SCADA系統(tǒng)在油氣管道中的發(fā)展與應(yīng)用研究

孟韓(中國石油北京油氣調(diào)控中心,北京 100007)

SCADA系統(tǒng)在油氣管道中的發(fā)展與應(yīng)用研究

孟韓(中國石油北京油氣調(diào)控中心,北京 100007)

本文針對油氣管道在運行中可能出現(xiàn)的問題，結(jié)合成熟的計算機(jī)通信技術(shù)，深入研究SCADA系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展歷史，分析SCADA系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)組成，討論目前SCADA系統(tǒng)在國內(nèi)外的應(yīng)用情況，最終得出SCADA系統(tǒng)得到迅速發(fā)展的原因。研究表明：基于計算機(jī)通訊技術(shù)的SCADA系統(tǒng)功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，能快速反饋油氣管道運行中出現(xiàn)的問題，并對管道進(jìn)行簡單的保護(hù)，使整個油氣輸送過程實現(xiàn)自動化，能有效的保障油氣管道的安全。未來仍需要對SCADA系統(tǒng)的圖像化顯示功能進(jìn)行深入研究，簡化工作人員判斷管道缺陷的方式。

SCADA系統(tǒng)；油氣管道；發(fā)展；結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

0 引言

SCADA系統(tǒng)(即監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))主要是在調(diào)控中心通過通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控以及控制等功能，其主要功能包括數(shù)據(jù)采集、危險報警以及簡單保護(hù)等方面，主要應(yīng)用與跨度較大的領(lǐng)域，比如電力、油氣以及水利等領(lǐng)域。

SCADA系統(tǒng)在油氣管道系統(tǒng)和電力系統(tǒng)應(yīng)用有一定的相似之處，兩者的跨度都比較大，通過人力對其進(jìn)行監(jiān)控和處理簡單故障比較困難；兩者都需要24h運行。因此SCADA系統(tǒng)開始在油氣管道系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[1]。

通過SCADA系統(tǒng)，工作人員只需要在調(diào)控中心簡單操作就可以得到管道運行中的各種信息。不需要人為監(jiān)控管道或周期性的檢修管道就可以得到管道的缺陷信息，并對運行設(shè)備的各種故障發(fā)出報警，方便工作人員的維修。同時，SCADA系統(tǒng)還提供簡單的保護(hù)功能，對油氣輸送過程中的緊急停站等問題提供保護(hù)，增強(qiáng)了油氣輸送管道的安全系數(shù)。但是目前來說，SCADA系統(tǒng)使用中仍存在一定的問題，對該系統(tǒng)進(jìn)行研究十分必要。

1 SCADA系統(tǒng)在油氣管道中的發(fā)展

1.1 國外發(fā)展?fàn)顩r

SCADA系統(tǒng)最早在20世紀(jì)60年代被提出，最初的SCADA系統(tǒng)不夠成熟，主要實現(xiàn)對遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控功能，而設(shè)備的管理仍需要相關(guān)工作人員進(jìn)行操作，因此故障較多。在20世紀(jì)70年代，隨著微型計算機(jī)的發(fā)展，SCADA系統(tǒng)也得到了一定的發(fā)展，到70年代中期，SCADA系統(tǒng)開始實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。在80年代，隨著智能化的發(fā)展，SCADA系統(tǒng)的功能得到了更大的完善，開始實現(xiàn)人機(jī)交互功能[2]。在20世紀(jì)90年代，隨著自動化技術(shù)和智能化技術(shù)的相互結(jié)合，SCADA系統(tǒng)開始具備集散控制功能，朝著遠(yuǎn)程分散控制以及集中監(jiān)控管理的方向發(fā)展，此時的主機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)了獲取遠(yuǎn)程設(shè)備運行數(shù)據(jù)的功能，并可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的分析和處理，以及實現(xiàn)對簡單故障進(jìn)行保護(hù)。

1.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

我國對SCADA系統(tǒng)的研究起步較晚，在20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)國外的先進(jìn)系統(tǒng)，在90年代，我國的一些電力公司和油氣企業(yè)開始自主研發(fā)SCADA系統(tǒng)。目前來說，我國的SCADA系統(tǒng)正處于高速發(fā)展的關(guān)鍵階段，但是該系統(tǒng)在國內(nèi)管道中的應(yīng)用水平差距較大，甚至某些管道仍然使用人工調(diào)度的方式，人工調(diào)度耗費人力資源較多，出現(xiàn)問題無法及時處理，無法適應(yīng)社會的快速發(fā)展[3]。在90年代后期建設(shè)的管道大多數(shù)都采用了先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)。

在20世紀(jì)后期，國內(nèi)的SCADA系統(tǒng)主要有三種結(jié)構(gòu)形式，分別是集中結(jié)構(gòu)、分布結(jié)構(gòu)以及復(fù)合結(jié)構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)形式雖然相對來說比較先進(jìn)，但是仍然不夠智能化。進(jìn)入21世紀(jì)以后，市場上出現(xiàn)了基于云技術(shù)的SCADA系統(tǒng)。基于云技術(shù)的SCADA系統(tǒng)就是將計算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)相結(jié)合，可以滿足用戶對靈活性和安全性的要求，這種SCADA系統(tǒng)主要有四個優(yōu)點：(1)可升級；(2)成本低；(3)能力強(qiáng)；(4)推廣快。

2 SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能及特點

2.1 結(jié)構(gòu)功能

SCADA系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，一部分是站場設(shè)備，包括各種傳感器，實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控功能，同時存在各種保護(hù)裝置，對設(shè)備出現(xiàn)的簡單問題進(jìn)行保護(hù)，站場內(nèi)裝有路由器和各種信息收發(fā)器，以便對設(shè)備出現(xiàn)的問題反饋給工作人員和得到工作人員的處理信號[4]。另一部分是調(diào)控中心，該部分主要由工作人員進(jìn)行操作，工作人員得到遠(yuǎn)程傳輸回來的報警信號和缺陷信息，制定相關(guān)對策，反饋給遠(yuǎn)程終端或人工對管道進(jìn)行開挖修補(bǔ)。SCADA系統(tǒng)的主要功能如下表1所示。

表1 SCADA系統(tǒng)的功能

2.1 特點

SCADA系統(tǒng)主要有四個優(yōu)勢較大的特點。正是基于這四個特點，SCADA系統(tǒng)才得到了廣泛的應(yīng)用。

(1)通訊準(zhǔn)確迅速。SCADA系統(tǒng)主要通過有線光纖進(jìn)行通訊，這種通訊方式能有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確度。

(2)可靠性高。SCADA系統(tǒng)中采用的設(shè)備性能較高，使其能在惡劣條件下運行。并對比較重要的監(jiān)控設(shè)備采用了冗余的設(shè)計方式，保障了監(jiān)控的可靠性。每條控制回路除了自動控制外，還設(shè)有手動操作的后備選項，當(dāng)自動控制無法工作或?qū)χ匾幕芈罚梢圆捎檬謩涌刂七M(jìn)行操作。

(3)可操作性。SCADA系統(tǒng)操作方便，工作人員不需要具有很強(qiáng)的計算機(jī)知識就可以實現(xiàn)操作。同時在SCADA系統(tǒng)升級之后，新的系統(tǒng)基于原有系統(tǒng)，不會做太大改變，方便工作人員適應(yīng)新系統(tǒng)。

(4)可維護(hù)性。SCADA系統(tǒng)在運行過程中也可能會出現(xiàn)故障，但是維修比較簡單，只需要采用排除法即可查找到出現(xiàn)問題的部件。同時該系統(tǒng)采用的是模塊化的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)故障后只需要對故障模塊進(jìn)行維修即可，同時各模塊中都安裝有監(jiān)控指示燈，可以方便工作人員查找故障。

3 SCADA系統(tǒng)在油氣管道中的應(yīng)用

在油氣管道中運用的SCADA系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成。實時數(shù)據(jù)安裝于各站場中和調(diào)度中心，調(diào)度中心的實時模塊可以實現(xiàn)對遠(yuǎn)程站場的控制，并實現(xiàn)對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和規(guī)范，從上線數(shù)據(jù)的展現(xiàn)功能，同時，實時模塊還可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的整合和更新功能；歷史模塊也安裝與各站場和調(diào)度中心中，通過該模塊可以實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的讀取和分析，這里所說的歷史讀取就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)；軟件平臺是整個系統(tǒng)的核心，也是實現(xiàn)人機(jī)交互功能的關(guān)鍵設(shè)備，人機(jī)交互功能的實現(xiàn)基于實時模塊和歷史模塊，將各種處理后的數(shù)據(jù)在軟件上得以呈現(xiàn)在屏幕上。

油氣管道中運用的SCADA系統(tǒng)中還包含有打印機(jī)和投影儀等設(shè)備。同時，為了保障系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)在備份數(shù)據(jù)時一般采用雙備份的模式，同時，調(diào)控中心采用正版的windows系統(tǒng)；在設(shè)備監(jiān)控方面，采用較先進(jìn)的In Touch 8.0軟件，實現(xiàn)監(jiān)控和報警功能。

在一般情況下，SCADA系統(tǒng)可以對運行狀態(tài)的油氣管道實現(xiàn)六個功能：(1)對管道內(nèi)和站場內(nèi)的油氣輸送情況和設(shè)備運行情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過圖像顯示的方式，使工作人員得到有效數(shù)據(jù)。(2)控制整條管道和站場的啟動和停止；(3)對管道中的各種故障進(jìn)行報警；(4)對出現(xiàn)的故障進(jìn)行維護(hù)；(5)傳輸管道數(shù)據(jù)；(6)實現(xiàn)人機(jī)交互。

4 結(jié)語

SCADA系統(tǒng)的完善和進(jìn)步，有利于我國油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。油氣企業(yè)應(yīng)加快對該系統(tǒng)的研究工作，同時加強(qiáng)在小型管道中的應(yīng)用。在大型管道中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)逐步完善，使各項功能都得到有效的提升。同時，研究人員應(yīng)加強(qiáng)對圖像化顯示的研究，使人機(jī)交互功能更加便捷。

[1]郭曉瑛,路艷斌,鄭娟.國內(nèi)外長輸管道 SCADA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀[J].油氣儲運,2011,30(02)∶36-38.

[2]王文平.SCADA系統(tǒng)在長輸油氣管道系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子元器件,2012,14(11)∶51-55.

[3]燕林斌.SCADA系統(tǒng)在天然氣輸氣系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2013,19(36)∶37-39.

[4]祁國成,沈國輝,陳鵬,等.油氣管道SCADA系統(tǒng)跨平臺人機(jī)界面的設(shè)計與實現(xiàn)[J].天然氣工業(yè),2013,27(11)∶92-97.

孟韓(1990-)，男，北京人，助理工程師，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)電氣工程及其自動化專業(yè)。