輸氣管線SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用

辛連仲

摘要：SCADA系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)、通訊和控制技術(shù)發(fā)展起來的，是實(shí)現(xiàn)管道數(shù)字化的基礎(chǔ)。主要作用是：自動采集管道運(yùn)行的工藝參數(shù)，調(diào)節(jié)與管道安全運(yùn)行密切相關(guān)的變量，在站控室和控制中心監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行，提供所需的各種數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集與控制;數(shù)據(jù)通訊

1. 系統(tǒng)的基本配置

SCADA系統(tǒng)的主要組成包括遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU）、主站計(jì)算機(jī)（包括軟硬件）、操作裝置、數(shù)據(jù)顯示裝置及有關(guān)外圍設(shè)備。

第一級控制系統(tǒng)是現(xiàn)場檢測壓力 、差壓、溫度、氣體組份分析儀，分析儀，露點(diǎn)分析儀等儀表。

第二級為就地控制系統(tǒng)，主要為就地控制，亦包括清管站的〔RTU）遠(yuǎn)程終端設(shè)備。可以完成就地閥門的開關(guān)，對場站設(shè)備的監(jiān)控等。

第三級由中央控制室的主站計(jì)算機(jī)構(gòu)成.主要完成對各站的指揮調(diào)度，它是全系統(tǒng)的控制中心。

2. 遠(yuǎn)程終端的配置

根據(jù)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(shù)據(jù)庫。

2）離散輸入，主要指閥門的開/關(guān)狀態(tài)的輸入，當(dāng)由RTU讀入時(shí)首先檢查報(bào)警狀態(tài)并存入數(shù)據(jù)庫：

3）串行輸入，主要對分析儀，氣體色譜儀，露點(diǎn)分析儀傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后存入數(shù)據(jù)庫。

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

3. SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

輸氣管道的SCADA系統(tǒng)通訊主要采用光纜，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（字）必須以“1"和“0”同樣的順序來接收，以防止遠(yuǎn)程終端傳輸有誤。

由于SCADA系統(tǒng)就其主站和遠(yuǎn)程終端裝置之間信息交換和應(yīng)答，就信息交換順序的特點(diǎn)來說屬于半雙工系統(tǒng)。因此以電話線方式傳輸就可滿足數(shù)據(jù)交換的要求。

4. 輸氣站站控部分

4.1 功能與特點(diǎn)

（1）計(jì)量功能：

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

（2）人性化生產(chǎn)操作界面：

根據(jù)輸氣站場的操作界面具有簡明、直觀和便于操作的特點(diǎn)，值班人員通過查看計(jì)算機(jī)操作界面便可全面了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況。通過操作界面可以對現(xiàn)場重要電動球閥進(jìn)行控制。

（3）報(bào)警功能：

系統(tǒng)中采用聲光結(jié)合的報(bào)警方式，在第一時(shí)間通知值班人員報(bào)警產(chǎn)生的原因和位置。報(bào)警包括：站場可燃?xì)怏w超標(biāo)報(bào)警;進(jìn)出站壓力超標(biāo)報(bào)警;計(jì)量支路差壓值超標(biāo)報(bào)警;重要電動球閥開關(guān)動作報(bào)警;計(jì)量儀表連接狀態(tài)報(bào)警。

（4）歷史曲線：

系統(tǒng)中提供了各計(jì)量支路中的壓力、差壓、溫度、瞬時(shí)流量計(jì)量參數(shù)和進(jìn)出站壓力等參數(shù)的趨勢曲線，通過曲線可分析某時(shí)段計(jì)量參數(shù)變化趨勢、輸差，調(diào)配氣量。

（5）按時(shí)自動生成生產(chǎn)報(bào)表：

根據(jù)生產(chǎn)需要，系統(tǒng)每小時(shí)自動生成一份生產(chǎn)報(bào)表，報(bào)表中包括重要電動球閥狀態(tài)、各支路計(jì)量參數(shù)數(shù)值及進(jìn)出站壓力值等參數(shù)。作為生產(chǎn)重要資料，報(bào)表可連續(xù)保存一個(gè)月，并可根據(jù)實(shí)際需要延長保存時(shí)間。

（6）參數(shù)設(shè)定功能：

由于天然氣組分的不定性，需要定時(shí)的根據(jù)天然氣氣體組分檢測報(bào)告修改流量計(jì)算儀中的天然氣組分確保計(jì)量的準(zhǔn)確，因此系統(tǒng)提供了天然氣組分設(shè)定界面，通過計(jì)算機(jī)通信接口與流量計(jì)算儀進(jìn)行通信，直接將操作界面設(shè)定的參數(shù)寫入流量計(jì)算儀，完成流量計(jì)算儀中的天然氣組分設(shè)定。

4.2 流量計(jì)量系統(tǒng)

計(jì)量系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它直接關(guān)系到公司與客戶的利益。為保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，計(jì)量應(yīng)用自動計(jì)量系統(tǒng)，防止人為因素造成的誤差。

溫度變送器主要把溫度轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)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(dá)0.01級。

差壓變送器其原理根據(jù)力平衡原理。當(dāng)測量膜片的兩側(cè)分別通以和使測量膜片在差壓△P的作用下產(chǎn)生一個(gè)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(yùn)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(cè)的差壓轉(zhuǎn)換成電流信號。

5.遠(yuǎn)程終端單元（RTU）

.5.1 遠(yuǎn)程測量

遠(yuǎn)程測量也就是模擬量輸入，傳感器是把物理信號變?yōu)榭呻姕y量信號的設(shè)備。一般的都變成4～20mA的信號輸出。

5.2 遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)

遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)主要是模擬量輸出，模擬量輸出主要形式是通過遠(yuǎn)程控制來控制閥門的開度。正方向開關(guān)量給電時(shí)間越長，閥門開度就越大，反方向，開關(guān)量給電時(shí)間越長，閥門開度就越小。

5.3 電源系統(tǒng)

對于RTU設(shè)備來說，電源系統(tǒng)是相當(dāng)重要的。其電源系統(tǒng)一般包括一次電源和二次電源。

一次電源是把市電轉(zhuǎn)換成直流24V或者12V電源，

二次電源一般由小功率的DC/DC，轉(zhuǎn)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?yàn)楹芏嗟臄?shù)據(jù)采集都可以通過遠(yuǎn)程模塊和IED（智能電子設(shè)備）完成。為了提高傳輸速度，都采用平衡傳輸方式，差分發(fā)送和差分接收。

5.5 系統(tǒng)軟件

現(xiàn)在的RTU設(shè)備都是由微處理器構(gòu)成的，軟件自然必不可少。系統(tǒng)包括如下軟件模塊：通訊協(xié)議模塊，開關(guān)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，RTU軟件可能需要操作系統(tǒng)的支持，其特點(diǎn)是圖形界面非常強(qiáng)大，操作系統(tǒng)的應(yīng)用，這里不再贅述。.

總結(jié)

本論文主要說明SCADA系統(tǒng)在油氣管道系統(tǒng)中的應(yīng)用，敘述了主站硬件功能及上位機(jī)圖形界面、實(shí)時(shí)/歷史趨勢曲線、事務(wù)事件處理、報(bào)警信息查詢等內(nèi)容。對現(xiàn)有的接口軟件進(jìn)行更加友好的界面及定制功能介紹，如動態(tài)顯示實(shí)時(shí)據(jù)的趨勢曲線、定時(shí)存儲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等功能。對現(xiàn)有調(diào)度控制豐富的界面進(jìn)行闡述，滿足不同情況的需要。對現(xiàn)場控制系統(tǒng)描述不夠詳細(xì)，但對控制過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。

參考文獻(xiàn)：

[l]李琳，穆向陽，江秀漢.長輸管道自動化技術(shù)[M]石油工業(yè)出版社，2005：174-224.

[2]王功禮，王莉.油氣管道技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2004.

[3]蘇維成，王士鋒等.SCADA系統(tǒng)在大連煤氣公司的應(yīng)用[J].燃料與化工，2007.