SCADA系統安全聯鎖誤動作的原因分析及改進方法

胡勇，張權，高炬

（中國石化有限公司管道儲運分公司聊城輸油處，山東聊城252000）

數據采集與監控系統SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統，可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

SCADA系統作為生產運行的重要保障，理應達到安全、可靠的運行狀態，系統安全聯鎖尤為重要。如果系統不能正常聯鎖或者出現聯鎖誤動作，輕則造成關聯運行設備損壞、生產停運，重則將造成輸油管線全線的聯鎖反應，從而帶來安全事故和較大的經濟損失。

1 臨濮輸油管線概況

臨濮線全長241km，共有8個輸油站。2003年對全線進行自動化改造，SCADA系統正式投用。因趙寨子、莘縣為常開泵站，采用常溫輸送方式，其重點設備為輸油泵。為保障輸油泵安全運行，對泵和電機相關參數都加裝了安全聯鎖保護功能，即實現在異常情況下（如溫度超高或壓力超低等）實施停機保護的自動響應，避免設備損壞。例如：輸油泵及其配套電機在運行過程中需要保證壓力、溫度參數在規定的范圍內；如果運行參數超過聯鎖停機值，SCADA系統則執行聯鎖停機，達到保護設備的目的。

表1 輸油泵各部分參數及聯鎖報警和停機示值

續 表 1

2 聯鎖誤動作原因分析及整改措施

2.1 原因分析

SCADA系統的運行由現場儀表、電纜及端口連接、控制系統三個環節組成?，F場輸入信號有Pt100熱電阻信號，其他4～20mA模擬量信號；電纜及接口連接包括儀表系統電纜連接、電纜連接的各種接口等；控制系統包括現場信號進入IO模塊進行信號轉換，轉換后的信號由控制器進行處理、分析、響應等。

2009年11月，對臨濮線SCADA系統及管道檢漏系統實施了升級改造。在對莘縣站SCADA系統進行現場功能測試時，發現溫度、壓力檢測值出現異常情況，溫度檢測值為200℃，壓力檢測值為0，系統產生了報警，并發出了停機指令。但通過現場檢查發現，設備并未出現溫度超高或壓力過低的現象。因此，判定這是SCADA系統產生的一種聯鎖誤動作。

針對該問題，筆者與相關技術人員從系統處理方法、系統回路和運行環境三個方面，結合SCADA系統的組成原理及現場實際情況，通過列表的方式找出主要原因，如圖1所示。

圖1 SCADA系統聯鎖誤動作的原因

針對可能造成SCADA系統安全聯鎖保護誤動作的9個末端因素，筆者通過檢查、測試、分析并逐一確認。

2.1.1 檢測方法不合理

如果系統回路斷路，則溫度檢測值為最大、壓力檢測值為零。在測試過程中出現的溫度檢測值為200℃，壓力檢測值為0，這些數值均不是現場真實值。而SCADA系統會認為這時傳輸到系統的數值超過了聯鎖保護值，導致了系統執行聯鎖動作，說明SCADA系統的檢測方法有缺陷。結論：是。

2.1.2 控制邏輯不合理

SCADA系統能對現場的信號作出正確的響應并通過了功能測試。結論：否。

2.1.3 熱電阻損壞

誤動作發生時，現場熱電阻工作正常，無故障。結論：否。

2.1.4 壓力變送器故障

聯鎖誤動作發生時，現場壓力變送器工作正常，無故障。結論：否。

2.1.5 連接端子松動

經現場查看，現場設備運行時產生的振動，對與設備連接的端子產生了干擾振動，導致部分連接端子產生松動，從而使SCADA系統回路發生斷路故障。結論：是。

2.1.6 IO模塊損壞

經現場檢查，發現模塊均正常工作。結論：否。

2.1.7 電纜斷路

電纜通過出廠檢驗，現場對電纜進行檢驗、檢測，無故障現象。結論：否。

2.1.8 電纜短路

電纜通過出廠檢驗，現場安裝后進行了絕緣測試合格，對電纜進行檢驗、檢測，未發現故障現象。結論：否。

2.1.9 設備溫度過高

功能測試時現場溫度不高，并且環境溫度對設備運行影響可以忽略不計。結論：否。

2.2 改造措施

2.2.1 在SCADA系統中增加數據有效性判斷

a）針對系統進行技術分析。站控系統采用CITECT公司的產品，使用Pipeleak3.0監控軟件，在原有基礎上進行功能擴展，利用IO采集模塊的自診斷信息，增加了數據有效性分析與處理功能，達到最終功能目標。

每個IO采集模塊在采集現場實際數據的同時，有單獨一個字節（可從SCADA系統讀取）的模塊采集綜合狀態信息，在方案實施時，需要對綜合狀態信息進行采集、整理，并分別對應到每個通道（即對應每個現場遠傳儀表的采集點），最終從每個通道分別得到一個有效性判斷信息，將該信息和每個通道的示值進行整合，嵌入聯鎖保護程序中，達到預期的結果。

b）軟件流程分析及流程圖制訂。該系統原處理邏輯流程：現場變送器—IO采集模塊—采集數據報警與聯鎖；改進后系統處理邏輯：現場變送器—IO采集模塊—數據分析處理（含有效性分析）—數據有效—采集數據有效，進行正常報警與聯鎖，如果數據無效，則只進行報警，不進行聯鎖。同時對相關軟件中的部分保護數據進行必要的調整與修改。

c）功能測試。筆者對修改后的SCADA系統進行功能測試，內容包括：正常有效信號聯鎖動作、在異常情況下（如回路斷路等）的聯鎖動作。測試結果：SCADA系統安全聯鎖無誤動作。

2.2.2 對站場儀表連接端子使用彈簧墊片進行緊固

在站場功能測試的同時，完成對現場儀表連接端子的檢查與緊固，并且增加彈簧墊片，提高連接端子的抗振動能力，連接端子緊固率達到100%。

3 結束語

通過對SCADA系統的調整改造，解決了SCADA系統在異常情況下產生安全聯鎖誤動作的問題，避免了停機停運、設備損壞等安全事故的發生，也避免了因一站安全聯鎖誤動作帶來全線運行狀態改變等一系列聯鎖反應造成的不必要經濟損失，大大提高輸油生產的安全性，保障輸油生產平穩運行，降低了泵站崗位一線值班人員的勞動強度。SCADA系統到目前為止運行情況良好，未發現安全聯鎖誤動作，運行達到了安全可靠的要求。

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