长输管道SCADA监视系统

杨雪富

摘要：本文主要介绍长输油气管道SCADA系统的构成、作用和应用效果

关键词：SCADA系统；PLC控制系统；上位机系统；下位机系统

前言

SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。它作为长输油气管道监视控制系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，近年来随着长输油气管道业务的发展取得迅速的发展。

一、系统功能

典型站控系统由操作员工作站、RCI、PLC、ESD控制系统、交换机、路由器、打印机等设备组成站控局域网，如下图所示。

操作员工作站用于对整个工艺站场运行情况的监视和控制，并对采集数据进行归档处理。配置打印机打印报警、生产报表和曲线等。操作员工作站不允许安装除系统和工程所使用到的软件以外的软件，同时不允许运行人员在该工作站上面进行其他工作。工作站只负责和通讯服务器RCI之间的通讯，它们之间的通讯协议采用IEC104的通讯协议。该通讯协议的主要特点是，对于采集的数据采取逢变则报的方式，减少平时的数据传送量，从而降低轮询周期。此外，工作站在一块网卡上集成两个RJ45的接口，该两个接口配置了相同的IP地址，确保在站控系统冗余的网络中，如果其中一个网络中断不会影响系统的正常运行。

PLC系统是SCADA系统的控制核心，主要选用罗克韦尔可编程控制器，采用热备冗余模式。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。

ESD控制系统主要选用德国HIMA以及霍尼韦尔可编程控制器，用于连锁保护和紧急停车。它支持以太网MODBUS通讯协议、同PLC进行通讯，MMI下发的命令需要通过PLC处理后再发给ESD系统，ESD系统的数据也需要先传送给PLC后，MMI才能接收数据。

RCI（远程通讯接口）作为站控SCADA系统的通讯服务器，它承接着与PLC控制系统和第三方设备之间的通讯，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，并将数据上传操作员工作站和调度中心。RCI与第三方设备之间的通讯采用MODBUSRTU协议，连接方式RS232或RS485，同PLC之间的连接方式为以太网。RCI同样是一块网卡上集成两个RJ45的接口，该两个接口配置了相同的IP地址。

二、系统作用

2.1计算机控制系统的操作模式

计算机控制系统的操作模式分为三级：就地操作级、站控制系统操作级、控制中心操作级。在正常情况下由调度控制中心对长输管道运行、调度和管理，在调度控制中心计算机控制系统、通信信道故障的情况下或者调度控制中心出现不可抵御的灾难时，由备用调度控制中心接受调度和管理权，对长输管道进行运行、调度和管理，在主调度控制中心完全恢复之后，仍由主调度控制中心完成控制。中心的运行方式要和调控中心操作方式保持一致。

2.2ESD系统作用

ESD系统作用是完成本站的紧急停车，同时接受控制中心下达的ESD命令。紧急停车（ESD）系统是保证管道及沿线站场安全的逻辑控制系统。ESD系统命令优先于任何操作方式。

对压气站而言，除设置站控系统ESD外，随压缩机组成套提供的压缩机组ESD系统。根据危险程度的不同，ESD系统分三级：

第一级：压缩机组、输油主泵自身运行异常、越限，执行ESD单独停车；

第二级：触发所有运行的压缩机组、输油主泵ESD保护停车，关闭进出口截断阀，对于输气管道自动放空机组及其管路内天然气；

第三级：由站控或中心触发站场ESD保护停车，关闭进出站阀，自动放空站内天然气并切断电源（消防系统电源除外），启动消防系统。对压气站而言，同时执行压缩机组ESD保护停车。

2.3上位机监视系统作用

2.3.1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；

2.3.2过程变量的巡回检测和数据处理；

2.3.3向控制中心上传数据和报警信息；

2.3.4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；

2.3.5压力或流量的控制；

2.3.6故障自诊断，并把信息传输至地区公司；

2.3.7压缩机及主要工艺设备的顺序控制；

2.3.8监视各站场变电和配电系统的状态；

2.3.9监视工艺站场和站控制室火灾、可燃气体和安全状况；

三、系统性能

3.1遥控平均传输时间<3S；

3.2信息传送速率≥9600bps；

3.3通信合格率＞99%；

3.4通信正确率＞99%；

3.5ESD勿动率＜0.01%；

3.6主备控制系统切换时间小于50ms。

结言

长输油气管道SCADA系统必须为管道安全、平稳、高效、自动化服务，在调度控制中心能够运行、调度、管理整条管道管道。在管理中心直接根据计算机控制系统采集的数据指挥管道的维护、维修和抢修。建设的计算机控制系统，对于控制中心的计算机管理系统应是透明的，控制中心能够对相关的重要控制设备有诊断和管理的能力，即通过这种措施来提高系统的可信度和可靠性，使自动化管道运行更为安全和可靠。目前SCADA系统各类检测设备也在继续优化和发展、自动化、网络化、智能化是未来SCADA系统发展趋势。

参考文献：

[1]王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用（第2版）[M].电子工业出版社，2012年：41-47.

[2]王振民.SCADA（监控与数据采集）软件系统的设计与开发[M].机械工业出版社，2012年：142-147.