长输管道SCADA国产化技术探讨

姜连田

摘 要

本文结合天然气长输管道国产化SCADA系统建设实施，详细描述了天然气长输管道国产化SCADA系统的自动化、数字化方案实现，完成站场数字化生产管理信息平台建设，保障长输管道远程监控及生产顺利进行，同时介绍了国产化SCADA系统应用效果。

关键词

长输管道;国产化;SCADA系统;站场数字化生产管理信息平台

中图分类号： G434;G712      文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.035

近年来国内天然气使用量大规模增长，国内天然气长输管线发展迅速，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统作为天然气长输管网控制中心，在生产中肩负着整个长输管线数据采集监控、输气管理、生产调度、运行维护协调等重要任务，同时为上层管理系统提供基础数据，在整个长输管道中发挥着非常重要的角色。

现国内长输管线SCADA系统大多数仍使用国外的SCADA系统及技术，随着国内自动化工业发展，SCADA系统由以往国外系统厂家逐渐被国内SCADA系统所代替，本文结合长输管道国产化SCADA系统建设及运行情况，阐述长输管道SCADA系统国产化的可行性。

1 国产化长输管道SCADA系统概述

国产化长输管道SCADA系统采用浙江中控VxSCADA软件，数据库采用VxHistrain大型数据库（Unix版），结合VxCollector采集器软件实现整个SCADA系统搭建，成功实现天然气长输管线系统建设。

1.1 国产化SCADA系统架构

整体SCADA系统分为三部分，第一为调控中心SCADA系统;第二为各管理处SCADA系统;第三为站场SCADA系统。

调控中心SCADA系统集中监控所有站场及阀室工艺、消防及自动化设备数据，实现生产管理功能、故障诊断功能、设备管理功能、远程维护功能、消防管理、能源监管、管道保护系统监管等功能。

各管理处SCADA系统集中监控管辖区域内所有站场及阀室工艺、消防及自动化设备数据，实现生产管理功能、故障诊断功能、设备管理功能、消防管理、能源监视、管道保护系统监管等功能。

站场SCADA系统监控站内实现站内工艺设备监控、生产管理、消防管理、故障诊断、能源监视、管道保护系统监视等功能。

1.2 国产化长输SCADA系统专项解决方案

国产化SCADA系统在建设初期，针对长输管线行业特点，国内外长输管线发展及问题进行调研、总结、优化，针对信息安全、管理、维护等多方面提出并实现了多项专项解决方案。

主要有以下几项：

（1）全系统时钟同步方案

全线站场、调控中心、管理处服务器和站控机均需周期性的与调控中心校时服务器进行校时，调控中心SCADA系统和站场SCADA系统还需有校时降级策略，最终保证整个SCADA系统时钟的一致性。

（2）远程维护方案

长输管道SCADA系统站点分散、跨度大，为SCADA系统维护带来一定困难，远程维护方案主要是采用RDMS服务器/客户端软件实现对各站及调控中心服务器的远程维护。

（3）全网诊断方案

全网诊断方案对系统网络、通讯信道、站场BPCS控制系统、阀室RTU设备在调控中心实现的全系统诊断方案。

（4）全系统防病毒方案

全线系统服务器均部署防病毒软件，并且具备病毒库服务器，病毒库服务器定时更新病毒库，并为各个系统提供病毒库源。

（5）全系统断线续传解决方案

站场和调控SCADA系统具备断线续传机制，当网络不稳定或者短时间断线恢复时，站场断线时的数据自动回传给调控中心，提高SCADA系统的可靠性。

（6）全系统日志解决方案

调控SCADA系统日志可查阅并存储整个长输管道SCADA系统系统日志和操作日志。

2 国产化SCADA系统各部分建设介绍

国产化SCADA系统建设包含调控中心SCADA、站场SCADA和控制系统、阀室控制系统，调控中心和站场、阀室自控网络采用专用光纤完成通讯链路搭建，通过路由器实现双链路冗余结构。

2.1 调控中心建

调控中心系统采用中空VxHistrain实时、历史数据库，为调控中心SCADA提供数据源，并且存储日志数据;调控中心SCADA包含远程维护站、调度员站、工程师站及操作员站等。

通常，根据调度控制中心下达的启/停站命令，压力/流量设定值等，站控制系统自动完成具体的操作。亦可切换到对各单体设备进行控制。

调度控制中心的主要功能如下：

●监视各工艺站场及监控阀室工艺设备的运行状态;

●监视全线各站场重要运行参数（压力、流量、温度等），实时进行显示、报警、存储、记录和打印;

●监视控制管道线路紧急截断阀和站场越站旁通阀，修改压降速率设定值;

●监视全线供配电系统、消防系统、阴保系统、通风系统等辅助系统的工作状态和运行参数;

●报警显示、报警管理以及事件的查询、打印;生产统计报表的生成和打印;

●输气工艺过程控制，包括全线正常的启输/停输、操作参数遠程设定等;

●实时/历史数据的采集、归档、管理以及趋势图显示;

●发布ESD命令，包括所有监控阀室和所有干线站场;

●监视工艺站场、监控阀室的的火灾、可燃气体和安全状况;

●输量预测和输量计划，全线的紧急停输、系统时钟同步;

●SCADA系统的故障诊断、远程维护和全系统诊断、断线续传;

●主要仪表的故障诊断和分析、网络监视及管理、通信信道监视及管理;

●使用开放的系统技术支持其他平台的工作，应与模拟仿真系统等实现数据共享和数据集成。

2.2 场站建设

站场SCADA建设为基础建设，需要完成工艺自设备监控，站内自动化设备监控及管理，实现站场及阀室控制要求;结合调控中心SCADA系统，完成调控中心SCADA系统的控制、管理及诊断功能。

2.2.1 站场自动化配置

站场SCADA系统集成了站内所有自动化系统，通过SCADA系统统一监控管理。

2.2.2 站控SCADA系统主要功能

站控SCADA系统实现以上基础控制及管理功能，在调度控制中心授权的前提下，启/停命令，压力/流量设定值等由站操作员通过操作员工作站发布，由站控制系统自动完成。调度控制中心对站的自动控制进行监视。

监控本站工艺设备的运行状态;

向控制中心上传经选择的数据和报警信息;

接受和执行控制中心的控制命令，进行控制和调整设定值，并能独立工作;

输气过程控制，包括压力或流量控制和站场安全联锁保护控制;

采集和处理工艺及辅助系统变量数据，实时进行显示、报警、存储、记录和打印;

提供工艺站场的运行状态、工艺流程、动态数据的画面或图形显示、报警、存储、记录和打印;

经通信接口与第三方的智能仪表交换信息;

监视工艺站场和站控制室火灾、可燃气体、有毒气体等安全状况和站场变电和配电系统的状态;

故障自诊断，并把信息传输至调度控制中心;

2.3 阀室建设

阀室是输气干线中工艺比较简单的设施，一般为无人值守。根据设计要求，在输气干线约20～30km范围内应设置阀室，在特殊情况下，如河流等穿越处两侧分别设置阀室。

阀室主要作用有两个，一个是当管线上、下游发生事故时，管线内天然气压力会短时间内发生很大变化，快速截断阀可以根据预先设定的允许压降速率自动关断阀门，切断上、下游天然气，防止事态进一步扩大;二是在维修管线时切断上下游气源，放空上游或下游天然气，便于维修。

阀室数据上传上下由站场，通过站场将数据统一上传至调控中心，阀室控制主要为干线气液联动阀三级权限控制和气液联动阀自立式压力（压降速率）保护控制，阀室SCADA功能在站场SCADA实现。

3 国产化SCADA系统运行报告

目前中石化某管道已建成国产化SCADA系统于2016年10月开始建设，2017年11月完成正式调控中心搭建及投运。建设规模：10座场站、13座RTU阀室。目前已运行6座站场和9座RTU阀室，控制系统运行稳定，调控中心数据库存储及管理功能正常，数据链路运行稳定。

国产化SCADA系统采用通过第三方测试的浙江中控的VxSCADA监控软件、VxHistorian实时数据库软件以及VxCollector前置机通讯软件产品。每个站场部署冗余HMI工作站（运行VxSCADA软件）、冗余通讯前置机（运行VxCollector软件）;调控中心部署冗余SCADA实时数据服务器（运行VxSCADA软件）、冗余历史数据服务器以及磁盘阵列。工作站/服务器均为热备冗余，可进行无扰切换。国产化SCADA系统采用人性化设计，支持全中文、集成组态开发界面，操作人员可快速熟悉系统操作及简单维护;系统具有完善的报警管理功能，报警位号可进行分组设置、查询，报警确认功能确认结果可编辑;趋势查询功能读取历史数据速度较快，系统具有历史报表、实时报表、用户管理功能，用户登录统计功能使用方便。

4 总结

SCADA系统国产化满足某管道的生产需求，在适用性和可靠性方面不断改进。作为国产自主的SCADA监控软件平台，有效保障长输管线SCADA系统的信息安全。目前，SCADA系统运行平稳，分输站场和RTU阀室可模板化快速组态，可维护性强，易用性强，是很多国外软件所无法比拟的。

参考文献

[1] 杨述开.油气长输管道沿线场站局域网设备入网方法探讨[J].中国管理信息化， 2016， 19（01）：61-63.

[2] 郭曉瑛，路艳斌，郑娟.国内外长输管道SCADA 系统标准现状[J].油气储运，2011，30（02）：156-159.