SCADA系统在长输天然气管道的应用现状及发展趋势

胡 朋

(中石化节能环保工程科技有限公司,湖北 武汉 430223)

1 SCADA系统概述

天然气作为一种优质、高效、清洁的低碳能源，对调整能源结构、治理大气污染、推动节能减排、维护经济和社会可持续发展具有重要意义，从而推进了我国近几年长输天然气管道的快速建设。在长输天然气管道中，主要采用了以计算机为核心的监控及数据采集(Supervisory Control And Data Acquisition 简称SCADA)系统。由于长输天然气管道生产运营的跨度越来越大，所经地区环境越来越复杂，安全生产也越来越受重视。因此，SCADA 系统在长输天然气管道中的安全、平稳、高效运行，对于保护人类生命财产安全、保护环境、节约能源、增加经济效益都具有重要的现实意义。

长输天然气管道SCADA系统，可实现对长输天然气管道进行远程监视、控制、集中管理和调度，提高管理水平，及时调配，保证安全、平稳供气。

2 SCADA系统在长输天然气管道的应用现状

长输天然气管道SCADA系统达到在调度控制中心完成对全线各个分输站场、清管站和线路截断阀室进行监控、管理和调度的任务。各分输站场实现无人操作、有人值守的管理水平；清管站、线路截断阀室实现无人值守、无人操作的管理水平，降低安全隐患。

正常情况下，调度控制中心通过管线专用光缆通讯系统采用点对点方式与各分输站场和清管站进行数据通信，与线路截断阀室之间通过管线专用光缆通讯系统采用分组轮询方式进行数据通信。调度控制中心与各分输站场和清管站之间采用公网作为备用通信信道，与线路截断阀室无备用信道。为了增加可靠性，上下游站场可以同时监视所辖线路截断阀室。

目前，SCADA系统在长输天然气管道主要采用了三级控制模式，分别是：调度中心控制级、站场控制级和就地控制级。

2.1 调控中心控制级

随着社会的发展，为了应对更为复杂的突发事件(比如：地震、洪水等自然灾害；战争、恐怖袭击等社会灾害；网络攻击、病毒等人为事件；)，重要的长输天然气管道SCADA系统除了设置主调度控制中心(MCC)外，在远距离的异地开始设置备调度控制中心(BCC)。正常情况下，主调度控制中心负责整个长输天然气管道的控制和调度管理，当主调度控制中心出现故障或突发事件，备调度控制中心迅速控制整个长输天然气管道的运行，提高了SCADA系统的冗灾能力。

调度控制中心服务器采用UNIX/WINDOWS操作系统，采用双主机、双以太网、双通讯处理机热冗余配置。调度控制中心除了配置实时/历史服务器、工程师站和操作员站外，配置GPS时钟系统提供时间基准；配置WEB服务器提供网页数据查看；配置OPC服务器为第三方系统提供数据接口；配有防火墙系统进行边界隔离；建立整体网络防病毒体系。

同时选配有提供操作培训的仿真培训系统，应对管道泄漏检测的泄露监测系统和针对地质灾害作用下管道检测的应力应变监测系统。

2.2 站场控制级

分输站场设置站控系统(SCS)，站控系统是SCADA系统的基础和远程终端。正常情况下，由调度控制中心对全线各站进行远程监控。一旦远程监控系统因故障而中断，可自动切换到站控系统进行控制，以保证站场正常运行。

站控系统采用WINDOWS操作系统，站控系统配置过程控制系统(PCS)PLC和ESD控制系统PLC，ESD控制系统PLC安全等级为SIL2级。PLC采用双CPU、双电源、双通信接口的热冗余配置；其局域网、路由器、网络交换机按热冗余设置；控制系统机柜配置有防雷击和浪涌保护措施。站控系统在通信故障恢复后，控制系统的历史数据具有带时间标签的回填功能。并且站控系统能够接收流量计量系统、电力监控系统和火灾自动报警系统等相关第三方智能系统信息。

天然气管道中间清管站与分输站场区别在于不设工程师站和操作员站，当出现异常状况时，由调度控制中心将其关闭。

线路截断阀室采用远程终端单元(RTU)进行数据采集和监控。RTU与SCADA系统调度控制中心进行通信，并由调度控制中心对线路截断阀室进行远程监控。当线路截断阀室与调度控制中心通信主信道发生故障时，上下游站场也可以监视所辖线路截断阀室。

2.3 就地控制级

就地控制系统对工艺单体或设备进行手/自动就地控制。当进行设备检修或紧急切断时，可采用就地控制方式。

3 SCADA系统在长输天然气管道的发展趋势

随着计算机网络技术和通信技术的快速发展, 标准协议和信息安全的运用，将会使SCADA系统的结构体系发生重大改变。SCADA系统在长输天然气管道的发展应用趋势也将会是突破性的，势必将会使长输天然气管道能够更加安全、平稳、高效地运行。

3.1 SCADA系统的结构体系将会更为开放

目前SCADA系统的软硬件供货商、生产厂家之间是封闭的、技术上互不开放， SCADA系统的不够开放性造成用户使用软硬件成本相对较高。随着软硬件技术的发展，SCADA系统不断处于新的技术环境下，SCADA系统供货商和系统方案设计者将会倾向选择更为开放的标准协议，从而使SCADA系统标准化成为未来发展的一种趋势。当长输天然气管道管理用户需要改造或升级SCADA系统时，选择开放的系统，标准的通信协议和设备接口，使不同生产厂家之间的设备通讯成为现实，提高了选购设备的灵活性。开放的SCADA系统增加了软件、硬件的竞争者，从而降低了SCADA用户的成本[1]，使得用户可以随意选择符合自己需求的产品，而且也会逐渐提高SCADA系统性能。

3.2 SCADA系统的数据传输将会更为安全

随着“两化融合”以及物联网的迅速发展，工业控制系统产品越来越多地使用通用软件平台、通用硬件设备、通用网络协议，以各种方式与Internet等公共网络互联，工业控制系统的信息安全问题日益严重[2]。由于工业控制系统的信息安全越来越受到重视，用户在SCADA系统的数据传输方式和软件应用上将会选择更加安全的系统产品。

以往长输天然气管道工程应用中，调度控制中心采用管线专用光缆方式作为主通信信道与各分输站场和清管站进行数据通信，采用无线通信方式作为备用通信信道。随着国内油气企业对工业控制系统安全配置的重视，中石化《关于加强工业控制系统安全防护的指导意见》中要求工业控制系统原则上不采用无线网络。确需采用时，应进行授权、监控和隔离，只应进行数据采集，不应参与联锁和控制。越来越多油气企业将在数据传输上选择更加安全可靠的传输方式，进一步提高SCADA系统应用的安全性。

油气管道SCADA系统已经成为国内外黑客的攻击目标，面临愈发严峻的威胁[3]，特别是处于核心地位的SCADA系统控制软件。SCADA系统国内仍处于技术引用阶段，主要采用Honeywell，Foxboro，ABB，Siemens，GE，Telvent和Cegelec等国外产品[4]，长期以来被国外自动化巨头垄断。随着国产SCADA系统厂商技术研发和集成能力的提高，与国外SCADA系统产品的技术差距逐渐缩小。以中控为代表的国产SCADA系统厂商近年参与了天津LNG外输管道工程SCADA系统国产化应用，但国产SCADA系统厂商共性问题是缺乏大型天然气长输管道SCADA应用业绩，实际应用效果有待工程生产运营检验。近几年，不管是从项目工程建设的设备供货周期和服务技术响应，还是从国家能源战略和能源安全上考虑，大型油气企业都在积极推进SCADA系统国产化应用，势必将会加速提高SCADA系统在长输天然气管道工程应用的安全性。

4 结束语

本文阐述了SCADA 系统在已运行长输天然气管道上的应用现状，并对其存在的问题和发展趋势进行了探讨。随着SCADA 系统技术的发展更新和对信息安全技术重视程度的提高，SCADA系统在长输天然气管道上的工程应用将会不断完善和发展，从而达到保障国家能源安全，增加社会效益、降低生产成本的目的。

[1] 吴爱国，何 信.油气长输管道SCADA系统技术综述[J].油气储运，2000,19(3):43-46.

[2] 陈 鹏，李永缙，张 伟.油气管道SCADA系统分区分域安全防护方法[J].油气储运，2014,33(11):1244-1249.

[3] 熊 琦，戴忠华，彭 勇，等.油气管道SCADA系统网络安全风险分析及防护框架研究[J].通信技术，2014,47(8):919-924.

[4] 陈秀丽.长输管道SCADA系统选型及应用[J].石油化工自动化，2012,48(3):26-29.