長輸管道SCADA國產(chǎn)化技術(shù)探討

姜連田

摘 要

本文結(jié)合天然氣長輸管道國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施，詳細(xì)描述了天然氣長輸管道國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)的自動化、數(shù)字化方案實(shí)現(xiàn)，完成站場數(shù)字化生產(chǎn)管理信息平臺建設(shè)，保障長輸管道遠(yuǎn)程監(jiān)控及生產(chǎn)順利進(jìn)行，同時(shí)介紹了國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞

長輸管道;國產(chǎn)化;SCADA系統(tǒng);站場數(shù)字化生產(chǎn)管理信息平臺

中圖分類號： G434;G712? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.035

近年來國內(nèi)天然氣使用量大規(guī)模增長，國內(nèi)天然氣長輸管線發(fā)展迅速，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)作為天然氣長輸管網(wǎng)控制中心，在生產(chǎn)中肩負(fù)著整個(gè)長輸管線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控、輸氣管理、生產(chǎn)調(diào)度、運(yùn)行維護(hù)協(xié)調(diào)等重要任務(wù)，同時(shí)為上層管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在整個(gè)長輸管道中發(fā)揮著非常重要的角色。

現(xiàn)國內(nèi)長輸管線SCADA系統(tǒng)大多數(shù)仍使用國外的SCADA系統(tǒng)及技術(shù)，隨著國內(nèi)自動化工業(yè)發(fā)展，SCADA系統(tǒng)由以往國外系統(tǒng)廠家逐漸被國內(nèi)SCADA系統(tǒng)所代替，本文結(jié)合長輸管道國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行情況，闡述長輸管道SCADA系統(tǒng)國產(chǎn)化的可行性。

1 國產(chǎn)化長輸管道SCADA系統(tǒng)概述

國產(chǎn)化長輸管道SCADA系統(tǒng)采用浙江中控VxSCADA軟件，數(shù)據(jù)庫采用VxHistrain大型數(shù)據(jù)庫（Unix版），結(jié)合VxCollector采集器軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)SCADA系統(tǒng)搭建，成功實(shí)現(xiàn)天然氣長輸管線系統(tǒng)建設(shè)。

1.1 國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)架構(gòu)

整體SCADA系統(tǒng)分為三部分，第一為調(diào)控中心SCADA系統(tǒng);第二為各管理處SCADA系統(tǒng);第三為站場SCADA系統(tǒng)。

調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)集中監(jiān)控所有站場及閥室工藝、消防及自動化設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理功能、故障診斷功能、設(shè)備管理功能、遠(yuǎn)程維護(hù)功能、消防管理、能源監(jiān)管、管道保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)管等功能。

各管理處SCADA系統(tǒng)集中監(jiān)控管轄區(qū)域內(nèi)所有站場及閥室工藝、消防及自動化設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理功能、故障診斷功能、設(shè)備管理功能、消防管理、能源監(jiān)視、管道保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)管等功能。

站場SCADA系統(tǒng)監(jiān)控站內(nèi)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)工藝設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)管理、消防管理、故障診斷、能源監(jiān)視、管道保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)視等功能。

1.2 國產(chǎn)化長輸SCADA系統(tǒng)專項(xiàng)解決方案

國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)在建設(shè)初期，針對長輸管線行業(yè)特點(diǎn)，國內(nèi)外長輸管線發(fā)展及問題進(jìn)行調(diào)研、總結(jié)、優(yōu)化，針對信息安全、管理、維護(hù)等多方面提出并實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)專項(xiàng)解決方案。

主要有以下幾項(xiàng)：

（1）全系統(tǒng)時(shí)鐘同步方案

全線站場、調(diào)控中心、管理處服務(wù)器和站控機(jī)均需周期性的與調(diào)控中心校時(shí)服務(wù)器進(jìn)行校時(shí)，調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)和站場SCADA系統(tǒng)還需有校時(shí)降級策略，最終保證整個(gè)SCADA系統(tǒng)時(shí)鐘的一致性。

（2）遠(yuǎn)程維護(hù)方案

長輸管道SCADA系統(tǒng)站點(diǎn)分散、跨度大，為SCADA系統(tǒng)維護(hù)帶來一定困難，遠(yuǎn)程維護(hù)方案主要是采用RDMS服務(wù)器/客戶端軟件實(shí)現(xiàn)對各站及調(diào)控中心服務(wù)器的遠(yuǎn)程維護(hù)。

（3）全網(wǎng)診斷方案

全網(wǎng)診斷方案對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、通訊信道、站場BPCS控制系統(tǒng)、閥室RTU設(shè)備在調(diào)控中心實(shí)現(xiàn)的全系統(tǒng)診斷方案。

（4）全系統(tǒng)防病毒方案

全線系統(tǒng)服務(wù)器均部署防病毒軟件，并且具備病毒庫服務(wù)器，病毒庫服務(wù)器定時(shí)更新病毒庫，并為各個(gè)系統(tǒng)提供病毒庫源。

（5）全系統(tǒng)斷線續(xù)傳解決方案

站場和調(diào)控SCADA系統(tǒng)具備斷線續(xù)傳機(jī)制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者短時(shí)間斷線恢復(fù)時(shí)，站場斷線時(shí)的數(shù)據(jù)自動回傳給調(diào)控中心，提高SCADA系統(tǒng)的可靠性。

（6）全系統(tǒng)日志解決方案

調(diào)控SCADA系統(tǒng)日志可查閱并存儲整個(gè)長輸管道SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)日志和操作日志。

2 國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)各部分建設(shè)介紹

國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)建設(shè)包含調(diào)控中心SCADA、站場SCADA和控制系統(tǒng)、閥室控制系統(tǒng)，調(diào)控中心和站場、閥室自控網(wǎng)絡(luò)采用專用光纖完成通訊鏈路搭建，通過路由器實(shí)現(xiàn)雙鏈路冗余結(jié)構(gòu)。

2.1 調(diào)控中心建

調(diào)控中心系統(tǒng)采用中空VxHistrain實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫，為調(diào)控中心SCADA提供數(shù)據(jù)源，并且存儲日志數(shù)據(jù);調(diào)控中心SCADA包含遠(yuǎn)程維護(hù)站、調(diào)度員站、工程師站及操作員站等。

通常，根據(jù)調(diào)度控制中心下達(dá)的啟/停站命令，壓力/流量設(shè)定值等，站控制系統(tǒng)自動完成具體的操作。亦可切換到對各單體設(shè)備進(jìn)行控制。

調(diào)度控制中心的主要功能如下：

●監(jiān)視各工藝站場及監(jiān)控閥室工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);

●監(jiān)視全線各站場重要運(yùn)行參數(shù)（壓力、流量、溫度等），實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示、報(bào)警、存儲、記錄和打印;

●監(jiān)視控制管道線路緊急截?cái)嚅y和站場越站旁通閥，修改壓降速率設(shè)定值;

●監(jiān)視全線供配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、陰保系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù);

●報(bào)警顯示、報(bào)警管理以及事件的查詢、打印;生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成和打印;

●輸氣工藝過程控制，包括全線正常的啟輸/停輸、操作參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定等;

●實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的采集、歸檔、管理以及趨勢圖顯示;

●發(fā)布ESD命令，包括所有監(jiān)控閥室和所有干線站場;

●監(jiān)視工藝站場、監(jiān)控閥室的的火災(zāi)、可燃?xì)怏w和安全狀況;

●輸量預(yù)測和輸量計(jì)劃，全線的緊急停輸、系統(tǒng)時(shí)鐘同步;

●SCADA系統(tǒng)的故障診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)和全系統(tǒng)診斷、斷線續(xù)傳;

●主要儀表的故障診斷和分析、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視及管理、通信信道監(jiān)視及管理;

●使用開放的系統(tǒng)技術(shù)支持其他平臺的工作，應(yīng)與模擬仿真系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)集成。

2.2 場站建設(shè)

站場SCADA建設(shè)為基礎(chǔ)建設(shè)，需要完成工藝自設(shè)備監(jiān)控，站內(nèi)自動化設(shè)備監(jiān)控及管理，實(shí)現(xiàn)站場及閥室控制要求;結(jié)合調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)，完成調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)的控制、管理及診斷功能。

2.2.1 站場自動化配置

站場SCADA系統(tǒng)集成了站內(nèi)所有自動化系統(tǒng)，通過SCADA系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控管理。

2.2.2 站控SCADA系統(tǒng)主要功能

站控SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以上基礎(chǔ)控制及管理功能，在調(diào)度控制中心授權(quán)的前提下，啟/停命令，壓力/流量設(shè)定值等由站操作員通過操作員工作站發(fā)布，由站控制系統(tǒng)自動完成。調(diào)度控制中心對站的自動控制進(jìn)行監(jiān)視。

監(jiān)控本站工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);

向控制中心上傳經(jīng)選擇的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息;

接受和執(zhí)行控制中心的控制命令，進(jìn)行控制和調(diào)整設(shè)定值，并能獨(dú)立工作;

輸氣過程控制，包括壓力或流量控制和站場安全聯(lián)鎖保護(hù)控制;

采集和處理工藝及輔助系統(tǒng)變量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示、報(bào)警、存儲、記錄和打印;

提供工藝站場的運(yùn)行狀態(tài)、工藝流程、動態(tài)數(shù)據(jù)的畫面或圖形顯示、報(bào)警、存儲、記錄和打印;

經(jīng)通信接口與第三方的智能儀表交換信息;

監(jiān)視工藝站場和站控制室火災(zāi)、可燃?xì)怏w、有毒氣體等安全狀況和站場變電和配電系統(tǒng)的狀態(tài);

故障自診斷，并把信息傳輸至調(diào)度控制中心;

2.3 閥室建設(shè)

閥室是輸氣干線中工藝比較簡單的設(shè)施，一般為無人值守。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在輸氣干線約20～30km范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置閥室，在特殊情況下，如河流等穿越處兩側(cè)分別設(shè)置閥室。

閥室主要作用有兩個(gè)，一個(gè)是當(dāng)管線上、下游發(fā)生事故時(shí)，管線內(nèi)天然氣壓力會短時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大變化，快速截?cái)嚅y可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的允許壓降速率自動關(guān)斷閥門，切斷上、下游天然氣，防止事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大;二是在維修管線時(shí)切斷上下游氣源，放空上游或下游天然氣，便于維修。

閥室數(shù)據(jù)上傳上下由站場，通過站場將數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至調(diào)控中心，閥室控制主要為干線氣液聯(lián)動閥三級權(quán)限控制和氣液聯(lián)動閥自立式壓力（壓降速率）保護(hù)控制，閥室SCADA功能在站場SCADA實(shí)現(xiàn)。

3 國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)告

目前中石化某管道已建成國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)于2016年10月開始建設(shè)，2017年11月完成正式調(diào)控中心搭建及投運(yùn)。建設(shè)規(guī)模：10座場站、13座RTU閥室。目前已運(yùn)行6座站場和9座RTU閥室，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)控中心數(shù)據(jù)庫存儲及管理功能正常，數(shù)據(jù)鏈路運(yùn)行穩(wěn)定。

國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)采用通過第三方測試的浙江中控的VxSCADA監(jiān)控軟件、VxHistorian實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件以及VxCollector前置機(jī)通訊軟件產(chǎn)品。每個(gè)站場部署冗余HMI工作站（運(yùn)行VxSCADA軟件）、冗余通訊前置機(jī)（運(yùn)行VxCollector軟件）;調(diào)控中心部署冗余SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器（運(yùn)行VxSCADA軟件）、冗余歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器以及磁盤陣列。工作站/服務(wù)器均為熱備冗余，可進(jìn)行無擾切換。國產(chǎn)化SCADA系統(tǒng)采用人性化設(shè)計(jì)，支持全中文、集成組態(tài)開發(fā)界面，操作人員可快速熟悉系統(tǒng)操作及簡單維護(hù);系統(tǒng)具有完善的報(bào)警管理功能，報(bào)警位號可進(jìn)行分組設(shè)置、查詢，報(bào)警確認(rèn)功能確認(rèn)結(jié)果可編輯;趨勢查詢功能讀取歷史數(shù)據(jù)速度較快，系統(tǒng)具有歷史報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)表、用戶管理功能，用戶登錄統(tǒng)計(jì)功能使用方便。

4 總結(jié)

SCADA系統(tǒng)國產(chǎn)化滿足某管道的生產(chǎn)需求，在適用性和可靠性方面不斷改進(jìn)。作為國產(chǎn)自主的SCADA監(jiān)控軟件平臺，有效保障長輸管線SCADA系統(tǒng)的信息安全。目前，SCADA系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，分輸站場和RTU閥室可模板化快速組態(tài)，可維護(hù)性強(qiáng)，易用性強(qiáng)，是很多國外軟件所無法比擬的。

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