普光氣田SCADA系統的應用及管理淺析

劉勤洋 張翼

摘 要：質量管理作為企業管理的一項基礎性工作，是實現生產上水平、管理上臺階的根本途徑。本文以普光氣田采氣廠地面集輸應用及管理為背景，介紹了中國第一個整裝海相型氣田項目中SCADA系統的應用及管理。以集氣總站為例，詳細描述SCADA系統軟硬件配置、網絡構成;并分別針對集輸站場的主要生產裝置，包括分離器系統、氣體計量系統、水洗脫氯裝置系統等的工藝和生產特點，介紹SCADA系統的主要功能、邏輯及控制回路的特性和實現方法。同時就如何提高SCADA系統的管理水平，提高自控系統的運行可靠性，進行探討。

關鍵詞：質量管理;天然氣;管線;SCADA;遠程終端單元

普光氣田地面集輸工程主體共19座站場（16座集氣站、1座總站、2座水處理站），30座閥室;大灣區塊共7座站場，18座閥室。整個地面集輸工程設置一套SCADA系統，SCADA系統共有一個中控室（與凈化廠中控室合建），26套站場控系統（主體19套，大灣區塊7套），48套閥室控制系統（主體30套，大灣區塊18套）。SCADA系統采用霍尼韋爾公司的產品，主要負責數據采集、監控以及緊急情況下聯鎖關斷。其中，集氣總站作為集輸系統終端站，主要負責對各集氣站所采原料天然氣的脫水、分離、計量、凈化預處理，最終通過原料天然氣預處理將氯離子濃度控制在50mg/L以下，以滿足凈化廠設備管線安全運行要求。以集氣總站為例，簡要介紹PCS過程控制系統在SCADA系統的應用及管理優化方案。

1 站控系統構成

普光氣田地面集輸工程采用SCADA系統，沿線19個站場均設站控系統SCS（Station Control System）;30個閥室設遠程終端單元RTU（Remote Terminal Unit）。與凈化廠中控室合建的采氣廠控制中心設置SCADA系統中心控制室，完成對管線全線各個站場和線路閥室的監控、調度、管理等任務。考慮到整個系統的安全可靠性要求，SCADA系統中所有重要部位都為冗余設置，當發生故障時能自動進行故障切換，自動對系統的數據進行備份。同樣，將RTU所有AO點、DO點和一些重要的AI點按照冗余配置。站控系統還與現場第三方設備進行數據通訊，所有第三方設備都具有與RTU通信的能力，通信接口為標準的Modbus485，通訊時RTU作為主站，第三設備作為從站，RTU將這些設備的運行參數讀入SCADA系統，供生產運營維護參考。RTU與第三方設備連接時，采用Terminal Server，它專為串口轉以太網無縫鏈接設計，能夠讓串口設備直接與網絡設備通訊而不用對軟件或硬件做二次開發，為串口設備連接到以太網提供便捷的傳輸方式，可以進行串口和以太網口的雙向數據傳輸，同時集中管理串口設備。Terminal Server通過串口連接現場所有分散的Modbus485串口設備，并通過TCP/IP連接到工業以太網網絡上。PCS過程控制系統編程組態軟件采用BB公司的Controlwave Designer，它是面向Control Wave系列產品的編程組態軟件。該軟件符合IEC6113123標準。此外Controlwave Designer擴展增加了過程控制、報警、歷史數據儲存等新功能。Controlwave Designer提供五種編程語言（ST，FDB，LD，SFC，IL）。

2 站控系統控制功能

普光氣田地面集輸工程所有場站按照有人值守操作設計，工藝站場可實現調度中心遠控、站控和就地手動控制三級控制模式，采用SCADA系統進行遠程數據采集和監控。在站場SCS對站場儀表及控制設備、流量計量系統、燃料氣系統、加熱爐系統、壓力流量調節系統、儀表風系統、污水處理裝置、陰極保護系統等進行監控并上傳數據，包括通過Modbus數據通信低壓配電盤、流量計算機、燃料氣發電機、UPS電源、氣液聯動線路截斷閥、污水處理系統等信號，接受并執行調度中心的指令。站控系統操作員工作站實現對該站流程、參數、狀況等實時顯示、記錄、報表打印，歷史趨勢和記錄、報警等功能，具備良好的人機界面。

3 全氣田SCADA系統組成

SCADA系統采用兩級管理結構：第一級設在凈化廠中心控制室，對整個氣田天然氣集輸系統（包括閥室、集氣站、集氣總站、污水站等）進行管理、監視、控制和調度;第二級在各站場設置站控系統，對該站站內數據采集和工藝過程控制操作;對所管轄的單井進行區域監視和控制;在沿線各閥室設置閥室控制系統，完成對閥室以及隧道內數據的采集以及控制。站控系統SCS包括過程控制系統PCS和安全儀表系統SIS。

其中，以集氣總站的水洗脫氯裝置PCS系統為例，每套站控設備裝置都單獨設置PCS控制站，通過冗余的網絡接口經站場以太網交換機接入原有SCADA系統。PCS系統采用通用PLC，控制單元的CPU為1：1冗余或容錯，控制回路的I/O卡為1：1冗余，PCS電源和通訊總線均按1：1冗余設置。站控設備裝置不單獨設置操作站，利用凈化廠中心控制室SCADA系統原有操作站;不單獨設置歷史服務器和網絡交換機，利用中心控制室和站場原有設施。

4 SCADA系統管理

SCADA系統在普光氣田此類高酸氣田的惡劣環境下運行，不可避免出現系統故障;為提高系統安全運行時效，提高設備運行質量，增強自控系統的可靠性，在自控系統的管理上普光氣田進行大量“制度革新”，提高系統管理效率。

4.1 打造“班組+專業”兩級管理的巡檢新模式

編制“自控巡檢圖冊”，打造“班組+專業”的自控巡檢新模式，自控管理分為“兩級”，一是自控技術組“每日專業巡檢”;二是在崗人員“每4h崗位巡檢”;做到早發現、早匯報、早處置。使得不懂自控系統的崗位人員，也具備了提早發現自控系統安全隱患的能力。

4.2 轉變工作思路，對系統實施“預防性”管理

轉變自控系統管理思路，由以往“故障處置”轉變為“預防管理”，依據歷年自控系統故障率的數據分析，采取主動預防的工作方式，確保自控系統安全高效。

4.3 常培訓、勤演練，提高控制系統故障維護能力

常態化組織崗位員工開展“自控系統”、“邏輯關斷”和“快速復產”培訓，打造一支“懂自控，會處置，快復產”高素質技術隊伍，降低SCADA系統異常事件造成的安全、生產壓力。

綜上所述，普光氣田天然氣項目作為中國第一個整裝海相型氣田的集輸工程，其地面集輸系統的安全、可靠、高效運行就成為一個重要的技術指標，在地面集輸工程SCADA系統的運行中，站控SCS及PCS過程控制系統起到了舉足輕重的作用。該項目于2009年10月投入運營，目前已經安全平穩運行十年時間，氣田采用SCADA系統進行控制，對整個氣田的運行參數優化、裝置控制精度的提升都有顯著增強;經過十年來對SCADA系統的管理和應用，技術及操作人員的操作平穩率都得到了提高，并減少了操作人員的數量，大大減輕操作人員的勞動強度，提高了生產過程的安全性，圓滿的達到酸性氣田的設計要求。

參考文獻：

[1] GB50251-2 2003.輸氣管道工程設計規范[S].中華人民共和國建設部，2003.

[2] Bristol Babock公司Open BSI Software Manuals[G].Bristol Babcock公司，2005.

作者簡介：

劉勤洋（1984- ），男，漢族，四川綿陽人，工程師，主要從事天然氣市場開發工作。