文96地下儲氣庫SCADA系統(tǒng)

張磊 程正剛

文96地下儲氣庫SCADA系統(tǒng)

張曉冉1薛輝2張磊1程正剛1

1中國石化中原石油工程設(shè)計有限公司2中國石化中原石油工程有限公司鉆井二公司

中原油田文96地下儲氣庫是中石化系統(tǒng)內(nèi)的第一座在建的以季節(jié)調(diào)峰為目的的儲氣庫，其作用是將榆-濟天然氣管道中的富裕氣量注入儲氣庫儲備，以滿足榆-濟輸氣管道調(diào)峰用氣和應(yīng)急用氣。SCADA系統(tǒng)由PLC、ESD、通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、操作員工作站、報表打印機、交換機、路由器等設(shè)備組成，主要完成儲氣庫工藝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制等功能，并向調(diào)度中心傳送實時數(shù)據(jù)，接受調(diào)度中心下達的任務(wù)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對文96地下儲氣庫集注站及井場注采全過程的數(shù)據(jù)采集和集中管理、遠程監(jiān)視和控制等，在網(wǎng)絡(luò)通信方面實現(xiàn)了智能化的集中管理。

SCADA系統(tǒng)；地下儲氣庫；PLC；ESD

中原油田文96地下儲氣庫是中石化系統(tǒng)內(nèi)的第一座在建的以季節(jié)調(diào)峰為目的的儲氣庫，其作用是將榆—濟天然氣管道中的富裕氣量注入儲氣庫儲備，以滿足榆—濟輸氣管道調(diào)峰用氣和應(yīng)急用氣。為確保儲氣庫安全、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟地運行，自動控制系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA），對儲氣庫各工藝區(qū)域運行情況進行集中監(jiān)視和生產(chǎn)運營管理。儲氣庫站控室可對工藝現(xiàn)場與各注采氣井場進行遠程生產(chǎn)調(diào)度與監(jiān)視控制。

1 控制系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)以CIP協(xié)議采集PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)，與空壓機、干燥器、壓縮機、分析小屋等以ModbusRTU協(xié)議采集相應(yīng)數(shù)據(jù)。所有儲氣庫相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過RJ45口，以MODBUS-TCP/ IP協(xié)議上傳至站控通訊服務(wù)器；同時負責采集注采站RTU數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)經(jīng)由通訊服務(wù)器上傳至站控系統(tǒng)，便于集注站統(tǒng)一管理整個儲氣庫SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

1.1 SCADA系統(tǒng)

（1）對整個儲氣庫采氣、過濾分離、脫水脫烴、外輸計量、注氣壓縮機狀態(tài)、注氣等過程實時監(jiān)控，實現(xiàn)動態(tài)顯示流程畫面、參數(shù)報警、存儲歷史數(shù)據(jù)、顯示動態(tài)參數(shù)趨勢、打印報表、人機交互操作等功能。

（2）根據(jù)文96地下儲氣庫工藝控制操作原則對采集的溫度、壓力、液位、流量等參數(shù)進行分析，完成自控設(shè)備的連鎖控制及壓縮機、關(guān)斷閥的緊急關(guān)斷控制。

（3）通過光纜與清豐分輸站、采注氣井場RTU之間進行通訊，完成注采氣流程控制、井口安全聯(lián)鎖切斷保護等。

（4）將站控數(shù)據(jù)通過光傳輸系統(tǒng)實時傳送到濟南調(diào)控中心，并接受調(diào)度中心下達的命令，實現(xiàn)遠程監(jiān)視、控制、計劃調(diào)度和優(yōu)化運行。

1.2 ESD系統(tǒng)

ESD系統(tǒng)主要采集注氣閥組的壓力數(shù)據(jù)和進、出站關(guān)斷閥數(shù)據(jù)，并對進出站關(guān)斷閥，壓縮機進、出口關(guān)斷閥，采注氣閥組關(guān)斷閥進行安全連鎖邏輯關(guān)斷控制；同時對可燃氣體和火災(zāi)報警信號進行響應(yīng)，執(zhí)行相應(yīng)的關(guān)斷操作；可通過通信光纜將數(shù)據(jù)上傳濟南調(diào)度控制中心。

1.3 聯(lián)鎖控制

（1）一級ESD緊急關(guān)斷指令聯(lián)鎖保護停運控制。

（2）集注站站內(nèi)及井場注/采氣井發(fā)生火災(zāi)后觸發(fā)連鎖保護停運控制。

（3）站內(nèi)可燃氣體濃度高高報，超過爆炸下限后觸發(fā)連鎖保護停運控制。

（4）注氣閥組壓力高高報、壓縮機出口壓力高高報、壓縮機進口壓力低低報后觸發(fā)壓縮機停運控制。

（5）二、三級ESD緊急關(guān)斷保護停運操作及四級單體ESD保護停運操作。

2 控制系統(tǒng)的組成和配置

2.1 系統(tǒng)配置

SCADA系統(tǒng)由PLC、ESD、通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、操作員工作站、報表打印機、交換機和路由器等設(shè)備組成，主要完成儲氣庫工藝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制等功能，并向調(diào)度中心傳送實時數(shù)據(jù)，接受調(diào)度中心下達的任務(wù)。

2.2 硬件配置

（1）PLC系統(tǒng)。每套PLC包括CPU模板、電源模塊、通訊模塊、機架和I/O模塊等。所有ControlLogix模板都是帶點可插拔型模板，且?guī)в凶栽\斷功能。處理器能接受、處理其他站拷貝來的子程序，并可將本站的一些功能程序移植到需要的站場，以減少重復編程的工作量。對硬件的地址分配設(shè)置、I/O的量化等采用組態(tài)的方式完成。

（2）ESD系統(tǒng)。ESD系統(tǒng)包含冗余的基于四重化結(jié)構(gòu)的中央模塊及安全相關(guān)的I/O模塊。ESD中央單元的基本結(jié)構(gòu)是由冗余的安全相關(guān)的中央模塊組成，每一個中央模塊有兩個并行處理的微處理器，冗余的存儲器和安全相關(guān)的硬件比較器，這種結(jié)構(gòu)保證了在單個通道實現(xiàn)最大的安全性，并且沒有任何的時間限制；同時實現(xiàn)了最大的冗余容錯性，而且高覆蓋率的自診斷功能也確保了系統(tǒng)的高度可靠性。

2.3 軟件配置

（1）PLC控制器編程軟件RSLOGIX5000。該編程軟件支持IEC61131—3的多種語言，如梯形圖、功能塊等。在Windows平臺上運行，是一個功能強、使用靈活方便、界面友好的軟件。它可調(diào)用多級子程序，具有邏輯運算、數(shù)學運算、字符串運算等功能，采用組態(tài)的方式即可完成對輸入、輸出信號的配置，具有組態(tài)多個復雜控制系統(tǒng)的能力。

（2）ESD控制器編程軟件ELOPII。該編程軟件同樣支持IEC61131—3的多種語言，如梯形圖、功能塊等，具有組態(tài)多個復雜控制系統(tǒng)的能力。

（3）系統(tǒng)通信。SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用開放式工業(yè)以太網(wǎng)鏈路，可支持MODBUSTCP、IEC104通訊協(xié)議及客戶端—服務(wù)器訪問模式。通過CISCO工業(yè)交換機為SCADA系統(tǒng)搭建局域通信網(wǎng)絡(luò)，由路由器與調(diào)控中心互聯(lián)。

3 結(jié)語

SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)了對文96地下儲氣庫集注站及井場注采全過程的數(shù)據(jù)采集和集中管理、遠程監(jiān)視和控制等，在網(wǎng)絡(luò)通信方面實現(xiàn)了智能化的集中管理。作為一套完整的自動控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)能夠幫助管理人員及時了解生產(chǎn)狀態(tài)、設(shè)備運行狀況，以制定合理的注采方案，保障安全生產(chǎn)。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.057