長輸管道SCADA國產化技術探討

姜連田

摘 要

本文結合天然氣長輸管道國產化SCADA系統建設實施，詳細描述了天然氣長輸管道國產化SCADA系統的自動化、數字化方案實現，完成站場數字化生產管理信息平臺建設，保障長輸管道遠程監控及生產順利進行，同時介紹了國產化SCADA系統應用效果。

關鍵詞

長輸管道;國產化;SCADA系統;站場數字化生產管理信息平臺

中圖分類號： G434;G712? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.035

近年來國內天然氣使用量大規模增長，國內天然氣長輸管線發展迅速，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統作為天然氣長輸管網控制中心，在生產中肩負著整個長輸管線數據采集監控、輸氣管理、生產調度、運行維護協調等重要任務，同時為上層管理系統提供基礎數據，在整個長輸管道中發揮著非常重要的角色。

現國內長輸管線SCADA系統大多數仍使用國外的SCADA系統及技術，隨著國內自動化工業發展，SCADA系統由以往國外系統廠家逐漸被國內SCADA系統所代替，本文結合長輸管道國產化SCADA系統建設及運行情況，闡述長輸管道SCADA系統國產化的可行性。

1 國產化長輸管道SCADA系統概述

國產化長輸管道SCADA系統采用浙江中控VxSCADA軟件，數據庫采用VxHistrain大型數據庫（Unix版），結合VxCollector采集器軟件實現整個SCADA系統搭建，成功實現天然氣長輸管線系統建設。

1.1 國產化SCADA系統架構

整體SCADA系統分為三部分，第一為調控中心SCADA系統;第二為各管理處SCADA系統;第三為站場SCADA系統。

調控中心SCADA系統集中監控所有站場及閥室工藝、消防及自動化設備數據，實現生產管理功能、故障診斷功能、設備管理功能、遠程維護功能、消防管理、能源監管、管道保護系統監管等功能。

各管理處SCADA系統集中監控管轄區域內所有站場及閥室工藝、消防及自動化設備數據，實現生產管理功能、故障診斷功能、設備管理功能、消防管理、能源監視、管道保護系統監管等功能。

站場SCADA系統監控站內實現站內工藝設備監控、生產管理、消防管理、故障診斷、能源監視、管道保護系統監視等功能。

1.2 國產化長輸SCADA系統專項解決方案

國產化SCADA系統在建設初期，針對長輸管線行業特點，國內外長輸管線發展及問題進行調研、總結、優化，針對信息安全、管理、維護等多方面提出并實現了多項專項解決方案。

主要有以下幾項：

（1）全系統時鐘同步方案

全線站場、調控中心、管理處服務器和站控機均需周期性的與調控中心校時服務器進行校時，調控中心SCADA系統和站場SCADA系統還需有校時降級策略，最終保證整個SCADA系統時鐘的一致性。

（2）遠程維護方案

長輸管道SCADA系統站點分散、跨度大，為SCADA系統維護帶來一定困難，遠程維護方案主要是采用RDMS服務器/客戶端軟件實現對各站及調控中心服務器的遠程維護。

（3）全網診斷方案

全網診斷方案對系統網絡、通訊信道、站場BPCS控制系統、閥室RTU設備在調控中心實現的全系統診斷方案。

（4）全系統防病毒方案

全線系統服務器均部署防病毒軟件，并且具備病毒庫服務器，病毒庫服務器定時更新病毒庫，并為各個系統提供病毒庫源。

（5）全系統斷線續傳解決方案

站場和調控SCADA系統具備斷線續傳機制，當網絡不穩定或者短時間斷線恢復時，站場斷線時的數據自動回傳給調控中心，提高SCADA系統的可靠性。

（6）全系統日志解決方案

調控SCADA系統日志可查閱并存儲整個長輸管道SCADA系統系統日志和操作日志。

2 國產化SCADA系統各部分建設介紹

國產化SCADA系統建設包含調控中心SCADA、站場SCADA和控制系統、閥室控制系統，調控中心和站場、閥室自控網絡采用專用光纖完成通訊鏈路搭建，通過路由器實現雙鏈路冗余結構。

2.1 調控中心建

調控中心系統采用中空VxHistrain實時、歷史數據庫，為調控中心SCADA提供數據源，并且存儲日志數據;調控中心SCADA包含遠程維護站、調度員站、工程師站及操作員站等。

通常，根據調度控制中心下達的啟/停站命令，壓力/流量設定值等，站控制系統自動完成具體的操作。亦可切換到對各單體設備進行控制。

調度控制中心的主要功能如下：

●監視各工藝站場及監控閥室工藝設備的運行狀態;

●監視全線各站場重要運行參數（壓力、流量、溫度等），實時進行顯示、報警、存儲、記錄和打印;

●監視控制管道線路緊急截斷閥和站場越站旁通閥，修改壓降速率設定值;

●監視全線供配電系統、消防系統、陰保系統、通風系統等輔助系統的工作狀態和運行參數;

●報警顯示、報警管理以及事件的查詢、打印;生產統計報表的生成和打印;

●輸氣工藝過程控制，包括全線正常的啟輸/停輸、操作參數遠程設定等;

●實時/歷史數據的采集、歸檔、管理以及趨勢圖顯示;

●發布ESD命令，包括所有監控閥室和所有干線站場;

●監視工藝站場、監控閥室的的火災、可燃氣體和安全狀況;

●輸量預測和輸量計劃，全線的緊急停輸、系統時鐘同步;

●SCADA系統的故障診斷、遠程維護和全系統診斷、斷線續傳;

●主要儀表的故障診斷和分析、網絡監視及管理、通信信道監視及管理;

●使用開放的系統技術支持其他平臺的工作，應與模擬仿真系統等實現數據共享和數據集成。

2.2 場站建設

站場SCADA建設為基礎建設，需要完成工藝自設備監控，站內自動化設備監控及管理，實現站場及閥室控制要求;結合調控中心SCADA系統，完成調控中心SCADA系統的控制、管理及診斷功能。

2.2.1 站場自動化配置

站場SCADA系統集成了站內所有自動化系統，通過SCADA系統統一監控管理。

2.2.2 站控SCADA系統主要功能

站控SCADA系統實現以上基礎控制及管理功能，在調度控制中心授權的前提下，啟/停命令，壓力/流量設定值等由站操作員通過操作員工作站發布，由站控制系統自動完成。調度控制中心對站的自動控制進行監視。

監控本站工藝設備的運行狀態;

向控制中心上傳經選擇的數據和報警信息;

接受和執行控制中心的控制命令，進行控制和調整設定值，并能獨立工作;

輸氣過程控制，包括壓力或流量控制和站場安全聯鎖保護控制;

采集和處理工藝及輔助系統變量數據，實時進行顯示、報警、存儲、記錄和打印;

提供工藝站場的運行狀態、工藝流程、動態數據的畫面或圖形顯示、報警、存儲、記錄和打印;

經通信接口與第三方的智能儀表交換信息;

監視工藝站場和站控制室火災、可燃氣體、有毒氣體等安全狀況和站場變電和配電系統的狀態;

故障自診斷，并把信息傳輸至調度控制中心;

2.3 閥室建設

閥室是輸氣干線中工藝比較簡單的設施，一般為無人值守。根據設計要求，在輸氣干線約20～30km范圍內應設置閥室，在特殊情況下，如河流等穿越處兩側分別設置閥室。

閥室主要作用有兩個，一個是當管線上、下游發生事故時，管線內天然氣壓力會短時間內發生很大變化，快速截斷閥可以根據預先設定的允許壓降速率自動關斷閥門，切斷上、下游天然氣，防止事態進一步擴大;二是在維修管線時切斷上下游氣源，放空上游或下游天然氣，便于維修。

閥室數據上傳上下由站場，通過站場將數據統一上傳至調控中心，閥室控制主要為干線氣液聯動閥三級權限控制和氣液聯動閥自立式壓力（壓降速率）保護控制，閥室SCADA功能在站場SCADA實現。

3 國產化SCADA系統運行報告

目前中石化某管道已建成國產化SCADA系統于2016年10月開始建設，2017年11月完成正式調控中心搭建及投運。建設規模：10座場站、13座RTU閥室。目前已運行6座站場和9座RTU閥室，控制系統運行穩定，調控中心數據庫存儲及管理功能正常，數據鏈路運行穩定。

國產化SCADA系統采用通過第三方測試的浙江中控的VxSCADA監控軟件、VxHistorian實時數據庫軟件以及VxCollector前置機通訊軟件產品。每個站場部署冗余HMI工作站（運行VxSCADA軟件）、冗余通訊前置機（運行VxCollector軟件）;調控中心部署冗余SCADA實時數據服務器（運行VxSCADA軟件）、冗余歷史數據服務器以及磁盤陣列。工作站/服務器均為熱備冗余，可進行無擾切換。國產化SCADA系統采用人性化設計，支持全中文、集成組態開發界面，操作人員可快速熟悉系統操作及簡單維護;系統具有完善的報警管理功能，報警位號可進行分組設置、查詢，報警確認功能確認結果可編輯;趨勢查詢功能讀取歷史數據速度較快，系統具有歷史報表、實時報表、用戶管理功能，用戶登錄統計功能使用方便。

4 總結

SCADA系統國產化滿足某管道的生產需求，在適用性和可靠性方面不斷改進。作為國產自主的SCADA監控軟件平臺，有效保障長輸管線SCADA系統的信息安全。目前，SCADA系統運行平穩，分輸站場和RTU閥室可模板化快速組態，可維護性強，易用性強，是很多國外軟件所無法比擬的。

參考文獻

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