SCADA系统在沙特SWCC输水项目中的应用

叶 强，申荣春

（中石化江苏油建工程有限公司，江苏 扬州 225009）

0 引 言

目前，仪表自动化系统发展方向是仪表数字化、先进控制软件技术实用化、计算机网络化以及发展计算机监督控制和数据采集系统（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA），以适应石油、化工工业发展的需要，取得更大的经济效益。监控和数据采集系统（SCADA）在国内外已得到广泛的应用，取得了明显的经济效益。

SWCC一直是中石化石油工程建设有限公司发展沙特业务的重点公司之一，本项目的实施对提升中石化石油工程建设有限公司在海外业务拓展上有着重要的影响意义。

1 SWCC输水管道工艺及控制要求

1.1 SWCC输水管道工艺

沙特SWCC输水项目约有200 km的输水管道线路工程、水泵站及配套的附属设备、同沟敷设的光缆通信系统及阴保系统、控制中心。沙特SWCC输水项目输水管道最大设计输量为604 000 m/d，设计压力最大为75 barg，线路全长约200 km，线路采用多级泵站加压输水工艺。沿途设PS1-C首泵站、PS2-C加压泵站，OWT1、OWT2缓冲站及高端蓄水站（带加氯消毒功能），4座电动截断阀室，3处阴极保护深井。输水起点设在沙特西海岸盐步市的海水淡化工厂，末站设在沙特圣城麦地那的MOWE净化水厂。

1.2 SWCC输水控制要求

本项目自动控制系统包括计算机控制系统和远程控制仪表。自动控制系统的要求是确保输水系统安全、可靠、平稳、高效、经济节能地运行。中央控制中心和场站控制室的调度及操作人员通过操作工作站计算机就可以掌控泵站系统及管道系统工艺过程的压力、温度、水质、流量、设备运行状态等信息，同时又可以检测各分系统的运行状况，实现对各个站场和全线管道的运行管理及监控。

各分站控制系统将完成对该站的数据采集、过程控制、联锁保护等工作，并为中央控制中心提供相关数据，反馈和执行中央控制室发出的动作指令。

2 SWCC输水管道SCADA系统设计

2.1 SCADA系统控制模式

本项目采用的是日本横河机电设计生产的FAST/TOOLSSCADA系统，该产品具有开放式软件结构，支持多个操作系统；高性能和大容量，紧凑、高效的FAST/TOOLS结构意味着无需使用独立的服务器处理报警、实时数据、历史或任何其他SCADA功能；广泛的扩展性，单个服务器最多支持1 600万点的数据库容量；非常适合应用在沙特SWCC这种大型综合输水项目控制系统。

SCADA系统采用多级控制方式，一般由中央控制中心、站控系统及远程终端装置构成。SCADA系统对各站实施远距离的数据采集、监视控制、安全保护和统一运行管理。中央控制中心可向各站控制系统发出操作指令，由站控系统完成控制命令；中央控制中心通过通信系统实现资源共享、信息的实时采集和集中处理。全线采用中央控制级，在正常情况下，日常的输水工作都在中央控制中心的监视和控制下进行，沿线场站无需在人工操作下进行自动化控制。对此拟展开论述如下。

（1）站场控制级。通过站控系统对站内工艺变量及设备运行状态进行数据采集、监控及联锁保护。在无人值守的OWT1、OWT2缓冲站经中央控制室的授权，可以对站场进行授权范围内的操作。当通信系统发生故障或者系统检修时，通过站控系统对各站实施监控与控制。

（2）单元控制。操作人员监视和控制现场的仪表、阀门和泵，通过每个单元控制系统的触摸屏加以调控只有在中央控制和场站控制通信出现问题或者得到授权才可以进行单元控制。

（3）就地控制。站内运行人员完全进行手动操作，需要通过读写现场变送器的数据，转动机械开关或者按钮来维持输水系统运行。当系统进行设备维修或者遇到紧急情况下，才会采用就地控制模式。

2.2 SCADA系统结构

中央控制中心是沙特SWCC输水SCADA系统的中枢，是生产运行的最高监控和操作平台，实现对沿线泵站与场站现场生产数据与运行状态的监管及控制，并可执行场站和管线的实时数据采集、数据处理及生成生产报表等指令。整个系统中的所有服务器都采用了热冗余技术，确保当个别服务器出现故障或维修时，自动切换至备用设备，不影响系统的输水功能，提高场站安全运行的可靠性。

沙特SWCC输水项目中主要通信媒介是采用同沟敷设的72芯光缆和沙特STC通信公司的公共网络。数据交换是使用标准工业以太网，通过路由器及交换机实现中央控制中心与各分站的直接通信。

图1为SWCC项目SCADA系统框架图，包括中央控制室的服务器配置情况，如操作师站用于日常监控系统运行，工程师站用于工程师更新系统组态或更改系统控制逻辑中的个别参数，提高SCADA系统的控制性能。每个站控服务器在位置上划分区别，但又在逻辑控制上作为一个独立整体，既可以统一部署实时数据采集、发送的工作任务，又可以根据场站的具体情况独立实现监视控制作用。

图1 SWCC输水SCADA系统框架图Fig.1 SCADA system diagram of SWCC water delivery project

沙特SWCC输水SCADA系统中的通信包含3种方式：内部通信、与I/O设备通信及外界通信。用户与服务器直接以及服务器直接的通信主要是请求式，设备驱动程序与I/O设备通信大部分也采用请求式，由于输水场站在沙特属于重要的安全场所，安全级别较高，为防止他人误操作或者蓄意破坏现在设备，所以采用请求式，只有得到授权的操作才是被允许了，从而提高了整个输水的安全可靠性。图2为SWCC输水管道通信系统结构图。

图2 SWCC输水通信系统结构图Fig.2 Communication system structure diagram of SWCC water delivery project

3 SWCC输水管道SCADA系统功能实现

以中央控制中心为例，其主要实现功能是根据工艺流程和工艺设备的控制要求而被开发编制组态的，包括每个工艺设备的动作及时序，以及各种逻辑联锁保护功能。系统主要功能如下：

（1）工艺流程。系统研发的工艺流程图画面中显示了沙特SWCC输水项目的所有泵站和终端站及全部管线的当前状态，主要的参数为进出场站的水流量、水压力、场站蓄水量及水温度。操作人员可以通过设置在中央控制室的液晶显示器上，掌握整个输水系统中，各个重要场站的信息，提高了工作效率。

（2）控制流程。图3为控制流程图主画面，其中显示了大罐、液压控制阀、泵的当前状态及现场仪表变送器的当前反馈数值。点击控制界面的图标，会弹出相应的控制面板进行控制。

图3 SWCC项目系统控制流程图Fig.3 System control diagram of SWCC water delivery project

（3）操作界面。图4为PS1-C站场各子系统显示集成的操作界面，通过点击相对于的图标可以了解相关分系统的状态以及当前数据。比如，泵冷却水系统的切换、泵的启停状态、电气系统的输出状态、UPS处于充电还是放电过程、缓冲罐空压机防水击系统是否具备投入条件等。同时又可以通过画面颜色的变化，得知模拟量或者数字量数据是否在正常工作范围。系统对关键的数据设定了高报、高高报、低报、低低报警，当某一参数超出范围值，就会出现闪烁的报警画面，同时伴有刺耳的警报声。此外还有趋势曲线图、历史曲线图，都可以根据现在的实际需要调整曲线显示类型、时间长度和时间间隔等。自动生产报表，每2 h采集记录一次场站内控制系统的数据，参数包括管道压力、温度等，并以Excel形式通过打印机打印出来，每天定时打印。

图4 PS1-C场站操作界面图Fig.4 Operation interface diagram of PS1-C station

（4）泵系统监视控制画面。图5为泵系统控制画面。泵系统作为整个输水项目核心设备，关系着项目的安全和经济效益，所以对泵的监视与控制是运行团队的首要任务，除了前文描述的联锁保护控制以外，还增加了ESD系统。ESD系统是当泵系统出现紧急情况可以及时切断系统，能最大程度地保护人员安全和设备安全。操作员可以用手触发ESD系统，按钮分别设置在控制室和泵房的门口。

图5 PS1-C泵系统控制画面Fig.5 Pump operation screen of PS1-C station

4 结束语

沙特SWCC输水管道项目SCADA系统的应用，实现了输水管线的自动化建设。该系统的应用，使得管线及沿线场站的工艺生产数据可以实时采集并发送给工作人员，对现场的电气仪表设备进行实时监控与控制，通过网络系统可以对远程场站进行分析、控制与管理。自动化是现代工业的重要标志，SWCC项目的高度自动化技术应用，能够提高生产效率，降低人力人本，方便企业管理决策，在确保安全输水中起到了极其重要的作用。