油氣管道自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

楊松濤

中國(guó)石油管道局工程有限公司燃?xì)夥止荆颖?廊坊

1.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)

微軟的Windows系統(tǒng)已成為目前大多數(shù)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)、語(yǔ)言和規(guī)范。隨著IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在商業(yè)和企業(yè)管理中的普及，人機(jī)界面已經(jīng)成為主流，特別是基于Windows標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)以其可視化、靈活性和易于集成的特點(diǎn)正在被更多的工業(yè)用戶(hù)所采納[1]。

1.2.長(zhǎng)輸油氣管道SCADA系統(tǒng)依托平臺(tái)選擇

長(zhǎng)輸油氣管道路線長(zhǎng)，所經(jīng)區(qū)域地形和社會(huì)狀況復(fù)雜，為保證輸送的安全、可靠與平穩(wěn)，長(zhǎng)輸油氣管道自動(dòng)化控制均采用以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即SCADA (supervisory control and data acquisition)系統(tǒng)。

對(duì)于SCADA系統(tǒng)在UNIX平臺(tái)與Windows平臺(tái)之間的選擇，筆者從系統(tǒng)穩(wěn)定性、病毒免疫性、多進(jìn)程處理能力、對(duì)陣列磁盤(pán) RAID支持、網(wǎng)絡(luò)和輸入/輸出能力、投資費(fèi)用 6個(gè)方面進(jìn)行了比較分析(表1)，最終選擇UNIX平臺(tái)作為長(zhǎng)輸油氣管道SCADA系統(tǒng)的依托平臺(tái)。

Table 1.The comparison between UNIX and Windows Platforms表1.UNIX平臺(tái)與Windows平臺(tái)的比較

1.3.長(zhǎng)輸油氣管道SCADA系統(tǒng)操作原理

1990年?yáng)|營(yíng)-黃島復(fù)線原油管道、1991年鐵嶺-大連輸油管道成功使用SCADA系統(tǒng)之后，該系統(tǒng)在油氣管道輸送中得到了大量使用，目前運(yùn)行的長(zhǎng)輸油氣管道均實(shí)行全線自動(dòng)監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度管理。以呼和浩特-包頭-鄂爾多斯(簡(jiǎn)稱(chēng)呼-包-鄂)成品油管道為例，簡(jiǎn)要介紹SCADA系統(tǒng)的操作原理。

呼-包-鄂成品油管道項(xiàng)目在北京油氣主調(diào)度控制中心(簡(jiǎn)稱(chēng)主調(diào)控中心)使用 SCADA系統(tǒng)對(duì)管道全線進(jìn)行監(jiān)控，在呼和浩特輸油氣分公司設(shè)置顯示終端。在管道首站、中間站及末站設(shè)置站控系統(tǒng)(SCS,station control system)；在監(jiān)控閥室和末站的界面檢測(cè)間，設(shè)置遠(yuǎn)程終端裝置(RTU, remote terminal unit)。

主調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)通過(guò)SCS、RTU對(duì)該管道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)歸檔、控制、故障處理、安全保護(hù)、報(bào)警等，同時(shí)具有制定批輸計(jì)劃、批量跟蹤、順序輸送、泄漏檢測(cè)、全線緊急停車(chē)(ESD)及水擊保護(hù)、輸油泵運(yùn)行優(yōu)化、輸油泵和給油泵故障診斷與分析等功能。全線各個(gè)站場(chǎng)的 SCS、RTU將對(duì)相應(yīng)站場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)，并接受和執(zhí)行主調(diào)控中心下達(dá)的命令。銷(xiāo)售油庫(kù)及石化煉廠的溫度、壓力、流量、儲(chǔ)油罐液位及罐前閥門(mén)等運(yùn)行參數(shù)分別傳送給與其相連接的管道工藝站場(chǎng) SCS，并上傳主調(diào)控中心。

SCADA系統(tǒng)主要由主調(diào)控室計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制單元(SCS或RTU)組成，采用調(diào)度控制中心控制、站場(chǎng)控制和就地控制的3級(jí)控制方式。

1) 調(diào)度控制中心控制級(jí)。主調(diào)控中心對(duì)全線進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，統(tǒng)一調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)油氣管道批輸計(jì)劃、批量跟蹤、順序輸送、泄漏檢測(cè)、ESD及水擊保護(hù)、輸油泵運(yùn)行優(yōu)化、輸油泵和給油泵故障診斷及分析等功能。

2) 站場(chǎng)控制級(jí)。在輸油管線各個(gè)站場(chǎng)設(shè)置SCS，對(duì)站內(nèi)工藝變量及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)。在監(jiān)控閥室及界面檢測(cè)間設(shè)置RTU，對(duì)閥室工藝變量及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)。

3) 就地控制級(jí)。就地控制系統(tǒng)對(duì)工藝單體或設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)就地控制。

正常情況下，各站場(chǎng)由調(diào)度控制中心對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、管理；當(dāng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)生故障或主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，二級(jí)控制獲取控制權(quán)，對(duì)站內(nèi)生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控，并按照預(yù)先設(shè)定的控制程序運(yùn)行，確保輸油安全及設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)進(jìn)行設(shè)備檢修或事故處理時(shí)，采用手動(dòng)就地控制。

SCADA系統(tǒng)工藝站場(chǎng)、監(jiān)控閥室采用光纜作為主用信道，衛(wèi)星VSAT作為工藝站場(chǎng)備用信道，監(jiān)控閥室通過(guò)光纖通信連接到上、下游站場(chǎng)交換機(jī)上，作為站場(chǎng)局域網(wǎng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，通過(guò)站場(chǎng)的通信路由上傳主調(diào)控中心和管道調(diào)控室。調(diào)控室設(shè)置全球定位系統(tǒng)(GPS, global position system)，以全球定位系統(tǒng)提供的時(shí)間為基準(zhǔn)，調(diào)控室負(fù)責(zé)周期性地向PLC (programmable logic controller)、RTU發(fā)送時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)保持整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步。

2.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及建議

2.1.油氣管網(wǎng)的互聯(lián)互通推進(jìn)了智能化油氣管道建設(shè)進(jìn)程

隨著長(zhǎng)輸油氣管道 SCADA系統(tǒng)的不斷發(fā)展，仿真和集成應(yīng)用技術(shù)日漸趨于成熟。國(guó)家管網(wǎng)公司的成立，勢(shì)必會(huì)將更多國(guó)家的油氣主干管道納入到集中調(diào)控體系。及時(shí)、全面、準(zhǔn)確地掌握全管網(wǎng)動(dòng)態(tài)情況是保障安全、平穩(wěn)輸送能源的重要手段，管道輸送與監(jiān)測(cè)提出了更高要求?？刂七^(guò)程的邏輯與計(jì)算復(fù)雜性倍增，而且不限于數(shù)學(xué)公式的表達(dá)和數(shù)值計(jì)算，還需要將專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)加以融合，能源管網(wǎng)的互聯(lián)互通必將推進(jìn)智能化油氣管道建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程[2]。

2.2.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一

目前，國(guó)外公開(kāi)的 SCADA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中，尚未對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道形成系列配套標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于油氣領(lǐng)域SCADA系統(tǒng)的架構(gòu)、設(shè)計(jì)等，更多的出現(xiàn)在非公開(kāi)發(fā)行的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中。國(guó)內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的設(shè)計(jì)、安裝和驗(yàn)收，與長(zhǎng)輸油氣管道SCADA系統(tǒng)建成后提出的安全維護(hù)要求不相適應(yīng)。鑒于此，長(zhǎng)輸管道及管網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一。

2.3.打開(kāi)自主創(chuàng)新新局面

現(xiàn)有的長(zhǎng)輸油氣管道 SCADA系統(tǒng)全部由國(guó)外引進(jìn)。國(guó)內(nèi)企業(yè)自主生產(chǎn)的自控系統(tǒng)主要面對(duì)的是一些中小型項(xiàng)目，技術(shù)水平難以滿(mǎn)足國(guó)家大型重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。期待國(guó)內(nèi)企業(yè)打開(kāi)自主創(chuàng)新新局面[3]。

2.4.專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人才培養(yǎng)

長(zhǎng)輸油氣管道SCADA系統(tǒng)的高度智能化和集成化，決定了研發(fā)制造人員必須具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，同時(shí)對(duì)崗位人員也有著專(zhuān)業(yè)性要求。油氣管道運(yùn)輸企業(yè)應(yīng)注重員工技術(shù)水平的提升，安排運(yùn)行崗位人員培訓(xùn)，使其熟悉安裝流程及系統(tǒng)工作原理，避免人為降低系統(tǒng)工程的安全與可靠性。未來(lái)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要更專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人才。

3.結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)輸油氣管道 SCADA系統(tǒng)能夠有效提高油氣管道運(yùn)輸企業(yè)的整體自動(dòng)化水平、設(shè)備的可靠性和系統(tǒng)安全性；該系統(tǒng)有效地降低了輸油氣能耗，節(jié)約了企業(yè)的管理成本。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的油氣管道SCADA系統(tǒng)將提供更加開(kāi)放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的更高層次發(fā)展。