川氣東送管道SCADA系統運行及維護

王 倩 姜明慧

中油龍慧自動化工程有限公司

川氣東送管道SCADA系統運行及維護

王 倩 姜明慧

中油龍慧自動化工程有限公司

川氣東送管道自動控制系統使用了以計算機為核心的SCADA系統，該系統在調度控制中心完成對全線的監控、調度、管理，由沿線各場站的控制系統實現對工藝數據采集和監控。下位機系統維護主要是對冗余功能的測試，同時還有I/O模塊通道和報警連鎖功能的測試。清管球指示器到需要用時才安裝電池供電，而站控系統則不需要繼續對清管球指示器外供24 V電源，還可以將并聯在供電回路中的防浪涌保護器拆下，以待用。氣液聯動閥執行機構Line Guard報警延時時間設定值理論上定在180 s，但實際應用中可以允許設定的上限值為1 800 s，應綜合考慮現場工藝并根據需要進行確定。

川氣東送；管道；SCADA系統；通信；維護

我國SCADA系統的應用始于1997年建成的陜京輸氣管道，之后該技術始終未能得到大范圍的應用和普及。西氣東輸工程中，全程4 000 km的管道全部采用SCADA系統，表明我國天然氣運輸管道自動化水平走向了一個新的里程。川氣東送管道工程西起川東北普光首站，東至上海末站，是繼西氣東輸管線之后又一條貫穿我國東西部地區的管道大動脈。

1 系統設計

川氣東送管道自動控制系統使用了以計算機為核心的SCADA系統，該系統在調度控制中心完成對全線的監控、調度、管理，由沿線各場站的控制系統實現工藝數據采集和監控。與此同時，還能把工藝和設備運行情況等重要資料，利用通信系統全部傳送到調度控制中心，然后各場站接受由調度中心所傳達的命令。在公司的管理和維護下，已建成了川氣東送管道SCADA系統，其由1個主調控中心、1個備用調控中心、6個輸氣管理處監視終端、32個站控系統和36個遠程終端裝置構成[1]。川氣東送管道SCADA系統如圖1所示。

圖1 川氣東送管道SCADA系統

（1）現場監測儀表。川氣東送管道站場上傳至站控PLC系統或ESD的模擬量，通常涵蓋工藝管線壓力、溫度、差壓、流量等相關信號，同時還有過濾分離設備液位以及壓力調節閥閥位。投運后證實，這些模擬量信號無論是準確性還是在實時性方面均能滿足監控需要。

（2）監控設備。川氣東送管道站場站控系統監控設備主要包括氣液聯動閥、電動閥、電動調節閥、自力式調節閥和安全切斷閥等。上述設備的狀態監視以及控制命令執行等全部能滿足設計需要。

（3）火氣消防系統。SCADA系統中所設置的火氣消防系統主要功能用于火災、火焰以及可燃氣體檢測等方面的控制。其工作原理是，可燃氣體探測器和火焰探測器報警信號首先進入到F&G系統所帶有的火災綜合顯示報警盤中，接著把這些信號全部傳送到SCS系統；與此同時，還需要在綜合值班室、機柜間、發電機房以及變電所這些重要地方安裝感溫感煙探頭，以便更好地觀測和發現火災綜合報警，出現故障后，火災綜合報警系統分區故障點能夠及時上傳站控系統。

（4）第三方智能設備及閥室通信。實際運行中，可以選擇4座站場，對能夠表征第三方設備以及服務器通信質量的關鍵參數，也即是Barometer和%Errors這兩個重要數據進行統計，由此可以較為準確地了解到第三方智能設備的情況，掌握上、下游閥室以及站控服務器當前所處的通信情況。經計算，雖然有個別站場Error和其他站場或者設備相比較高，Barometer value卻并沒有受到影響，由于后者為表征通信質量最為重要的參數，因而通信質量依舊良好。另外，SCADA系統中的低壓配電盤以及高壓配電盤在本項目中使用的是Modbus TCP/IP通信協議。

2 系統維護

川氣東輸各站場的ESD系統供電均全部是依照冗余的兩路220 V交流設計[2]。但是由于一些站場在設計或者施工方面受到影響，只有一路220 V交流供電，因而無法確保ESD系統的供電冗余，這樣使得部分站場的消防水罐液位數據不能夠進行準確上傳。

根據西氣東輸SCADA系統維護工程項目特點，為確保該項目能保質、保量、按期完成，使各項責任落實到實處，中油龍慧自動化工程有限公司成立西氣東輸SCADA系統維護工程項目部，全權負責西氣東輸SCADA系統維護工程，重點做好以下幾個方面工作：

（1）上位機系統維護。作為人機界面，上位機可以充當整個站控系統的“眼睛”，各個站的全部設備狀態、參數以及操作記錄等都是由它來集中顯示的。維護主要有兩個內容：一是硬件。需要派出專人對工作站做定期的清潔和除塵，對各種通信接口進行經常性檢查。二是軟件。需要實施病毒查殺、病毒庫更新，對于垃圾文件也應及時清理；同時還要做好趨勢記錄和報警時間的檢查，對工程軟件則應注意做好備份。

（2）下位機系統維護。PLC為整個下位機系統的核心，因而對于系統的穩定性與可靠性起著關鍵作用，所以必須高度重視。維護內容主要是對冗余功能的測試，同時還有I/O模塊通道和報警連鎖功能的測試。測試時需要嚴格執行操作流程，同時根據實際開出操作票和連鎖保護摘除工作票[3]。進行系統冗余功能測試前需要保證現場全部設備基于就地控制條件，而連鎖保護功能則應基于摘除條件，接著根據測試規程依次實施電源、通信以及CPU這些主備模塊的切換測試，否則會影響測試效果。進行系統整體聯鎖情況測試時，應確保場內輸氣設備停運，且現場設備始終處在一種遠程控制中，確保各軟、硬連鎖功能正處于投運當中。

（3）清管球指示器的防電保護。川氣東送各站場設置的清管球指示器借助其自帶的電池進行供電，同時也也借助PLC機柜外供24 V直流的方式進行供電。系統處于這種供電模式下，需要采取一定的措施避免雷擊導致浪涌尖峰對PLC供電系統造成的破壞[4]。清管球指示器在管道傳輸中所使用的頻率并不高，而場區24 V直流電源回路卻極易遭到雷擊或者雨淋這些惡劣環境的破壞，進而給系統帶來接地、短路、雷擊等燒壞系統模塊這些負面影響。所以，清管球指示器等到需要用時才安裝電池供電，而站控系統則不需要繼續對清管球指示器外供24 V電源，還可以將并聯在供電回路中的防浪涌保護器拆下，以待用。

（4）UPS和通信設備維護。進行維護時應當著重主機的污染切換以及電池組的后續供電。因而測試時，基本前提就是運行設備正處于就地控制當中，確保各聯鎖保護功能也正處在摘除當中。注意要將市電電源斷開，重點觀測切換功能是否良好，對于后續供電的時間做好記錄。另外，還要對電池組中單個電池的端電壓進行仔細測量，如果測量發現單個電池間端電壓已經低于1 V，就要考慮對其充電，必要的話可以更換，防止單個電池故障而造成的整組電池報廢。

（5）氣液聯動閥誤觸報警維護?，F階段來說，氣液聯動閥執行機構Line Guard報警延時時間設定值理論上定在180 s，但實際應用中可以允許設定的上限值為1 800 s，應綜合考慮現場工藝并根據需要進行確定。通常建議在保障生產安全的基礎上，合理地延長延時時間，其目的在于降低氣液聯動閥誤觸發幾率。站場上位機報警點進行設置時一般不宜過多，如果過多的話反而會讓值班人員形成一種麻痹不敏感心理，從而埋下安全隱患。系統在投入運行時，必須根據生產管理的需要合理地設置報警點數量及級別。

3 結語

川氣東送管道SCADA系統具有規模龐大、設備繁多、邏輯關系復雜等特點，因而在設計時應將系統特征和項目需求進行有機結合，合理設計；定期維護工作中，不僅要面面俱到，還要重點突出，確保提高維護質量，保證輸氣生產安全的同時，盡量減輕對正常生產造成的影響。

[1]田家興，王海峰，趙廉斌，等．HS與ViewStar兩種HMI系統在西氣東輸的應用[J]．自動化與儀器儀表，2011（4）：107-109.

[2]王多才，高鵬，王海峰，等．氣液聯動執行機構意外關斷分析及在西氣東輸的應用[J]．石油規劃設計，2012，23（2）：51-53.

[3]彭太翀，王海峰，王多才，等．關于西氣東輸ESD系統報錯的探討和可行性優化建議[J]．工業控制計算機，2011，24（11）：28-30.

[4]何禮高．DSPIC30F電機與電源系統數字信號控制器原理與應用[M]．北京：北京航空航天出版社，2007．

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.049