川氣東送管道SCADA系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)

王 倩 姜明慧

中油龍慧自動化工程有限公司

川氣東送管道SCADA系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)

王 倩 姜明慧

中油龍慧自動化工程有限公司

川氣東送管道自動控制系統(tǒng)使用了以計算機(jī)為核心的SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)在調(diào)度控制中心完成對全線的監(jiān)控、調(diào)度、管理，由沿線各場站的控制系統(tǒng)實現(xiàn)對工藝數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。下位機(jī)系統(tǒng)維護(hù)主要是對冗余功能的測試，同時還有I/O模塊通道和報警連鎖功能的測試。清管球指示器到需要用時才安裝電池供電，而站控系統(tǒng)則不需要繼續(xù)對清管球指示器外供24 V電源，還可以將并聯(lián)在供電回路中的防浪涌保護(hù)器拆下，以待用。氣液聯(lián)動閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)Line Guard報警延時時間設(shè)定值理論上定在180 s，但實際應(yīng)用中可以允許設(shè)定的上限值為1 800 s，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場工藝并根據(jù)需要進(jìn)行確定。

川氣東送；管道；SCADA系統(tǒng)；通信；維護(hù)

我國SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用始于1997年建成的陜京輸氣管道，之后該技術(shù)始終未能得到大范圍的應(yīng)用和普及。西氣東輸工程中，全程4 000 km的管道全部采用SCADA系統(tǒng)，表明我國天然氣運(yùn)輸管道自動化水平走向了一個新的里程。川氣東送管道工程西起川東北普光首站，東至上海末站，是繼西氣東輸管線之后又一條貫穿我國東西部地區(qū)的管道大動脈。

1 系統(tǒng)設(shè)計

川氣東送管道自動控制系統(tǒng)使用了以計算機(jī)為核心的SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)在調(diào)度控制中心完成對全線的監(jiān)控、調(diào)度、管理，由沿線各場站的控制系統(tǒng)實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。與此同時，還能把工藝和設(shè)備運(yùn)行情況等重要資料，利用通信系統(tǒng)全部傳送到調(diào)度控制中心，然后各場站接受由調(diào)度中心所傳達(dá)的命令。在公司的管理和維護(hù)下，已建成了川氣東送管道SCADA系統(tǒng)，其由1個主調(diào)控中心、1個備用調(diào)控中心、6個輸氣管理處監(jiān)視終端、32個站控系統(tǒng)和36個遠(yuǎn)程終端裝置構(gòu)成[1]。川氣東送管道SCADA系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 川氣東送管道SCADA系統(tǒng)

（1）現(xiàn)場監(jiān)測儀表。川氣東送管道站場上傳至站控PLC系統(tǒng)或ESD的模擬量，通常涵蓋工藝管線壓力、溫度、差壓、流量等相關(guān)信號，同時還有過濾分離設(shè)備液位以及壓力調(diào)節(jié)閥閥位。投運(yùn)后證實，這些模擬量信號無論是準(zhǔn)確性還是在實時性方面均能滿足監(jiān)控需要。

（2）監(jiān)控設(shè)備。川氣東送管道站場站控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備主要包括氣液聯(lián)動閥、電動閥、電動調(diào)節(jié)閥、自力式調(diào)節(jié)閥和安全切斷閥等。上述設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視以及控制命令執(zhí)行等全部能滿足設(shè)計需要。

（3）火氣消防系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)中所設(shè)置的火氣消防系統(tǒng)主要功能用于火災(zāi)、火焰以及可燃?xì)怏w檢測等方面的控制。其工作原理是，可燃?xì)怏w探測器和火焰探測器報警信號首先進(jìn)入到F&G系統(tǒng)所帶有的火災(zāi)綜合顯示報警盤中，接著把這些信號全部傳送到SCS系統(tǒng)；與此同時，還需要在綜合值班室、機(jī)柜間、發(fā)電機(jī)房以及變電所這些重要地方安裝感溫感煙探頭，以便更好地觀測和發(fā)現(xiàn)火災(zāi)綜合報警，出現(xiàn)故障后，火災(zāi)綜合報警系統(tǒng)分區(qū)故障點能夠及時上傳站控系統(tǒng)。

（4）第三方智能設(shè)備及閥室通信。實際運(yùn)行中，可以選擇4座站場，對能夠表征第三方設(shè)備以及服務(wù)器通信質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，也即是Barometer和%Errors這兩個重要數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，由此可以較為準(zhǔn)確地了解到第三方智能設(shè)備的情況，掌握上、下游閥室以及站控服務(wù)器當(dāng)前所處的通信情況。經(jīng)計算，雖然有個別站場Error和其他站場或者設(shè)備相比較高，Barometer value卻并沒有受到影響，由于后者為表征通信質(zhì)量最為重要的參數(shù)，因而通信質(zhì)量依舊良好。另外，SCADA系統(tǒng)中的低壓配電盤以及高壓配電盤在本項目中使用的是Modbus TCP/IP通信協(xié)議。

2 系統(tǒng)維護(hù)

川氣東輸各站場的ESD系統(tǒng)供電均全部是依照冗余的兩路220 V交流設(shè)計[2]。但是由于一些站場在設(shè)計或者施工方面受到影響，只有一路220 V交流供電，因而無法確保ESD系統(tǒng)的供電冗余，這樣使得部分站場的消防水罐液位數(shù)據(jù)不能夠進(jìn)行準(zhǔn)確上傳。

根據(jù)西氣東輸SCADA系統(tǒng)維護(hù)工程項目特點，為確保該項目能保質(zhì)、保量、按期完成，使各項責(zé)任落實到實處，中油龍慧自動化工程有限公司成立西氣東輸SCADA系統(tǒng)維護(hù)工程項目部，全權(quán)負(fù)責(zé)西氣東輸SCADA系統(tǒng)維護(hù)工程，重點做好以下幾個方面工作：

（1）上位機(jī)系統(tǒng)維護(hù)。作為人機(jī)界面，上位機(jī)可以充當(dāng)整個站控系統(tǒng)的“眼睛”，各個站的全部設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)以及操作記錄等都是由它來集中顯示的。維護(hù)主要有兩個內(nèi)容：一是硬件。需要派出專人對工作站做定期的清潔和除塵，對各種通信接口進(jìn)行經(jīng)常性檢查。二是軟件。需要實施病毒查殺、病毒庫更新，對于垃圾文件也應(yīng)及時清理；同時還要做好趨勢記錄和報警時間的檢查，對工程軟件則應(yīng)注意做好備份。

（2）下位機(jī)系統(tǒng)維護(hù)。PLC為整個下位機(jī)系統(tǒng)的核心，因而對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性起著關(guān)鍵作用，所以必須高度重視。維護(hù)內(nèi)容主要是對冗余功能的測試，同時還有I/O模塊通道和報警連鎖功能的測試。測試時需要嚴(yán)格執(zhí)行操作流程，同時根據(jù)實際開出操作票和連鎖保護(hù)摘除工作票[3]。進(jìn)行系統(tǒng)冗余功能測試前需要保證現(xiàn)場全部設(shè)備基于就地控制條件，而連鎖保護(hù)功能則應(yīng)基于摘除條件，接著根據(jù)測試規(guī)程依次實施電源、通信以及CPU這些主備模塊的切換測試，否則會影響測試效果。進(jìn)行系統(tǒng)整體聯(lián)鎖情況測試時，應(yīng)確保場內(nèi)輸氣設(shè)備停運(yùn)，且現(xiàn)場設(shè)備始終處在一種遠(yuǎn)程控制中，確保各軟、硬連鎖功能正處于投運(yùn)當(dāng)中。

（3）清管球指示器的防電保護(hù)。川氣東送各站場設(shè)置的清管球指示器借助其自帶的電池進(jìn)行供電，同時也也借助PLC機(jī)柜外供24 V直流的方式進(jìn)行供電。系統(tǒng)處于這種供電模式下，需要采取一定的措施避免雷擊導(dǎo)致浪涌尖峰對PLC供電系統(tǒng)造成的破壞[4]。清管球指示器在管道傳輸中所使用的頻率并不高，而場區(qū)24 V直流電源回路卻極易遭到雷擊或者雨淋這些惡劣環(huán)境的破壞，進(jìn)而給系統(tǒng)帶來接地、短路、雷擊等燒壞系統(tǒng)模塊這些負(fù)面影響。所以，清管球指示器等到需要用時才安裝電池供電，而站控系統(tǒng)則不需要繼續(xù)對清管球指示器外供24 V電源，還可以將并聯(lián)在供電回路中的防浪涌保護(hù)器拆下，以待用。

（4）UPS和通信設(shè)備維護(hù)。進(jìn)行維護(hù)時應(yīng)當(dāng)著重主機(jī)的污染切換以及電池組的后續(xù)供電。因而測試時，基本前提就是運(yùn)行設(shè)備正處于就地控制當(dāng)中，確保各聯(lián)鎖保護(hù)功能也正處在摘除當(dāng)中。注意要將市電電源斷開，重點觀測切換功能是否良好，對于后續(xù)供電的時間做好記錄。另外，還要對電池組中單個電池的端電壓進(jìn)行仔細(xì)測量，如果測量發(fā)現(xiàn)單個電池間端電壓已經(jīng)低于1 V，就要考慮對其充電，必要的話可以更換，防止單個電池故障而造成的整組電池報廢。

（5）氣液聯(lián)動閥誤觸報警維護(hù)?，F(xiàn)階段來說，氣液聯(lián)動閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)Line Guard報警延時時間設(shè)定值理論上定在180 s，但實際應(yīng)用中可以允許設(shè)定的上限值為1 800 s，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場工藝并根據(jù)需要進(jìn)行確定。通常建議在保障生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上，合理地延長延時時間，其目的在于降低氣液聯(lián)動閥誤觸發(fā)幾率。站場上位機(jī)報警點進(jìn)行設(shè)置時一般不宜過多，如果過多的話反而會讓值班人員形成一種麻痹不敏感心理，從而埋下安全隱患。系統(tǒng)在投入運(yùn)行時，必須根據(jù)生產(chǎn)管理的需要合理地設(shè)置報警點數(shù)量及級別。

3 結(jié)語

川氣東送管道SCADA系統(tǒng)具有規(guī)模龐大、設(shè)備繁多、邏輯關(guān)系復(fù)雜等特點，因而在設(shè)計時應(yīng)將系統(tǒng)特征和項目需求進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，合理設(shè)計；定期維護(hù)工作中，不僅要面面俱到，還要重點突出，確保提高維護(hù)質(zhì)量，保證輸氣生產(chǎn)安全的同時，盡量減輕對正常生產(chǎn)造成的影響。

[1]田家興，王海峰，趙廉斌，等．HS與ViewStar兩種HMI系統(tǒng)在西氣東輸?shù)膽?yīng)用[J]．自動化與儀器儀表，2011（4）：107-109.

[2]王多才，高鵬，王海峰，等．氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)意外關(guān)斷分析及在西氣東輸?shù)膽?yīng)用[J]．石油規(guī)劃設(shè)計，2012，23（2）：51-53.

[3]彭太翀，王海峰，王多才，等．關(guān)于西氣東輸ESD系統(tǒng)報錯的探討和可行性優(yōu)化建議[J]．工業(yè)控制計算機(jī)，2011，24（11）：28-30.

[4]何禮高．DSPIC30F電機(jī)與電源系統(tǒng)數(shù)字信號控制器原理與應(yīng)用[M]．北京：北京航空航天出版社，2007．

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.049