權限的操作人員只能操作本權限內的功能。系統中一般操作人員可以實現讀取工藝參數，讀取報表，查看趨勢曲線和報警的功能。通過登陸密碼登陸，獲取高級權限的操作人員，可以獲得生產參數的修改和電動球閥控制的功能。繼續登陸，獲得更高權限的操作人員則可以對系統進行修改和完善。通過這樣的權限設置，一方面，避免了誤操作對生產造成影響，另一方面，可以保證生產參數的安全性，確保正常生產。

3.2 閥室SCADA系統簡介

清管站和遠控閥室（RTU）系統由RCI和RTU等設備組成RTU選用法國MODICON COMPACT系列可編程控制器，用于檢測工藝過程的壓力、溫度、可燃氣體濃度等信息，并對線路緊急截斷閥進行監視和控制。RCI用于收集RTU和第三方智能設備（太陽能蓄電池、氣液聯動閥等）的數據，并將數據上傳調度中心。

RCI選用的是Advantech（研華）的UNO-2059-GDA1產品，需要單獨配備一塊Advantech的64M內存卡，型號為SDCFB-64-101-80，該模塊的主要功能是將RTU的串口通訊轉換為以太網通訊，接至通訊廠家提供的路由器上。

3.3 調度中心的功能與特點

遠程實時監控是SCADA系統優于其它自動化系統的一個最大的特點，在蘇浙滬全線SCADA系統中，調度中心的作用就是這一特點的充分體現。調度中心的操作界面如圖6所示：

在調度中心的操作界面中可以讀取SCADA系統網絡范圍內的所有輸氣站的生產參數，并且可以通過點擊各輸氣站的圖標，調出各輸氣站的操作界面進行監控。通過調度中心操作系統，調度人員可以在第一時間，更加直觀的了解到SCADA系統內任意輸氣站的生產情況。另外，調度中心配有大容量硬盤空間，可以長時間保存必要的生產參數。目前，調度中心服務器及有關軟件已經調試通過，待光纖通信設備調試通過后，即可實現整個SCADA系統的聯網，實現設計的強大功能。

4 總結

西氣東輸全線SCADA系統各輸氣站站控系統先后投用至今，運行穩定可靠，操作簡便，深受操作人員的歡迎。站控系統成功投運后，充分發揮了自動化全天候監測手段，實現了計算機實時自動監控，節省了人力，確保了安全生產、平穩供氣。另外，SCADA系統具有豐富的擴展功能，新開發建設的輸氣站可輕松接入本系統中。

[1]段沖等，SCADA系統在西氣東輸管道中的應用[J]，石油工程建筑，2007，33（4）5～7。