油氣管道中SCADA系統(tǒng)的功能需求分析

劉忠賀 周勃(中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道濟(jì)南輸油分公司， 山東 濟(jì)南 250000)

油氣管道中SCADA系統(tǒng)的功能需求分析

劉忠賀 周勃(中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道濟(jì)南輸油分公司， 山東 濟(jì)南 250000)

計(jì)算機(jī)技術(shù)在油氣管道控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越重要。針對(duì)目前油氣管道中SCADA系統(tǒng)功能需求問(wèn)題，在SCADA系統(tǒng)應(yīng)用和市場(chǎng)調(diào)研的前提下，依次對(duì)SCADA系統(tǒng)中的調(diào)度中心、站控系統(tǒng)以及邏輯控制系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析，研究在這三個(gè)系統(tǒng)中最需要實(shí)現(xiàn)的功能和最難以實(shí)現(xiàn)的功能，提出相應(yīng)的對(duì)策和發(fā)展方向，為油氣管道安全生產(chǎn)奠定更有利的基礎(chǔ)。

油氣管道；SCADA系統(tǒng)；調(diào)度中心；邏輯控制；安全生產(chǎn)

SCADA系統(tǒng)的主要功能是在調(diào)控中心內(nèi)通過(guò)通訊設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程管道和站場(chǎng)的控制，是目前油氣管道的重要組成部分之一。SCADA系統(tǒng)集控制、監(jiān)控、調(diào)節(jié)等功能于一身，為石油、電力等大跨度的行業(yè)而生，隨著科技的發(fā)展，在油氣管道行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

SCADA系統(tǒng)自上世紀(jì)60年代提出以來(lái)，經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。上世紀(jì)60年代到70年代屬于發(fā)展初期，此時(shí)的SCADA系統(tǒng)不夠靈活，故障率極高，很多控制功能的實(shí)現(xiàn)需要工作人員完成。上世紀(jì)70年代到90年代屬于發(fā)展中期階段，此時(shí)16位的處理器已經(jīng)出現(xiàn)，SCADA系統(tǒng)朝著功能更加強(qiáng)大的方向發(fā)展，此時(shí)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話功能。上世紀(jì)90年代以后屬于SCADA系統(tǒng)發(fā)展后期，此時(shí)的SCADA系統(tǒng)更加智能化，RUT已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行的功能。

1 SCADA系統(tǒng)分析

自我國(guó)引進(jìn)SCADA系統(tǒng)以來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣管道長(zhǎng)距離監(jiān)控和控制的功能得以解決。雖然目前我國(guó)對(duì)SCADA系統(tǒng)的需求量極大，利潤(rùn)也高于其它行業(yè)，但是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)幾乎被國(guó)外的幾大公司壟斷，例如Telvent公司、Cegelec公司等，大型項(xiàng)目基本都是由這幾家國(guó)外的公司完成，國(guó)內(nèi)的企業(yè)在此行業(yè)內(nèi)完全沒(méi)有地位。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和市場(chǎng)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的原因不過(guò)于以下兩點(diǎn)：

（1）國(guó)產(chǎn)品牌的質(zhì)量達(dá)不到要求。能源決定著我國(guó)的發(fā)展進(jìn)度，而油氣管道又是決定能源發(fā)展的精髓，尤其是在我國(guó)大多數(shù)油氣管道的建設(shè)距離都極長(zhǎng)的前提下，保障管道的安全顯得尤為重要。我國(guó)的大多數(shù)管道運(yùn)行于環(huán)境復(fù)雜的西部地區(qū)，面臨狂風(fēng)暴雨的風(fēng)險(xiǎn)極大，加上SCADA系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，使得國(guó)產(chǎn)品牌的PLC等設(shè)備在精度和質(zhì)量上都達(dá)不到要求[2]。

（2）品牌的宣傳力度不足。像Telvent這樣的大型公司，在整個(gè)SCADA系統(tǒng)的國(guó)際市場(chǎng)上已經(jīng)站穩(wěn)腳跟，聲譽(yù)極高，且已完成眾多極難項(xiàng)目的建設(shè)工作，具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于管道公司而言，它們更放心選擇這樣的公司。而我國(guó)的SCADA公司，進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的時(shí)間較短，并沒(méi)有形成自己的品牌影響力，且沒(méi)有豐富的業(yè)績(jī)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。

2 SCADA功能需求分析

2.1 調(diào)度中心功能需求分析

調(diào)度中心是SCADA系統(tǒng)的核心，工作人員在距離站場(chǎng)或管道較遠(yuǎn)的調(diào)度中心內(nèi)通過(guò)遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)管道和站場(chǎng)的控制和監(jiān)控任務(wù)。遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)可以采集管道或站場(chǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，調(diào)度中心中的計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其在計(jì)算機(jī)屏幕上得以顯示。目前，調(diào)控中心內(nèi)的計(jì)算機(jī)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、儲(chǔ)存，并根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)上限，對(duì)各種閾值信號(hào)進(jìn)行報(bào)警[3]。同時(shí)，調(diào)控中心還具有簡(jiǎn)單的建議功能，可以幫助工作人員對(duì)各種數(shù)據(jù)做出決策。調(diào)控中心的數(shù)據(jù)框圖及功能如表1所示。

表1 調(diào)控中心功能

2.2 站控系統(tǒng)功能需求分析

站控系統(tǒng)和調(diào)控中心在一定程度上具有相似之處，兩者的區(qū)別在于站控系統(tǒng)無(wú)法存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)無(wú)法對(duì)管道和站場(chǎng)起到監(jiān)控功能，其它功能基本與調(diào)控中心相同。

站控系統(tǒng)可以對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行狀況和參數(shù)進(jìn)行采集，并通過(guò)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)傳輸于調(diào)度中心中，同時(shí)站控系統(tǒng)也接受調(diào)度中心傳輸回的命令指令。站控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)可以及時(shí)的以趨勢(shì)圖的形式在屏幕上得以展示，隨著科技的發(fā)展，也可以使數(shù)據(jù)以列表和流程的形式展示。參數(shù)表可以對(duì)壓力、溫度等信息進(jìn)行分類[4]。參數(shù)曲線也可以分為兩種，一種是實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線，另一種是歷史上的數(shù)據(jù)曲線，曲線上的數(shù)據(jù)波動(dòng)周期和數(shù)據(jù)采集周期保持一致。歷史曲線上顯示的數(shù)據(jù)是從SCADA運(yùn)行以來(lái)采集到的所有數(shù)據(jù)的變化情況。站控系統(tǒng)中的報(bào)警功能可以分為六種：

（1）在列表中顯示報(bào)警信息，包括報(bào)警原因；

（2）在日志中記錄報(bào)警信息，以便工作人員及時(shí)查詢和修理某些設(shè)備；

（3）可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的查詢功能；

（4）在報(bào)警的同時(shí)，計(jì)算機(jī)可以提醒工作人員及時(shí)執(zhí)行某些命令；

（5）報(bào)警信息的來(lái)源較為全面，包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)報(bào)警和RTU報(bào)警等；

（6）報(bào)警的同時(shí)任然可以顯示各種設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如果報(bào)警無(wú)法得到及時(shí)的處理，警燈會(huì)不停的閃爍，等報(bào)警的參數(shù)得到修復(fù)和更改以后，警燈會(huì)自動(dòng)熄滅。

2.3 邏輯控制需求分析

邏輯控制功能的需求可以分為以下五個(gè)方面：

（1）ESD功能。目前的SCADA系統(tǒng)可以將ESD分為兩個(gè)級(jí)別，當(dāng)管道和站場(chǎng)發(fā)生重大事故時(shí)，調(diào)控中心可以對(duì)下一級(jí)別的ESD系統(tǒng)發(fā)送命令，使管道內(nèi)的流體停輸或越站，并對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的站場(chǎng)進(jìn)行放空處理。如果某個(gè)站場(chǎng)內(nèi)的壓縮機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，以及ESD系統(tǒng)可以自動(dòng)執(zhí)行某些命令[5]。一般情況下，二級(jí)為機(jī)組式的ESD系統(tǒng)，只有在站場(chǎng)內(nèi)的流體產(chǎn)生泄漏，或者設(shè)備的溫度和壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，二級(jí)ESD才會(huì)觸發(fā)，將對(duì)站場(chǎng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行停機(jī)，防止事故嚴(yán)重化。

（2）啟動(dòng)站場(chǎng)功能。站場(chǎng)由于某些原因或故障停止輸送，當(dāng)故障得以修復(fù)后，通過(guò)遠(yuǎn)程的調(diào)控中心即可下達(dá)啟站命令，無(wú)法人員操作。

（3）停站功能。通過(guò)遠(yuǎn)程控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，既可以對(duì)站場(chǎng)內(nèi)的各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)停止運(yùn)行的操作。

（4）PID功能。當(dāng)站場(chǎng)內(nèi)的壓縮機(jī)出口處的各種參數(shù)都被設(shè)置成定值后，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)各種參數(shù)，使參數(shù)在設(shè)定值的上下波動(dòng)；在站場(chǎng)的進(jìn)出口設(shè)置定制后，系統(tǒng)也可以自動(dòng)設(shè)置某些閥門的開關(guān)程度，使其維持在安全范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

目前長(zhǎng)距離油氣管道設(shè)置SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成為此行業(yè)的共識(shí)，因此SCADA系統(tǒng)在需求方面市場(chǎng)廣闊。目前的SCADA系統(tǒng)已經(jīng)形成了一套專門的標(biāo)準(zhǔn)要求，該系統(tǒng)中的調(diào)控中心、站控系統(tǒng)與其就地操作形成了三級(jí)控制的模式，全面保障管道安全。本文在實(shí)踐運(yùn)用和市場(chǎng)調(diào)研的前提下，詳細(xì)分析了這三部分的功能需求。希望為我國(guó)SCADA系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家提供有效的建議，間接推動(dòng)我國(guó)油氣管道行業(yè)的發(fā)展。

[1] 吳稀瑛，徐方辰．云計(jì)算在輸油氣管道系統(tǒng)上的應(yīng)用[J]．天然氣與石油，2012，6(30) ：70-72．

[2] 賀國(guó)兵．SCADA系統(tǒng)在石油傳輸管道中的應(yīng)用[J]．甘肅科技，2011，27(12) ：18-20．

[3] 閆峰，祁國(guó)成，魏凱，等．IEC104協(xié)議在陜京一線SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2011，30(10) ：732-735．

[4] 趙國(guó)敏，王向明，張少仲，等．SCADA系統(tǒng)在天然氣管道工程中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2015，27(06) ：60-63．

[5] 劉洪彬．長(zhǎng)輸油氣管道SCADA系統(tǒng)應(yīng)用與研究[D]．廈門：廈門大學(xué)，2013．

劉忠賀（1990- ），男，黑龍江人，助理工程師，2013年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)，電子信息工程專業(yè)。