文96地下儲氣庫SCADA系統

張磊 程正剛

文96地下儲氣庫SCADA系統

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1中國石化中原石油工程設計有限公司2中國石化中原石油工程有限公司鉆井二公司

中原油田文96地下儲氣庫是中石化系統內的第一座在建的以季節調峰為目的的儲氣庫，其作用是將榆-濟天然氣管道中的富裕氣量注入儲氣庫儲備，以滿足榆-濟輸氣管道調峰用氣和應急用氣。SCADA系統由PLC、ESD、通訊服務器、數據服務器、Web服務器、操作員工作站、報表打印機、交換機、路由器等設備組成，主要完成儲氣庫工藝數據采集、監視、控制等功能，并向調度中心傳送實時數據，接受調度中心下達的任務。該系統實現了對文96地下儲氣庫集注站及井場注采全過程的數據采集和集中管理、遠程監視和控制等，在網絡通信方面實現了智能化的集中管理。

SCADA系統；地下儲氣庫；PLC；ESD

中原油田文96地下儲氣庫是中石化系統內的第一座在建的以季節調峰為目的的儲氣庫，其作用是將榆—濟天然氣管道中的富裕氣量注入儲氣庫儲備，以滿足榆—濟輸氣管道調峰用氣和應急用氣。為確保儲氣庫安全、平穩、高效、經濟地運行，自動控制系統采用數據采集與監視控制系統（SCADA），對儲氣庫各工藝區域運行情況進行集中監視和生產運營管理。儲氣庫站控室可對工藝現場與各注采氣井場進行遠程生產調度與監視控制。

1 控制系統功能

控制系統通過Ethernet網絡以CIP協議采集PLC系統數據，與空壓機、干燥器、壓縮機、分析小屋等以ModbusRTU協議采集相應數據。所有儲氣庫相關數據信息通過RJ45口，以MODBUS-TCP/ IP協議上傳至站控通訊服務器；同時負責采集注采站RTU數據，所有數據經由通訊服務器上傳至站控系統，便于集注站統一管理整個儲氣庫SCADA系統數據。

1.1 SCADA系統

（1）對整個儲氣庫采氣、過濾分離、脫水脫烴、外輸計量、注氣壓縮機狀態、注氣等過程實時監控，實現動態顯示流程畫面、參數報警、存儲歷史數據、顯示動態參數趨勢、打印報表、人機交互操作等功能。

（2）根據文96地下儲氣庫工藝控制操作原則對采集的溫度、壓力、液位、流量等參數進行分析，完成自控設備的連鎖控制及壓縮機、關斷閥的緊急關斷控制。

（3）通過光纜與清豐分輸站、采注氣井場RTU之間進行通訊，完成注采氣流程控制、井口安全聯鎖切斷保護等。

（4）將站控數據通過光傳輸系統實時傳送到濟南調控中心，并接受調度中心下達的命令，實現遠程監視、控制、計劃調度和優化運行。

1.2 ESD系統

ESD系統主要采集注氣閥組的壓力數據和進、出站關斷閥數據，并對進出站關斷閥，壓縮機進、出口關斷閥，采注氣閥組關斷閥進行安全連鎖邏輯關斷控制；同時對可燃氣體和火災報警信號進行響應，執行相應的關斷操作；可通過通信光纜將數據上傳濟南調度控制中心。

1.3 聯鎖控制

（1）一級ESD緊急關斷指令聯鎖保護停運控制。

（2）集注站站內及井場注/采氣井發生火災后觸發連鎖保護停運控制。

（3）站內可燃氣體濃度高高報，超過爆炸下限后觸發連鎖保護停運控制。

（4）注氣閥組壓力高高報、壓縮機出口壓力高高報、壓縮機進口壓力低低報后觸發壓縮機停運控制。

（5）二、三級ESD緊急關斷保護停運操作及四級單體ESD保護停運操作。

2 控制系統的組成和配置

2.1 系統配置

SCADA系統由PLC、ESD、通訊服務器、數據服務器、Web服務器、操作員工作站、報表打印機、交換機和路由器等設備組成，主要完成儲氣庫工藝數據采集、監視、控制等功能，并向調度中心傳送實時數據，接受調度中心下達的任務。

2.2 硬件配置

（1）PLC系統。每套PLC包括CPU模板、電源模塊、通訊模塊、機架和I/O模塊等。所有ControlLogix模板都是帶點可插拔型模板，且帶有自診斷功能。處理器能接受、處理其他站拷貝來的子程序，并可將本站的一些功能程序移植到需要的站場，以減少重復編程的工作量。對硬件的地址分配設置、I/O的量化等采用組態的方式完成。

（2）ESD系統。ESD系統包含冗余的基于四重化結構的中央模塊及安全相關的I/O模塊。ESD中央單元的基本結構是由冗余的安全相關的中央模塊組成，每一個中央模塊有兩個并行處理的微處理器，冗余的存儲器和安全相關的硬件比較器，這種結構保證了在單個通道實現最大的安全性，并且沒有任何的時間限制；同時實現了最大的冗余容錯性，而且高覆蓋率的自診斷功能也確保了系統的高度可靠性。

2.3 軟件配置

（1）PLC控制器編程軟件RSLOGIX5000。該編程軟件支持IEC61131—3的多種語言，如梯形圖、功能塊等。在Windows平臺上運行，是一個功能強、使用靈活方便、界面友好的軟件。它可調用多級子程序，具有邏輯運算、數學運算、字符串運算等功能，采用組態的方式即可完成對輸入、輸出信號的配置，具有組態多個復雜控制系統的能力。

（2）ESD控制器編程軟件ELOPII。該編程軟件同樣支持IEC61131—3的多種語言，如梯形圖、功能塊等，具有組態多個復雜控制系統的能力。

（3）系統通信。SCADA系統通信網絡采用開放式工業以太網鏈路，可支持MODBUSTCP、IEC104通訊協議及客戶端—服務器訪問模式。通過CISCO工業交換機為SCADA系統搭建局域通信網絡，由路由器與調控中心互聯。

3 結語

SCADA系統實現了對文96地下儲氣庫集注站及井場注采全過程的數據采集和集中管理、遠程監視和控制等，在網絡通信方面實現了智能化的集中管理。作為一套完整的自動控制系統，SCADA系統能夠幫助管理人員及時了解生產狀態、設備運行狀況，以制定合理的注采方案，保障安全生產。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.057