輸氣管線SCADA系統的應用

辛連仲

摘要：SCADA系統是基于計算機、通訊和控制技術發展起來的，是實現管道數字化的基礎。主要作用是：自動采集管道運行的工藝參數，調節與管道安全運行密切相關的變量，在站控室和控制中心監控現場設備的運行，提供所需的各種數據。

關鍵詞：SCADA系統;數據采集與控制;數據通訊

1. 系統的基本配置

SCADA系統的主要組成包括遠程終端設備（RTU）、主站計算機（包括軟硬件）、操作裝置、數據顯示裝置及有關外圍設備。

第一級控制系統是現場檢測壓力 、差壓、溫度、氣體組份分析儀，分析儀，露點分析儀等儀表。

第二級為就地控制系統，主要為就地控制，亦包括清管站的〔RTU）遠程終端設備。可以完成就地閥門的開關，對場站設備的監控等。

第三級由中央控制室的主站計算機構成.主要完成對各站的指揮調度，它是全系統的控制中心。

2. 遠程終端的配置

根據各站的用途不同，輸氣管線的終端配置也不相同，主要功能是：

1）模擬輸入主要是壓力、差壓、溫度以4～20mA電流形式提供給RTU，RTU處理后存入到RTU的數據庫。

2）離散輸入，主要指閥門的開/關狀態的輸入，當由RTU讀入時首先檢查報警狀態并存入數據庫：

3）串行輸入，主要對分析儀，氣體色譜儀，露點分析儀傳來的數據進行分析后存入數據庫。

4）控制輸出，對SCADA各級控制操作員發出的命令經RTU輸出相應的控制動作

3. SCADA系統的數據通訊

輸氣管道的SCADA系統通訊主要采用光纜，傳輸的數據（字）必須以“1"和“0”同樣的順序來接收，以防止遠程終端傳輸有誤。

由于SCADA系統就其主站和遠程終端裝置之間信息交換和應答，就信息交換順序的特點來說屬于半雙工系統。因此以電話線方式傳輸就可滿足數據交換的要求。

4. 輸氣站站控部分

4.1 功能與特點

（1）計量功能：

本系統采用流量積算儀作為天然氣計量儀表，測量顯示精度0.5%，完全能夠滿足天然氣計量需要。

（2）人性化生產操作界面：

根據輸氣站場的操作界面具有簡明、直觀和便于操作的特點，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。通過操作界面可以對現場重要電動球閥進行控制。

（3）報警功能：

系統中采用聲光結合的報警方式，在第一時間通知值班人員報警產生的原因和位置。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。

（4）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，通過曲線可分析某時段計量參數變化趨勢、輸差，調配氣量。

（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。

（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。

4.2 流量計量系統

計量系統是SCADA系統中的一個重要組成部分，它直接關系到公司與客戶的利益。為保證計量的準確性，計量應用自動計量系統，防止人為因素造成的誤差。

溫度變送器主要把溫度轉換成4～20mA的標準電流信號。

壓力變送器，原理是利用諧振元件隨壓力變化改變其固有頻率的特性測量壓力。由于這種變送器依靠測量頻率來確定壓力，而頻率信號在傳輸過程中可忽略線阻、電感、電容影響，因此精度可達0.01級。

差壓變送器其原理根據力平衡原理。當測量膜片的兩側分別通以和使測量膜片在差壓△P的作用下產生一個測量力F=f△P。測量力通過杠桿作用帶動差動變壓器的鐵芯運動，從而改變差動變壓器的磁藕合使得副邊繞組輸出電壓改變，把氣室兩側的差壓轉換成電流信號。

5.遠程終端單元（RTU）

.5.1 遠程測量

遠程測量也就是模擬量輸入，傳感器是把物理信號變為可電測量信號的設備。一般的都變成4～20mA的信號輸出。

5.2 遠程調節

遠程調節主要是模擬量輸出，模擬量輸出主要形式是通過遠程控制來控制閥門的開度。正方向開關量給電時間越長，閥門開度就越大，反方向，開關量給電時間越長，閥門開度就越小。

5.3 電源系統

對于RTU設備來說，電源系統是相當重要的。其電源系統一般包括一次電源和二次電源。

一次電源是把市電轉換成直流24V或者12V電源，

二次電源一般由小功率的DC/DC，轉換成CPU的電源和其它電源。

5.4 通信接口

通信接口對于RTU很重要。因為很多的數據采集都可以通過遠程模塊和IED（智能電子設備）完成。為了提高傳輸速度，都采用平衡傳輸方式，差分發送和差分接收。

5.5 系統軟件

現在的RTU設備都是由微處理器構成的，軟件自然必不可少。系統包括如下軟件模塊：通訊協議模塊，開關量采集模塊、模擬量采集和處理模塊、模擬量輸出模塊、脈沖量采集模塊、可編程邏輯等。

為了實現復雜的功能，RTU軟件可能需要操作系統的支持，其特點是圖形界面非常強大，操作系統的應用，這里不再贅述。.

總結

本論文主要說明SCADA系統在油氣管道系統中的應用，敘述了主站硬件功能及上位機圖形界面、實時/歷史趨勢曲線、事務事件處理、報警信息查詢等內容。對現有的接口軟件進行更加友好的界面及定制功能介紹，如動態顯示實時據的趨勢曲線、定時存儲實時數據等功能。對現有調度控制豐富的界面進行闡述，滿足不同情況的需要。對現場控制系統描述不夠詳細，但對控制過程進行了詳細的描述。

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