孟韓(中國石油北京油氣調(diào)控中心,北京 100007)
SCADA系統(tǒng)在油氣管道中的發(fā)展與應(yīng)用研究
孟韓(中國石油北京油氣調(diào)控中心,北京 100007)
本文針對油氣管道在運行中可能出現(xiàn)的問題,結(jié)合成熟的計算機通信技術(shù),深入研究SCADA系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展歷史,分析SCADA系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)組成,討論目前SCADA系統(tǒng)在國內(nèi)外的應(yīng)用情況,最終得出SCADA系統(tǒng)得到迅速發(fā)展的原因。研究表明:基于計算機通訊技術(shù)的SCADA系統(tǒng)功能強大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便,能快速反饋油氣管道運行中出現(xiàn)的問題,并對管道進行簡單的保護,使整個油氣輸送過程實現(xiàn)自動化,能有效的保障油氣管道的安全。未來仍需要對SCADA系統(tǒng)的圖像化顯示功能進行深入研究,簡化工作人員判斷管道缺陷的方式。
SCADA系統(tǒng);油氣管道;發(fā)展;結(jié)構(gòu);應(yīng)用
SCADA系統(tǒng)(即監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))主要是在調(diào)控中心通過通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對遠程設(shè)備的監(jiān)控以及控制等功能,其主要功能包括數(shù)據(jù)采集、危險報警以及簡單保護等方面,主要應(yīng)用與跨度較大的領(lǐng)域,比如電力、油氣以及水利等領(lǐng)域。
SCADA系統(tǒng)在油氣管道系統(tǒng)和電力系統(tǒng)應(yīng)用有一定的相似之處,兩者的跨度都比較大,通過人力對其進行監(jiān)控和處理簡單故障比較困難;兩者都需要24h運行。因此SCADA系統(tǒng)開始在油氣管道系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[1]。
通過SCADA系統(tǒng),工作人員只需要在調(diào)控中心簡單操作就可以得到管道運行中的各種信息。不需要人為監(jiān)控管道或周期性的檢修管道就可以得到管道的缺陷信息,并對運行設(shè)備的各種故障發(fā)出報警,方便工作人員的維修。同時,SCADA系統(tǒng)還提供簡單的保護功能,對油氣輸送過程中的緊急停站等問題提供保護,增強了油氣輸送管道的安全系數(shù)。但是目前來說,SCADA系統(tǒng)使用中仍存在一定的問題,對該系統(tǒng)進行研究十分必要。
SCADA系統(tǒng)最早在20世紀60年代被提出,最初的SCADA系統(tǒng)不夠成熟,主要實現(xiàn)對遠程設(shè)備的監(jiān)控功能,而設(shè)備的管理仍需要相關(guān)工作人員進行操作,因此故障較多。在20世紀70年代,隨著微型計算機的發(fā)展,SCADA系統(tǒng)也得到了一定的發(fā)展,到70年代中期,SCADA系統(tǒng)開始實現(xiàn)遠程控制功能。在80年代,隨著智能化的發(fā)展,SCADA系統(tǒng)的功能得到了更大的完善,開始實現(xiàn)人機交互功能[2]。在20世紀90年代,隨著自動化技術(shù)和智能化技術(shù)的相互結(jié)合,SCADA系統(tǒng)開始具備集散控制功能,朝著遠程分散控制以及集中監(jiān)控管理的方向發(fā)展,此時的主機系統(tǒng)實現(xiàn)了獲取遠程設(shè)備運行數(shù)據(jù)的功能,并可以對數(shù)據(jù)進行簡單的分析和處理,以及實現(xiàn)對簡單故障進行保護。
我國對SCADA系統(tǒng)的研究起步較晚,在20世紀80年代開始引進國外的先進系統(tǒng),在90年代,我國的一些電力公司和油氣企業(yè)開始自主研發(fā)SCADA系統(tǒng)。目前來說,我國的SCADA系統(tǒng)正處于高速發(fā)展的關(guān)鍵階段,但是該系統(tǒng)在國內(nèi)管道中的應(yīng)用水平差距較大,甚至某些管道仍然使用人工調(diào)度的方式,人工調(diào)度耗費人力資源較多,出現(xiàn)問題無法及時處理,無法適應(yīng)社會的快速發(fā)展[3]。在90年代后期建設(shè)的管道大多數(shù)都采用了先進的SCADA系統(tǒng)。
在20世紀后期,國內(nèi)的SCADA系統(tǒng)主要有三種結(jié)構(gòu)形式,分別是集中結(jié)構(gòu)、分布結(jié)構(gòu)以及復(fù)合結(jié)構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)形式雖然相對來說比較先進,但是仍然不夠智能化。進入21世紀以后,市場上出現(xiàn)了基于云技術(shù)的SCADA系統(tǒng)?;谠萍夹g(shù)的SCADA系統(tǒng)就是將計算機通訊網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)相結(jié)合,可以滿足用戶對靈活性和安全性的要求,這種SCADA系統(tǒng)主要有四個優(yōu)點:(1)可升級;(2)成本低;(3)能力強;(4)推廣快。
SCADA系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成,一部分是站場設(shè)備,包括各種傳感器,實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控功能,同時存在各種保護裝置,對設(shè)備出現(xiàn)的簡單問題進行保護,站場內(nèi)裝有路由器和各種信息收發(fā)器,以便對設(shè)備出現(xiàn)的問題反饋給工作人員和得到工作人員的處理信號[4]。另一部分是調(diào)控中心,該部分主要由工作人員進行操作,工作人員得到遠程傳輸回來的報警信號和缺陷信息,制定相關(guān)對策,反饋給遠程終端或人工對管道進行開挖修補。SCADA系統(tǒng)的主要功能如下表1所示。
表1 SCADA系統(tǒng)的功能
SCADA系統(tǒng)主要有四個優(yōu)勢較大的特點。正是基于這四個特點,SCADA系統(tǒng)才得到了廣泛的應(yīng)用。
(1)通訊準確迅速。SCADA系統(tǒng)主要通過有線光纖進行通訊,這種通訊方式能有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜏蚀_度。
(2)可靠性高。SCADA系統(tǒng)中采用的設(shè)備性能較高,使其能在惡劣條件下運行。并對比較重要的監(jiān)控設(shè)備采用了冗余的設(shè)計方式,保障了監(jiān)控的可靠性。每條控制回路除了自動控制外,還設(shè)有手動操作的后備選項,當(dāng)自動控制無法工作或?qū)χ匾幕芈?,可以采用手動控制進行操作。
(3)可操作性。SCADA系統(tǒng)操作方便,工作人員不需要具有很強的計算機知識就可以實現(xiàn)操作。同時在SCADA系統(tǒng)升級之后,新的系統(tǒng)基于原有系統(tǒng),不會做太大改變,方便工作人員適應(yīng)新系統(tǒng)。
(4)可維護性。SCADA系統(tǒng)在運行過程中也可能會出現(xiàn)故障,但是維修比較簡單,只需要采用排除法即可查找到出現(xiàn)問題的部件。同時該系統(tǒng)采用的是模塊化的結(jié)構(gòu),出現(xiàn)故障后只需要對故障模塊進行維修即可,同時各模塊中都安裝有監(jiān)控指示燈,可以方便工作人員查找故障。
在油氣管道中運用的SCADA系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成。實時數(shù)據(jù)安裝于各站場中和調(diào)度中心,調(diào)度中心的實時模塊可以實現(xiàn)對遠程站場的控制,并實現(xiàn)對各項數(shù)據(jù)進行處理和規(guī)范,從上線數(shù)據(jù)的展現(xiàn)功能,同時,實時模塊還可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的整合和更新功能;歷史模塊也安裝與各站場和調(diào)度中心中,通過該模塊可以實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的讀取和分析,這里所說的歷史讀取就是對數(shù)據(jù)進行總結(jié);軟件平臺是整個系統(tǒng)的核心,也是實現(xiàn)人機交互功能的關(guān)鍵設(shè)備,人機交互功能的實現(xiàn)基于實時模塊和歷史模塊,將各種處理后的數(shù)據(jù)在軟件上得以呈現(xiàn)在屏幕上。
油氣管道中運用的SCADA系統(tǒng)中還包含有打印機和投影儀等設(shè)備。同時,為了保障系統(tǒng)的安全性和可靠性,系統(tǒng)在備份數(shù)據(jù)時一般采用雙備份的模式,同時,調(diào)控中心采用正版的windows系統(tǒng);在設(shè)備監(jiān)控方面,采用較先進的In Touch 8.0軟件,實現(xiàn)監(jiān)控和報警功能。
在一般情況下,SCADA系統(tǒng)可以對運行狀態(tài)的油氣管道實現(xiàn)六個功能:(1)對管道內(nèi)和站場內(nèi)的油氣輸送情況和設(shè)備運行情況的數(shù)據(jù)進行采集,并通過圖像顯示的方式,使工作人員得到有效數(shù)據(jù)。(2)控制整條管道和站場的啟動和停止;(3)對管道中的各種故障進行報警;(4)對出現(xiàn)的故障進行維護;(5)傳輸管道數(shù)據(jù);(6)實現(xiàn)人機交互。
SCADA系統(tǒng)的完善和進步,有利于我國油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。油氣企業(yè)應(yīng)加快對該系統(tǒng)的研究工作,同時加強在小型管道中的應(yīng)用。在大型管道中,SCADA系統(tǒng)應(yīng)逐步完善,使各項功能都得到有效的提升。同時,研究人員應(yīng)加強對圖像化顯示的研究,使人機交互功能更加便捷。
[1]郭曉瑛,路艷斌,鄭娟.國內(nèi)外長輸管道 SCADA系統(tǒng)標準現(xiàn)狀[J].油氣儲運,2011,30(02)∶36-38.
[2]王文平.SCADA系統(tǒng)在長輸油氣管道系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子元器件,2012,14(11)∶51-55.
[3]燕林斌.SCADA系統(tǒng)在天然氣輸氣系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2013,19(36)∶37-39.
[4]祁國成,沈國輝,陳鵬,等.油氣管道SCADA系統(tǒng)跨平臺人機界面的設(shè)計與實現(xiàn)[J].天然氣工業(yè),2013,27(11)∶92-97.
孟韓(1990-),男,北京人,助理工程師,2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)電氣工程及其自動化專業(yè)。