SCADA系统在西气东输各阀室、场站的应用

徐海峰 李传高 王汉文

（中国石油西气东输管道分公司苏浙沪管理处无锡维修队，江苏 无锡 214101）

1 引言

西气东输天然气管网作为国家能源的重要的重要组成部分——天然气的载体，其战略安全事关国民经济和社会发展的大局。随着经济的持续发展，全国城市天然气的用气量也以成倍增长的速率在不断突破，是以对管道天然气的安全平稳运行提出巨大的挑战。但传统的人工记录、逐级汇报的长输管线监控方式已不能满足信息的及时性和在线可控性的要求，所以在西气东输天然气管网，为满足对生产过程的调度指挥，保证输气的安全可靠我们引进了集数据的采集与监控一体的SCADA系统。

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与远程调度相结合的自动化系统，已广泛应用于电力系统、天然气集输、石油化工等诸多领域。它在远动系统中占重要地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。正在西气东输SCADA系统用于实现实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进行全面、实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据等多方面功能。

2 系统总体结构

西气东输SCADA系统由典型站控系统、清管站和远控阀室（RTU）系统、操作区监视系统、调度中心监控系统以及其系统软件和系统通讯协议组成，各控系统通过光纤设备与调度中心相连，构成生产过程本地控系统监控与调度中心远程监控相结合的双层网络系统。

图1

图2

典型的站控系统由操作员工作站为运行人员提供人性化的界面，运行人员通过工作站实现对现场的数据采集和监控，并自动完成归档存储，报表打印等功能；系统通讯采用RCI（远程通讯接口）承载着与PCL可编程自动控制系统和现场设备之间的通讯，其中第三方设备包括：流量计算机、色谱分析仪、低压配电盘电力参数采集、UPS、发电机、空压机等。他们之间的通讯采用MODBUS RTU协议，连接方式RS232或RS485，同PLC之间的连接方式为以太网；PLC系统是SCADA系统的控制核心，用于检测工艺过程的压力、温度、可燃气体浓度等信息，并对可控设备进行监视和控制 ，后期的维护工作也主要集中在这一部分，包括现场更换设备也需要对这部分设备进行操作；ESD控制系统选用德国HIMA F30系列可编程控制器，用于连锁保护和紧急停车，它以按钮的形式触发，触发后，ESD系统会自动保存触发条件3S，以保证PLC和上位机能够采集到。当ESD触发后，上位机立刻产生ESD触发报警和触发条件报警，此时ESD系统会同时关闭进站阀、安全截断阀、出站阀，对于压气站来说，还要同时开越站阀XV1101，在进站阀和安全截断阀全都关到位后，打开进站放空阀，当出站阀和安全截断阀全都关到位后，打开出站放空阀。这些过程都完成后，上位机产生ESD过程完成的报警，如果在规定的时间内没有完成，上位机也会产生ESD过程故障报警；同时配备打印机打印报警、生产报表和曲线等。

上位机操作界面以德国Cegelec的Viewstar2000软件为平台开发，能够显示所有工艺流程、过程参数、趋势图、监控主要设备运行状态和输气过程，完成报警和各种管理报表的打印以及数据的存储的功能。

调度中心由服务器和光纤连接设备构成。服务器通过光纤连接设备，实时读取各输气站中PLC控制单元内的数据，并通过Viewstar2000软件平台，显示各站的所有工艺流程、过程参数、趋势图，监控各站主要设备运行状态，打印各种管理报表以及存储各站组要的生产数据。

3 系统各部分主要功能及实现

3.1 输气站站控部分功能与特点

3.1.1 计量功能

对于小口径如 DN50D、N80、DN100 和ND150西气东输采用的是的博斯特和阿尔斯特涡轮流量计进行现场计量数据的采集，而大口径如 DN150、DN200、DN250和 DN300采用的是超声波流量计作为现场计量数据的采集，测量显示精度0.5%，完全能够满足天然气计量需要。流量计算仪中的参数设置简单、透明，保证了计量的公平、公正、公开。流量计算仪还具有强大的通信接口，通过通信接口将差压、压力、温度、流速、累计流量等重要计量参数传输到上位机，并在上位机操作界面中显示，方便值班人员对计量过程的监控（见图 1）。

3.1.2 现场数据采集监测功能

根据输气站站场实际情况设计的操作界面具有简明、直观和便于操作的特点，并且能够实时显示现场计量参数、进出站压力、进出站温度、地温、重要电动球阀状态等一系列重要生产数据，值班人员通过查看计算机操作界面便可全面了解现场生产情况。另外，通过操作界面可以对现场重要电动球阀进行控制，特别是在紧急事故发生时，值班人员在控制室里能够快速完成电动球阀的开关工作，提高了生产的安全系数（见图2）。

3.1.3 强大的报警功能

系统中采用声光结合的报警方式，并加以文字在操作界面的报警窗口加以说明，确保在第一时间通知值班人员报警产生的原因和位置，确保安全平稳生产。报警包括：站场可燃气体超标报警；进出站压力超标报警；计量支路差压值超标报警；重要电动球阀开关动作报警；计量仪表连接状态报警（见图3）。

图3

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3.1.4 丰富的历史曲线

系统中提供了各计量支路中的压力、差压、温度、瞬时流量计量参数和进出站压力等参数的趋势曲线，通过曲线可针对某时段具体分析天然气计量参数变化趋势，对分析输差，调配气量，检测仪表提供重要的辅助作用（见图4）。

3.1.5 按时自动生成生产报表

根据生产需要，系统每小时自动生成一份生产报表，报表中包括重要电动球阀状态、各支路计量参数数值及进出站压力值等参数。作为生产重要资料，报表可连续保存一个月，并可根据实际需要延长保存时间。

3.1.6 参数设定功能

由于天然气组分的不定性，需要定时的根据天然气气体组分检测报告修改流量计算仪中的天然气组分确保计量的准确，因此系统提供了天然气组分设定界面，通过计算机通信接口与流量计算仪进行通信，直接将操作界面设定的参数写入流量计算仪，完成流量计算仪中的天然气组分设定。另外，系统还提供了压力变送器、差压变送器、温度变送器量程设定功能，实现根据变送器量程的改变重新设定系统内部参数，来确保变送器显示数值的正确性，满足生产需要（见图5）。

3.1.7 可靠的安全性

图5

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系统采用权限操作方式，即不同操作权限的操作人员只能操作本权限内的功能。系统中一般操作人员可以实现读取工艺参数，读取报表，查看趋势曲线和报警的功能。通过登陆密码登陆，获取高级权限的操作人员，可以获得生产参数的修改和电动球阀控制的功能。继续登陆，获得更高权限的操作人员则可以对系统进行修改和完善。通过这样的权限设置，一方面，避免了误操作对生产造成影响，另一方面，可以保证生产参数的安全性，确保正常生产。

3.2 阀室SCADA系统简介

清管站和远控阀室（RTU）系统由RCI和RTU等设备组成RTU选用法国MODICON COMPACT系列可编程控制器，用于检测工艺过程的压力、温度、可燃气体浓度等信息，并对线路紧急截断阀进行监视和控制。RCI用于收集RTU和第三方智能设备（太阳能蓄电池、气液联动阀等）的数据，并将数据上传调度中心。

RCI选用的是Advantech（研华）的UNO-2059-GDA1产品，需要单独配备一块Advantech的64M内存卡，型号为SDCFB-64-101-80，该模块的主要功能是将RTU的串口通讯转换为以太网通讯，接至通讯厂家提供的路由器上。

3.3 调度中心的功能与特点

远程实时监控是SCADA系统优于其它自动化系统的一个最大的特点，在苏浙沪全线SCADA系统中，调度中心的作用就是这一特点的充分体现。调度中心的操作界面如图6所示：

在调度中心的操作界面中可以读取SCADA系统网络范围内的所有输气站的生产参数，并且可以通过点击各输气站的图标，调出各输气站的操作界面进行监控。通过调度中心操作系统，调度人员可以在第一时间，更加直观的了解到SCADA系统内任意输气站的生产情况。另外，调度中心配有大容量硬盘空间，可以长时间保存必要的生产参数。目前，调度中心服务器及有关软件已经调试通过，待光纤通信设备调试通过后，即可实现整个SCADA系统的联网，实现设计的强大功能。

4 总结

西气东输全线SCADA系统各输气站站控系统先后投用至今，运行稳定可靠，操作简便，深受操作人员的欢迎。站控系统成功投运后，充分发挥了自动化全天候监测手段，实现了计算机实时自动监控，节省了人力，确保了安全生产、平稳供气。另外，SCADA系统具有丰富的扩展功能，新开发建设的输气站可轻松接入本系统中。

[1]段冲等，SCADA系统在西气东输管道中的应用[J]，石油工程建筑，2007，33（4）5～7。