油氣管道中SCADA系統(tǒng)的功能需求分析

劉忠賀 周勃(中國石油天然氣股份有限公司管道濟南輸油分公司， 山東 濟南 250000)

油氣管道中SCADA系統(tǒng)的功能需求分析

劉忠賀 周勃(中國石油天然氣股份有限公司管道濟南輸油分公司， 山東 濟南 250000)

計算機技術(shù)在油氣管道控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越重要。針對目前油氣管道中SCADA系統(tǒng)功能需求問題，在SCADA系統(tǒng)應(yīng)用和市場調(diào)研的前提下，依次對SCADA系統(tǒng)中的調(diào)度中心、站控系統(tǒng)以及邏輯控制系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析，研究在這三個系統(tǒng)中最需要實現(xiàn)的功能和最難以實現(xiàn)的功能，提出相應(yīng)的對策和發(fā)展方向，為油氣管道安全生產(chǎn)奠定更有利的基礎(chǔ)。

油氣管道；SCADA系統(tǒng)；調(diào)度中心；邏輯控制；安全生產(chǎn)

SCADA系統(tǒng)的主要功能是在調(diào)控中心內(nèi)通過通訊設(shè)施實現(xiàn)對遠(yuǎn)程管道和站場的控制，是目前油氣管道的重要組成部分之一。SCADA系統(tǒng)集控制、監(jiān)控、調(diào)節(jié)等功能于一身，為石油、電力等大跨度的行業(yè)而生，隨著科技的發(fā)展，在油氣管道行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

SCADA系統(tǒng)自上世紀(jì)60年代提出以來，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。上世紀(jì)60年代到70年代屬于發(fā)展初期，此時的SCADA系統(tǒng)不夠靈活，故障率極高，很多控制功能的實現(xiàn)需要工作人員完成。上世紀(jì)70年代到90年代屬于發(fā)展中期階段，此時16位的處理器已經(jīng)出現(xiàn)，SCADA系統(tǒng)朝著功能更加強大的方向發(fā)展，此時已經(jīng)可以實現(xiàn)簡單的人機對話功能。上世紀(jì)90年代以后屬于SCADA系統(tǒng)發(fā)展后期，此時的SCADA系統(tǒng)更加智能化，RUT已經(jīng)可以實現(xiàn)獨立運行的功能。

1 SCADA系統(tǒng)分析

自我國引進(jìn)SCADA系統(tǒng)以來，實現(xiàn)對油氣管道長距離監(jiān)控和控制的功能得以解決。雖然目前我國對SCADA系統(tǒng)的需求量極大，利潤也高于其它行業(yè)，但是目前國內(nèi)市場幾乎被國外的幾大公司壟斷，例如Telvent公司、Cegelec公司等，大型項目基本都是由這幾家國外的公司完成，國內(nèi)的企業(yè)在此行業(yè)內(nèi)完全沒有地位。經(jīng)過現(xiàn)場實踐和市場調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的原因不過于以下兩點：

（1）國產(chǎn)品牌的質(zhì)量達(dá)不到要求。能源決定著我國的發(fā)展進(jìn)度，而油氣管道又是決定能源發(fā)展的精髓，尤其是在我國大多數(shù)油氣管道的建設(shè)距離都極長的前提下，保障管道的安全顯得尤為重要。我國的大多數(shù)管道運行于環(huán)境復(fù)雜的西部地區(qū)，面臨狂風(fēng)暴雨的風(fēng)險極大，加上SCADA系統(tǒng)需要長時間連續(xù)運行，使得國產(chǎn)品牌的PLC等設(shè)備在精度和質(zhì)量上都達(dá)不到要求[2]。

（2）品牌的宣傳力度不足。像Telvent這樣的大型公司，在整個SCADA系統(tǒng)的國際市場上已經(jīng)站穩(wěn)腳跟，聲譽極高，且已完成眾多極難項目的建設(shè)工作，具有豐富的經(jīng)驗，對于管道公司而言，它們更放心選擇這樣的公司。而我國的SCADA公司，進(jìn)入這個行業(yè)的時間較短，并沒有形成自己的品牌影響力，且沒有豐富的業(yè)績和項目經(jīng)驗。

2 SCADA功能需求分析

2.1 調(diào)度中心功能需求分析

調(diào)度中心是SCADA系統(tǒng)的核心，工作人員在距離站場或管道較遠(yuǎn)的調(diào)度中心內(nèi)通過遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)在計算機上實現(xiàn)對管道和站場的控制和監(jiān)控任務(wù)。遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)可以采集管道或站場內(nèi)的數(shù)據(jù)，調(diào)度中心中的計算機會對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其在計算機屏幕上得以顯示。目前，調(diào)控中心內(nèi)的計算機可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、儲存，并根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)上限，對各種閾值信號進(jìn)行報警[3]。同時，調(diào)控中心還具有簡單的建議功能，可以幫助工作人員對各種數(shù)據(jù)做出決策。調(diào)控中心的數(shù)據(jù)框圖及功能如表1所示。

表1 調(diào)控中心功能

2.2 站控系統(tǒng)功能需求分析

站控系統(tǒng)和調(diào)控中心在一定程度上具有相似之處，兩者的區(qū)別在于站控系統(tǒng)無法存儲大量的數(shù)據(jù)，同時無法對管道和站場起到監(jiān)控功能，其它功能基本與調(diào)控中心相同。

站控系統(tǒng)可以對各種設(shè)備的運行狀況和參數(shù)進(jìn)行采集，并通過遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)傳輸于調(diào)度中心中，同時站控系統(tǒng)也接受調(diào)度中心傳輸回的命令指令。站控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)可以及時的以趨勢圖的形式在屏幕上得以展示，隨著科技的發(fā)展，也可以使數(shù)據(jù)以列表和流程的形式展示。參數(shù)表可以對壓力、溫度等信息進(jìn)行分類[4]。參數(shù)曲線也可以分為兩種，一種是實時的數(shù)據(jù)曲線，另一種是歷史上的數(shù)據(jù)曲線，曲線上的數(shù)據(jù)波動周期和數(shù)據(jù)采集周期保持一致。歷史曲線上顯示的數(shù)據(jù)是從SCADA運行以來采集到的所有數(shù)據(jù)的變化情況。站控系統(tǒng)中的報警功能可以分為六種：

（1）在列表中顯示報警信息，包括報警原因；

（2）在日志中記錄報警信息，以便工作人員及時查詢和修理某些設(shè)備；

（3）可以實現(xiàn)報警信息的查詢功能；

（4）在報警的同時，計算機可以提醒工作人員及時執(zhí)行某些命令；

（5）報警信息的來源較為全面，包括監(jiān)控數(shù)據(jù)報警和RTU報警等；

（6）報警的同時任然可以顯示各種設(shè)備的實時狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如果報警無法得到及時的處理，警燈會不停的閃爍，等報警的參數(shù)得到修復(fù)和更改以后，警燈會自動熄滅。

2.3 邏輯控制需求分析

邏輯控制功能的需求可以分為以下五個方面：

（1）ESD功能。目前的SCADA系統(tǒng)可以將ESD分為兩個級別，當(dāng)管道和站場發(fā)生重大事故時，調(diào)控中心可以對下一級別的ESD系統(tǒng)發(fā)送命令，使管道內(nèi)的流體停輸或越站，并對出現(xiàn)問題的站場進(jìn)行放空處理。如果某個站場內(nèi)的壓縮機出現(xiàn)問題，以及ESD系統(tǒng)可以自動執(zhí)行某些命令[5]。一般情況下，二級為機組式的ESD系統(tǒng)，只有在站場內(nèi)的流體產(chǎn)生泄漏，或者設(shè)備的溫度和壓力超過設(shè)定值時，二級ESD才會觸發(fā)，將對站場內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行停機，防止事故嚴(yán)重化。

（2）啟動站場功能。站場由于某些原因或故障停止輸送，當(dāng)故障得以修復(fù)后，通過遠(yuǎn)程的調(diào)控中心即可下達(dá)啟站命令，無法人員操作。

（3）停站功能。通過遠(yuǎn)程控制中心的計算機系統(tǒng)，既可以對站場內(nèi)的各種設(shè)備實現(xiàn)停止運行的操作。

（4）PID功能。當(dāng)站場內(nèi)的壓縮機出口處的各種參數(shù)都被設(shè)置成定值后，系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)各種參數(shù)，使參數(shù)在設(shè)定值的上下波動；在站場的進(jìn)出口設(shè)置定制后，系統(tǒng)也可以自動設(shè)置某些閥門的開關(guān)程度，使其維持在安全范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

目前長距離油氣管道設(shè)置SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成為此行業(yè)的共識，因此SCADA系統(tǒng)在需求方面市場廣闊。目前的SCADA系統(tǒng)已經(jīng)形成了一套專門的標(biāo)準(zhǔn)要求，該系統(tǒng)中的調(diào)控中心、站控系統(tǒng)與其就地操作形成了三級控制的模式，全面保障管道安全。本文在實踐運用和市場調(diào)研的前提下，詳細(xì)分析了這三部分的功能需求。希望為我國SCADA系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家提供有效的建議，間接推動我國油氣管道行業(yè)的發(fā)展。

[1] 吳稀瑛，徐方辰．云計算在輸油氣管道系統(tǒng)上的應(yīng)用[J]．天然氣與石油，2012，6(30) ：70-72．

[2] 賀國兵．SCADA系統(tǒng)在石油傳輸管道中的應(yīng)用[J]．甘肅科技，2011，27(12) ：18-20．

[3] 閆峰，祁國成，魏凱，等．IEC104協(xié)議在陜京一線SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．油氣儲運，2011，30(10) ：732-735．

[4] 趙國敏，王向明，張少仲，等．SCADA系統(tǒng)在天然氣管道工程中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2015，27(06) ：60-63．

[5] 劉洪彬．長輸油氣管道SCADA系統(tǒng)應(yīng)用與研究[D]．廈門：廈門大學(xué)，2013．

劉忠賀（1990- ），男，黑龍江人，助理工程師，2013年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)，電子信息工程專業(yè)。