輸氣管線SCADA系統(tǒng)的應用

辛連仲

摘要：SCADA系統(tǒng)是基于計算機、通訊和控制技術發(fā)展起來的，是實現(xiàn)管道數(shù)字化的基礎。主要作用是：自動采集管道運行的工藝參數(shù)，調節(jié)與管道安全運行密切相關的變量，在站控室和控制中心監(jiān)控現(xiàn)場設備的運行，提供所需的各種數(shù)據(jù)。

關鍵詞：SCADA系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集與控制;數(shù)據(jù)通訊

1. 系統(tǒng)的基本配置

SCADA系統(tǒng)的主要組成包括遠程終端設備（RTU）、主站計算機（包括軟硬件）、操作裝置、數(shù)據(jù)顯示裝置及有關外圍設備。

第一級控制系統(tǒng)是現(xiàn)場檢測壓力 、差壓、溫度、氣體組份分析儀，分析儀，露點分析儀等儀表。

第二級為就地控制系統(tǒng)，主要為就地控制，亦包括清管站的〔RTU）遠程終端設備。可以完成就地閥門的開關，對場站設備的監(jiān)控等。

第三級由中央控制室的主站計算機構成.主要完成對各站的指揮調度，它是全系統(tǒng)的控制中心。

2. 遠程終端的配置

根據(jù)各站的用途不同，輸氣管線的終端配置也不相同，主要功能是：

1）模擬輸入主要是壓力、差壓、溫度以4～20mA電流形式提供給RTU，RTU處理后存入到RTU的數(shù)據(jù)庫。

2）離散輸入，主要指閥門的開/關狀態(tài)的輸入，當由RTU讀入時首先檢查報警狀態(tài)并存入數(shù)據(jù)庫：

3）串行輸入，主要對分析儀，氣體色譜儀，露點分析儀傳來的數(shù)據(jù)進行分析后存入數(shù)據(jù)庫。

4）控制輸出，對SCADA各級控制操作員發(fā)出的命令經(jīng)RTU輸出相應的控制動作

3. SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

輸氣管道的SCADA系統(tǒng)通訊主要采用光纜，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（字）必須以“1"和“0”同樣的順序來接收，以防止遠程終端傳輸有誤。

由于SCADA系統(tǒng)就其主站和遠程終端裝置之間信息交換和應答，就信息交換順序的特點來說屬于半雙工系統(tǒng)。因此以電話線方式傳輸就可滿足數(shù)據(jù)交換的要求。

4. 輸氣站站控部分

4.1 功能與特點

（1）計量功能：

本系統(tǒng)采用流量積算儀作為天然氣計量儀表，測量顯示精度0.5%，完全能夠滿足天然氣計量需要。

（2）人性化生產(chǎn)操作界面：

根據(jù)輸氣站場的操作界面具有簡明、直觀和便于操作的特點，值班人員通過查看計算機操作界面便可全面了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況。通過操作界面可以對現(xiàn)場重要電動球閥進行控制。

（3）報警功能：

系統(tǒng)中采用聲光結合的報警方式，在第一時間通知值班人員報警產(chǎn)生的原因和位置。報警包括：站場可燃氣體超標報警;進出站壓力超標報警;計量支路差壓值超標報警;重要電動球閥開關動作報警;計量儀表連接狀態(tài)報警。

（4）歷史曲線：

系統(tǒng)中提供了各計量支路中的壓力、差壓、溫度、瞬時流量計量參數(shù)和進出站壓力等參數(shù)的趨勢曲線，通過曲線可分析某時段計量參數(shù)變化趨勢、輸差，調配氣量。

（5）按時自動生成生產(chǎn)報表：

根據(jù)生產(chǎn)需要，系統(tǒng)每小時自動生成一份生產(chǎn)報表，報表中包括重要電動球閥狀態(tài)、各支路計量參數(shù)數(shù)值及進出站壓力值等參數(shù)。作為生產(chǎn)重要資料，報表可連續(xù)保存一個月，并可根據(jù)實際需要延長保存時間。

（6）參數(shù)設定功能：

由于天然氣組分的不定性，需要定時的根據(jù)天然氣氣體組分檢測報告修改流量計算儀中的天然氣組分確保計量的準確，因此系統(tǒng)提供了天然氣組分設定界面，通過計算機通信接口與流量計算儀進行通信，直接將操作界面設定的參數(shù)寫入流量計算儀，完成流量計算儀中的天然氣組分設定。

4.2 流量計量系統(tǒng)

計量系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它直接關系到公司與客戶的利益。為保證計量的準確性，計量應用自動計量系統(tǒng)，防止人為因素造成的誤差。

溫度變送器主要把溫度轉換成4～20mA的標準電流信號。

壓力變送器，原理是利用諧振元件隨壓力變化改變其固有頻率的特性測量壓力。由于這種變送器依靠測量頻率來確定壓力，而頻率信號在傳輸過程中可忽略線阻、電感、電容影響，因此精度可達0.01級。

差壓變送器其原理根據(jù)力平衡原理。當測量膜片的兩側分別通以和使測量膜片在差壓△P的作用下產(chǎn)生一個測量力F=f△P。測量力通過杠桿作用帶動差動變壓器的鐵芯運動，從而改變差動變壓器的磁藕合使得副邊繞組輸出電壓改變，把氣室兩側的差壓轉換成電流信號。

5.遠程終端單元（RTU）

.5.1 遠程測量

遠程測量也就是模擬量輸入，傳感器是把物理信號變?yōu)榭呻姕y量信號的設備。一般的都變成4～20mA的信號輸出。

5.2 遠程調節(jié)

遠程調節(jié)主要是模擬量輸出，模擬量輸出主要形式是通過遠程控制來控制閥門的開度。正方向開關量給電時間越長，閥門開度就越大，反方向，開關量給電時間越長，閥門開度就越小。

5.3 電源系統(tǒng)

對于RTU設備來說，電源系統(tǒng)是相當重要的。其電源系統(tǒng)一般包括一次電源和二次電源。

一次電源是把市電轉換成直流24V或者12V電源，

二次電源一般由小功率的DC/DC，轉換成CPU的電源和其它電源。

5.4 通信接口

通信接口對于RTU很重要。因為很多的數(shù)據(jù)采集都可以通過遠程模塊和IED（智能電子設備）完成。為了提高傳輸速度，都采用平衡傳輸方式，差分發(fā)送和差分接收。

5.5 系統(tǒng)軟件

現(xiàn)在的RTU設備都是由微處理器構成的，軟件自然必不可少。系統(tǒng)包括如下軟件模塊：通訊協(xié)議模塊，開關量采集模塊、模擬量采集和處理模塊、模擬量輸出模塊、脈沖量采集模塊、可編程邏輯等。

為了實現(xiàn)復雜的功能，RTU軟件可能需要操作系統(tǒng)的支持，其特點是圖形界面非常強大，操作系統(tǒng)的應用，這里不再贅述。.

總結

本論文主要說明SCADA系統(tǒng)在油氣管道系統(tǒng)中的應用，敘述了主站硬件功能及上位機圖形界面、實時/歷史趨勢曲線、事務事件處理、報警信息查詢等內(nèi)容。對現(xiàn)有的接口軟件進行更加友好的界面及定制功能介紹，如動態(tài)顯示實時據(jù)的趨勢曲線、定時存儲實時數(shù)據(jù)等功能。對現(xiàn)有調度控制豐富的界面進行闡述，滿足不同情況的需要。對現(xiàn)場控制系統(tǒng)描述不夠詳細，但對控制過程進行了詳細的描述。

參考文獻：

[l]李琳，穆向陽，江秀漢.長輸管道自動化技術[M]石油工業(yè)出版社，2005：174-224.

[2]王功禮，王莉.油氣管道技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.石油規(guī)劃設計，2004.

[3]蘇維成，王士鋒等.SCADA系統(tǒng)在大連煤氣公司的應用[J].燃料與化工，2007.