SCADA系統(tǒng)安全聯(lián)鎖誤動(dòng)作的原因分析及改進(jìn)方法

胡勇，張權(quán)，高炬

（中國石化有限公司管道儲(chǔ)運(yùn)分公司聊城輸油處，山東聊城252000）

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

SCADA系統(tǒng)作為生產(chǎn)運(yùn)行的重要保障，理應(yīng)達(dá)到安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)安全聯(lián)鎖尤為重要。如果系統(tǒng)不能正常聯(lián)鎖或者出現(xiàn)聯(lián)鎖誤動(dòng)作，輕則造成關(guān)聯(lián)運(yùn)行設(shè)備損壞、生產(chǎn)停運(yùn)，重則將造成輸油管線全線的聯(lián)鎖反應(yīng)，從而帶來安全事故和較大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 臨濮輸油管線概況

臨濮線全長241km，共有8個(gè)輸油站。2003年對全線進(jìn)行自動(dòng)化改造，SCADA系統(tǒng)正式投用。因趙寨子、莘縣為常開泵站，采用常溫輸送方式，其重點(diǎn)設(shè)備為輸油泵。為保障輸油泵安全運(yùn)行，對泵和電機(jī)相關(guān)參數(shù)都加裝了安全聯(lián)鎖保護(hù)功能，即實(shí)現(xiàn)在異常情況下（如溫度超高或壓力超低等）實(shí)施停機(jī)保護(hù)的自動(dòng)響應(yīng)，避免設(shè)備損壞。例如：輸油泵及其配套電機(jī)在運(yùn)行過程中需要保證壓力、溫度參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)；如果運(yùn)行參數(shù)超過聯(lián)鎖停機(jī)值，SCADA系統(tǒng)則執(zhí)行聯(lián)鎖停機(jī)，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。

表1 輸油泵各部分參數(shù)及聯(lián)鎖報(bào)警和停機(jī)示值

續(xù) 表 1

2 聯(lián)鎖誤動(dòng)作原因分析及整改措施

2.1 原因分析

SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行由現(xiàn)場儀表、電纜及端口連接、控制系統(tǒng)三個(gè)環(huán)節(jié)組成。現(xiàn)場輸入信號(hào)有Pt100熱電阻信號(hào)，其他4～20mA模擬量信號(hào)；電纜及接口連接包括儀表系統(tǒng)電纜連接、電纜連接的各種接口等；控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)入IO模塊進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)由控制器進(jìn)行處理、分析、響應(yīng)等。

2009年11月，對臨濮線SCADA系統(tǒng)及管道檢漏系統(tǒng)實(shí)施了升級改造。在對莘縣站SCADA系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場功能測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)溫度、壓力檢測值出現(xiàn)異常情況，溫度檢測值為200℃，壓力檢測值為0，系統(tǒng)產(chǎn)生了報(bào)警，并發(fā)出了停機(jī)指令。但通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，設(shè)備并未出現(xiàn)溫度超高或壓力過低的現(xiàn)象。因此，判定這是SCADA系統(tǒng)產(chǎn)生的一種聯(lián)鎖誤動(dòng)作。

針對該問題，筆者與相關(guān)技術(shù)人員從系統(tǒng)處理方法、系統(tǒng)回路和運(yùn)行環(huán)境三個(gè)方面，結(jié)合SCADA系統(tǒng)的組成原理及現(xiàn)場實(shí)際情況，通過列表的方式找出主要原因，如圖1所示。

圖1 SCADA系統(tǒng)聯(lián)鎖誤動(dòng)作的原因

針對可能造成SCADA系統(tǒng)安全聯(lián)鎖保護(hù)誤動(dòng)作的9個(gè)末端因素，筆者通過檢查、測試、分析并逐一確認(rèn)。

2.1.1 檢測方法不合理

如果系統(tǒng)回路斷路，則溫度檢測值為最大、壓力檢測值為零。在測試過程中出現(xiàn)的溫度檢測值為200℃，壓力檢測值為0，這些數(shù)值均不是現(xiàn)場真實(shí)值。而SCADA系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為這時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)的數(shù)值超過了聯(lián)鎖保護(hù)值，導(dǎo)致了系統(tǒng)執(zhí)行聯(lián)鎖動(dòng)作，說明SCADA系統(tǒng)的檢測方法有缺陷。結(jié)論：是。

2.1.2 控制邏輯不合理

SCADA系統(tǒng)能對現(xiàn)場的信號(hào)作出正確的響應(yīng)并通過了功能測試。結(jié)論：否。

2.1.3 熱電阻損壞

誤動(dòng)作發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場熱電阻工作正常，無故障。結(jié)論：否。

2.1.4 壓力變送器故障

聯(lián)鎖誤動(dòng)作發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場壓力變送器工作正常，無故障。結(jié)論：否。

2.1.5 連接端子松動(dòng)

經(jīng)現(xiàn)場查看，現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，對與設(shè)備連接的端子產(chǎn)生了干擾振動(dòng)，導(dǎo)致部分連接端子產(chǎn)生松動(dòng)，從而使SCADA系統(tǒng)回路發(fā)生斷路故障。結(jié)論：是。

2.1.6 IO模塊損壞

經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)模塊均正常工作。結(jié)論：否。

2.1.7 電纜斷路

電纜通過出廠檢驗(yàn)，現(xiàn)場對電纜進(jìn)行檢驗(yàn)、檢測，無故障現(xiàn)象。結(jié)論：否。

2.1.8 電纜短路

電纜通過出廠檢驗(yàn)，現(xiàn)場安裝后進(jìn)行了絕緣測試合格，對電纜進(jìn)行檢驗(yàn)、檢測，未發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象。結(jié)論：否。

2.1.9 設(shè)備溫度過高

功能測試時(shí)現(xiàn)場溫度不高，并且環(huán)境溫度對設(shè)備運(yùn)行影響可以忽略不計(jì)。結(jié)論：否。

2.2 改造措施

2.2.1 在SCADA系統(tǒng)中增加數(shù)據(jù)有效性判斷

a）針對系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)分析。站控系統(tǒng)采用CITECT公司的產(chǎn)品，使用Pipeleak3.0監(jiān)控軟件，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展，利用IO采集模塊的自診斷信息，增加了數(shù)據(jù)有效性分析與處理功能，達(dá)到最終功能目標(biāo)。

每個(gè)IO采集模塊在采集現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)的同時(shí)，有單獨(dú)一個(gè)字節(jié)（可從SCADA系統(tǒng)讀?。┑哪K采集綜合狀態(tài)信息，在方案實(shí)施時(shí)，需要對綜合狀態(tài)信息進(jìn)行采集、整理，并分別對應(yīng)到每個(gè)通道（即對應(yīng)每個(gè)現(xiàn)場遠(yuǎn)傳儀表的采集點(diǎn)），最終從每個(gè)通道分別得到一個(gè)有效性判斷信息，將該信息和每個(gè)通道的示值進(jìn)行整合，嵌入聯(lián)鎖保護(hù)程序中，達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

b）軟件流程分析及流程圖制訂。該系統(tǒng)原處理邏輯流程：現(xiàn)場變送器—IO采集模塊—采集數(shù)據(jù)報(bào)警與聯(lián)鎖；改進(jìn)后系統(tǒng)處理邏輯：現(xiàn)場變送器—IO采集模塊—數(shù)據(jù)分析處理（含有效性分析）—數(shù)據(jù)有效—采集數(shù)據(jù)有效，進(jìn)行正常報(bào)警與聯(lián)鎖，如果數(shù)據(jù)無效，則只進(jìn)行報(bào)警，不進(jìn)行聯(lián)鎖。同時(shí)對相關(guān)軟件中的部分保護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的調(diào)整與修改。

c）功能測試。筆者對修改后的SCADA系統(tǒng)進(jìn)行功能測試，內(nèi)容包括：正常有效信號(hào)聯(lián)鎖動(dòng)作、在異常情況下（如回路斷路等）的聯(lián)鎖動(dòng)作。測試結(jié)果：SCADA系統(tǒng)安全聯(lián)鎖無誤動(dòng)作。

2.2.2 對站場儀表連接端子使用彈簧墊片進(jìn)行緊固

在站場功能測試的同時(shí)，完成對現(xiàn)場儀表連接端子的檢查與緊固，并且增加彈簧墊片，提高連接端子的抗振動(dòng)能力，連接端子緊固率達(dá)到100%。

3 結(jié)束語

通過對SCADA系統(tǒng)的調(diào)整改造，解決了SCADA系統(tǒng)在異常情況下產(chǎn)生安全聯(lián)鎖誤動(dòng)作的問題，避免了停機(jī)停運(yùn)、設(shè)備損壞等安全事故的發(fā)生，也避免了因一站安全聯(lián)鎖誤動(dòng)作帶來全線運(yùn)行狀態(tài)改變等一系列聯(lián)鎖反應(yīng)造成的不必要經(jīng)濟(jì)損失，大大提高輸油生產(chǎn)的安全性，保障輸油生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行，降低了泵站崗位一線值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。SCADA系統(tǒng)到目前為止運(yùn)行情況良好，未發(fā)現(xiàn)安全聯(lián)鎖誤動(dòng)作，運(yùn)行達(dá)到了安全可靠的要求。

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