SCADA系統在長慶油田—呼和浩特石化原油管道中的應用

霍青國

（中油龍慧自動化工程有限公司，河北 廊坊065001）

0 引言

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統即監視控制及數據采集系統，主要功能是在工業生產運行過程中，實時動態采集現場數據，對工業工藝設備進行遠程或本地的自動控制，對工藝生產流程進行動態、全面、實時監控，并為生產運行、調度管理和生產管理提供必要的數據。它應用范圍很廣，適用于石油、化工、燃氣電力、冶金、鐵路等行業的數據采集與監控以及過程控制等很多領域。

1 長慶油田—呼和浩特石化原油管道全線控制概述

長慶油田—呼和浩特石化原油管道工程采用密閉輸油方式，自動化控制采用以計算機為核心的SCADA系統，完成對輸油管道工藝設備的監視和控制任務。整個SCADA系統由過程控制系統（SCS）、安全儀表系統（SIS）、閥室監控系統（RTU）、區域顯示終端、調控中心（北京主調控中心和廊坊備用調控中心）組成，該系統通過廣域網連接，通信介質采用光纜和公網的DDN鏈路。

全線水擊保護系統采取壓力控制工作模式，對首站出站壓力、各中間熱泵站進／出站壓力、末站進站壓力進行控制。

全線有6個站場和5座監控閥室，站場設置站控系統（SCS，Station Control System）和 ESD（Emergency Shut Down）系統，監控閥室設置遠程終端單元（RTU，Remote Terminal Unit）采集和監視控制全線所有的站場數據。

全線站場及閥室數據上傳中石油北京油氣調控中心和廊坊備用調控中心，納入中石油調控中心統一管理，實現在調控中心對長慶油田—呼和浩特石化原油管道的全面監控和管理。

2 長慶油田—呼和浩特石化原油管道SCADA系統設計

2.1 SCADA系統控制模式

大型輸油氣管道SCADA系統有2種控制模式：

（1）調控中心對全線設備的統一監控和調度管理；

（2）站控制室對本站設備的遠程監控和管理。

通常由北京油氣調度中心對全線工藝設備進行監視和控制。值班調度人員在北京主調控中心通過計算機控制系統完成對全線的監視、操作和管理。正常情況下，站場值班人員無需人工干預，站控系統會在調控中心的統一指揮下完成各自工作。

站控系統和調控中心的權限切換由調控中心值班人員來完成，中心控制模式下，站控系統只能監視；站控控制模式下，站場值班人員可以通過站控系統進行各種操作；當站場與調控中心發生通信故障或系統檢修時，由站控系統完成對本站設備的監控。利用廊坊備用調控中心作為整個SCADA系統的備用調控中心，一旦北京主調控中心SCADA系統故障失效，可人為切換到廊坊備用調控中心，繼續監控各站及管道的運行。

SCS和閥室的RTU是SCADA系統的控制單元，是保證SCADA系統正常運行的基礎。SCS安裝在各工藝站場的綜合設備間，RTU安裝在各閥室的設備間。二者的主要功能是完成所在站場或閥室的數據采集和監控，同時能夠將相關信息傳遞給調控中心（閥室數據還可以傳遞至上下游站場），并接收調控中心下達的指令。

正常情況下，調控中心對全線各工藝站場和線路截斷閥通過SCS、RTU進行遠程監視、控制、調度和管理，管線達到站場有人值守、無人操作的水平，監控閥室達到無人值守的自動化水平。

管道上游生產儲備庫和下游呼和浩特石化涉及管道安全運行的關鍵參數（如進出閥位、罐前閥位、儲罐液位等）傳遞到相關站場的站控系統，為管道安全運行提供必要的數據。

2.2 SCADA系統通信路由

SCADA系統采用光纖通信作為主信道，備用通信為衛星通信。北京主調控中心和廊坊備用調控中心分別與干線各站控系統通過光纜互聯，通過IP方式接入北京主調控中心和廊坊備用調控中心；同時干線各站控系統通過衛星通信系統連接北京主調控中心作為備用通信信道，站控系統在油坊莊首站匯聚后租用一條公網2M電路接至廊坊備用調控中心。

監控閥室的RTU通過光纜將數據傳輸給與其相鄰的干線站場，并通過該站的站控系統將數據傳輸給北京主調控中心和廊坊備用調控中心。

2.3 SCADA系統功能

長慶油田—呼和浩特石化原油管道SCADA系統主要完成管道生產運行過程中工藝過程及設備的數據采集和處理，監視運行參數、主要設備狀態及保護，控制泵的啟停及閥門的開關動作，PID參數的調節，緊急情況下的聯鎖保護、ESD保護、水擊保護等功能。站控系統既可獨立完成對本站場的數據采集和控制，還可將數據傳遞至調控中心，并接收調控中心下達的指令，完成對本站設備的操作，是SCADA系統中最重要的監控級。當站控系統不可使用，如系統故障或檢修時，主要設備可在就地模式下完成操作。

站控系統實現功能如下：

（1）站場工藝設備的數據采集和處理；

（2）采集第三方智能設備信息，為生產運行提供幫助；

（3）顯示動態工藝流程；

（4）提供人機對話的窗口；

（5）按報警重要程度提供不同類別的報警信息；

（6）數據存儲和處理；

（7）顯示工藝參數的實時趨勢和歷史趨勢曲線；

（8）PID調節壓力、流量；

（9）主要設備的聯鎖保護；

（10）全線的水擊保護；

（11）緊急關斷保護；

（12）報警打印和事件記錄；

（13）生成并打印生產運行報表；

（14）數據上傳調控中心；

（15）接收調控中心下達的命令。

2.4 SCADA系統硬件配置

長慶油田—呼和浩特石化原油管道各站系統配置中PLC選用的是AB公司的ControlLogix系統，包括CPU、電源、機架、以太網和I／O網絡，選用了同系列的I／O 卡 件，DI：1756－IB16、DO：1756－OB16I、AI：1756－IF8、AO：1756－OF8，且所有模板都支持帶電熱插拔。ESD控制系統選用的是Honeywell公司的Safety Builder，SCADA系統軟件選用的是Honeywell公司的ExperionhS。

圖1 長呼線水擊數據流向圖

2.5 SCADA系統水擊保護

長呼線水擊保護系統采用的是Honeywell公司的安全管理系統（SM），其工作方式是2個CPU同時運行，無主備之分。該系統在管道系統中一般作ESD系統使用，如西二線、長呼線，SM系統與AB PLC（過程PLC）之間不能直接通訊，需通過串口通訊；其他管線一般是采用AB PLC作為水擊保護系統，AB PLC在其他管線既可作過程PLC使用，也可作ESD使用。采用AB PLC作為水擊服務器，則可與過程PLC（AB PLC）直接通訊。

長呼線在油坊莊首站有一套SM機柜作為水擊服務器，水擊服務器與其他站場的ESD系統（SM）通訊，通訊協議采用的是SafeNet，該協議具備故障后自鎖的功能，一旦通訊中斷，需要在確認故障并解除后進行復位操作，其他站ESD系統再與AB PLC通訊，傳遞數據。

長呼線水擊數據流向圖如圖1所示。

長呼水擊主要涉及的執行設備有給油泵、輸油主泵、加熱爐、調節閥、電動閥。給油泵、輸油主泵的停泵方式是順序停泵（需判斷高編號的泵是否運行，如不運行直接跳過），調節閥需要觸發水擊邏輯時程序自動置為自動狀態；邏輯編程都在本站過程PLC（AB PLC）中，過程PLC通過ESD系統（SM）將邏輯判斷結果“水擊事故工況”利用專有SafeNet協議通訊給水擊PLC（SM），水擊PLC再通訊給其他站場。

本文以首站事故工況為例，說明觸發水擊邏輯的幾類事故工況及執行情況。

事故工況：

（1）站停電事故狀態；

（2）中心下達“站ESD命令”；

（3）站關閉事故狀態；

（4）站ESD事故狀態；

（5）給油泵甩泵事故狀態；

（6）輸油泵甩泵事故狀態。

水擊執行步驟——全線停輸控制程序：

（1）停運全線所有站場的加熱爐，順序停運油坊莊首站輸油泵；

（2）第一步執行后240s，順序停運鄂托克旗熱泵站輸油主泵；

（3）第二步執行后360s，順序停運烏審旗熱泵站輸油主泵；

（4）第三步執行后240s，順序停運土默特右旗熱泵站輸油主泵，將呼和浩特末站進站調節閥壓力控制器設定為2.0MPa；

（5）第四步執行后120s，將呼和浩特末站進站調節閥壓力控制器設定為3.0MPa；

（6）第五步執行后120s，將呼和浩特末站進站調節閥壓力控制器設定為4.0MPa；

（7）第六步執行后360s，關閉土默特右旗熱泵站進站閥門XV0105。

3 結語

長慶油田—呼和浩特石化原油管道SCADA系統的投用，提高了管道運行的自動化水平，實現了生產運行過程中數據的實時采集和處理、主要工藝設備的遠程控制，充分利用計算機實時自動監控手段，大大減少了運行人員的成本，為公司生產提供了可靠的數據。