2016scada系統(tǒng)論文

1、SCADA系統(tǒng)在天然氣輸送中的應(yīng)用SCADA system in the natural gas transportation,勝利油田油氣集輸總廠,二〇一六年八月,,breve introducción,SCADASYSTEM,,SCADA系統(tǒng)在天然氣輸送中的應(yīng)用SCADA system in the natural gas transportation,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)-SCADA系統(tǒng)為天然氣管道自動化的發(fā)展提供了

2、方向。今天介紹了天然氣輸配管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，主要包括系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各部分的功用。,,自系統(tǒng)上線使用后，運行穩(wěn)定可靠，大大提高了輸氣管線生產(chǎn)調(diào)度的精細化，減輕了員工負擔，實現(xiàn)了天然氣調(diào)度自動化。,,Sistema de aplicación,SCADASYSTEM,,天然氣長輸管線系統(tǒng)由首站、分輸站、中間壓氣站、清管站和閥室、陰極保護站組成。天然氣管網(wǎng)工程的自動控制系統(tǒng)采用以計算機為核心的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。,,該系統(tǒng)可在調(diào)

3、度控制中心完成對天然氣管道全線的監(jiān)控、調(diào)度、管理的任務(wù)，全線各站場可達到無人操作、有人值守的控制和管理水平。,,SCADA系統(tǒng)主要由調(diào)度控制中心、站控系統(tǒng)(SCS)及數(shù)據(jù)傳輸通訊系統(tǒng)三大部分組成。,調(diào)度控制中心：根據(jù)SCADA系統(tǒng)規(guī)模大小，可以設(shè)置總調(diào)度控制中心、備用調(diào)度控制中心或區(qū)域調(diào)度控制中心，通過對各站PLC系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集及控制、對管道系統(tǒng)工藝過程的壓力、溫度、流量、密度、設(shè)備運行狀態(tài)等信息進行監(jiān)控和管理，實現(xiàn)對管道全線的監(jiān)控、

4、調(diào)度、管理的任務(wù)；,站控系統(tǒng)(SCS)：根據(jù)管網(wǎng)站場分布，在首末站、分輸站、中間壓氣站、清管站和截斷閥室、陰極保護站等設(shè)置不同規(guī)模的站控系統(tǒng)(SCS)。站控系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)的遠程監(jiān)控站，它們執(zhí)行主調(diào)度控制中心指令，實現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)采集及處理、聯(lián)鎖保護、連續(xù)控制及對工藝設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視，并向調(diào)度控制中心上傳所采集的各種數(shù)據(jù)與信息；,數(shù)據(jù)傳輸通訊系統(tǒng)：完成站控系統(tǒng)與調(diào)度控制中心的數(shù)據(jù)通信，一般采用光纖工業(yè)以太網(wǎng)，光纖隨天然氣長輸管線敷設(shè)。

5、,調(diào)度中心：調(diào)度控制中心的主要任務(wù)是通過各站PLC系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集及控制、對管道系統(tǒng)工藝過程的壓力、溫度、流量、密度、設(shè)備運行狀態(tài)等信息進行監(jiān)控和管理。它的計算機系統(tǒng)按客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)設(shè)置，其操作系統(tǒng)采用UNIX(服務(wù)器)和Windows(客戶機)，局域網(wǎng)采用100Mb/s高速以太網(wǎng)。,服務(wù)器采用分布式結(jié)構(gòu)，按功能將它們分開設(shè)置，以降低單臺服務(wù)器的負荷。服務(wù)器采用雙機熱備用，局域網(wǎng)冗余配制，操作員工作站、模擬仿真工作站和工程師工作站等

6、都作為局域網(wǎng)上的一個節(jié)點，共享服務(wù)器的資源。,報警顯示、報警管理以及事件的查詢、打印、實時數(shù)據(jù)的采集以及實時趨勢圖顯示、 歷史數(shù)據(jù)的歸檔、管理以及歷史趨勢圖顯示、向管網(wǎng)內(nèi)各站下達壓力和流量設(shè)定值、生產(chǎn)統(tǒng)計報表的生成和打印、下達調(diào)度和操作命令、管道故障處理，如管道發(fā)生泄漏、沿線各站非正常關(guān)閉等。,主要功能：工藝流程的動態(tài)顯示,控制權(quán)限的確定、組態(tài)應(yīng)用軟件和用戶生成的應(yīng)用軟件的執(zhí)行、安全保護、SCADA系統(tǒng)診斷、為MIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。,主要

7、功能：發(fā)布ESD命令,首站是天然氣進入長輸管線的門戶，一般采用壓縮機組加壓或來氣自身壓力的方式輸送。首站的自控系統(tǒng)稱為站控系統(tǒng)(SCS)，主要由監(jiān)控計算機、可編程控制器(PLC)、儀表與變送器、通訊設(shè)備組成。站控系統(tǒng)的PLC采用LK系列PLC，支持雙機熱備、電源冗余、以太網(wǎng)冗余及總線冗余，首站PLC與站內(nèi)第三方設(shè)備通訊一般采用標準MODBUS通訊。,主要功能：首站站控系統(tǒng),顯示動態(tài)工藝流程：對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理，監(jiān)控各種工

8、藝設(shè)備的運行狀態(tài)。,首站站控系統(tǒng)主要集成功能：分別完成就地和遠程監(jiān)控,經(jīng)通信接口與第三方的監(jiān)控系統(tǒng)或智能設(shè)備交換信息：顯示各種工藝參數(shù)和其它有關(guān)參數(shù)、顯示報警一覽表、對電力設(shè)備及其相關(guān)變量的監(jiān)控、對陰極保護站的相關(guān)變量的檢測、提供人機對話的窗口、數(shù)據(jù)上傳主調(diào)度控制中心、接受主調(diào)度控制中心發(fā)來的參數(shù)設(shè)定和控制命令、天然氣流量計算、視頻監(jiān)控、分輸站站控系統(tǒng)。,首站站控系統(tǒng)主要集成功能：分別完成就地和遠程監(jiān)控,分輸站站控系統(tǒng)(SCS)主要由監(jiān)

9、控計算機、可編程控制器(PLC)、儀表與變送器、通訊設(shè)備組成。站控系統(tǒng)的PLC采用LK系列PLC，支持雙機熱備、電源冗余、以太網(wǎng)冗余及總線冗余，分輸站PLC與站內(nèi)第三方設(shè)備通訊一般采用標準MODBUS通訊。,分輸站主要功能：擔負著向沿途個城市輸送天然氣的任務(wù),顯示動態(tài)工藝流程：對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理、監(jiān)控各種工藝設(shè)備的運行狀態(tài)、經(jīng)通信接口與第三方的監(jiān)控系統(tǒng)或智能設(shè)備交換信息、顯示各種工藝參數(shù)和其它有關(guān)參數(shù)、顯示報警一覽表、對

10、電力設(shè)備及其相關(guān)變量的監(jiān)控、對陰極保護站的相關(guān)變量的檢測、提供人機對話的窗口、數(shù)據(jù)上傳主調(diào)度控制中心、接受主調(diào)度控制中心發(fā)來的參數(shù)設(shè)定和控制命令、天然氣流量計算、視頻監(jiān)控、中間壓氣站站控系統(tǒng)。,分輸站站控系統(tǒng)主要集成功能：分別完成就地和遠程監(jiān)控,天然氣長輸管線沿途每隔一定距離(100~150km)設(shè)置一座壓氣站(或稱壓縮機站)，主要是給在輸送中消耗了壓力能的天然氣增壓。中間壓氣站站控系統(tǒng)以LK系列PLC為核心控制部件，通過光纖以太網(wǎng)實現(xiàn)

11、與上、下位機之間的通訊。,上位機采用FacView監(jiān)控組態(tài)軟件，通過人機界面HMI監(jiān)控運行參數(shù)、下發(fā)啟停機、工藝調(diào)整等命令。下位機，即單臺機組控制單元，以LK系列PLC為核心控制元件，通過PROFIBUS專用網(wǎng)路與之相連的分布式I/O現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊，完成數(shù)據(jù)采集，下發(fā)啟停機、工藝調(diào)整等控制命令。通過硬接線的方式完成變頻器的監(jiān)控。,同時還設(shè)置有相對獨立的檢測控制系統(tǒng)：,中間壓氣站的監(jiān)控參數(shù)主要包括：過濾器的差壓、進出站壓力、進出站溫度、

12、流量計算、調(diào)壓器前后差壓、壓縮機參數(shù)、陰保電壓和電流、閥門的開關(guān)狀態(tài)、附屬設(shè)備的參數(shù)(供電設(shè)備、通訊設(shè)備等)。,清管站和閥室站控系統(tǒng)：清管的目的是定期清除管道中的雜物，如水、機械雜質(zhì)和鐵銹等。清管站除有清管球收發(fā)功能之外，還設(shè)有分離器及排污裝置。截斷閥室在事故發(fā)生時可緊急關(guān)閉，便于搶修。,清管站和截斷閥室站控系統(tǒng)(SCS)主要設(shè)備包括PLC、觸摸屏、儀表與變送器、通訊設(shè)備。PLC選用LK系列PLC，與站內(nèi)第三方設(shè)備通訊(一般采用標準MO

13、DBUS通訊)，如流量計算等。,截斷閥室站控系統(tǒng)不設(shè)置操作員工作站，它本身可與SCADA系統(tǒng)調(diào)度控制中心進行通信。在出現(xiàn)異常情況時，遠控線路截斷閥可由調(diào)度控制中心關(guān)閉。,1、清管站和截斷閥室為無人值守站場，其主要功能如下： 2、對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理 3、監(jiān)控線路緊急截斷閥 4、太陽能電源系統(tǒng)的監(jiān)控 5、采集和處理陰極保護站的相關(guān)數(shù)據(jù) 6、數(shù)據(jù)存儲及處理 7、邏輯控制

14、8、緊急停車(ESD) 9、為調(diào)度控制中心提供有關(guān)數(shù)據(jù) 10、接受并執(zhí)行調(diào)度控制中心下達的命令等,SCADA系統(tǒng)主要包括三大部分：除了傳統(tǒng)意義的數(shù)據(jù)庫、人機界面HMI和遠程終端單元RTU，還包括安全聯(lián)鎖系統(tǒng)ESD。,其中數(shù)據(jù)庫和人機界面軟件是的FAST/TOOLS，該軟件包安裝于服務(wù)器和一般PC工作站，用于數(shù)據(jù)的采集存儲，流程畫面的顯示等。,遠程終端單元是的STARDOM控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由傳統(tǒng)PLC控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展

15、而來，用于提供給各種現(xiàn)場儀表接口，采集各種儀表的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一般邏輯控制，并將數(shù)據(jù)上傳給人機界面或從人機界面接收操作命令并將命令實現(xiàn)到現(xiàn)場控制閥等儀表。,安全聯(lián)鎖系統(tǒng)是的PROSAFE-RS控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)符合安全等極SIL3，用于工藝中的安全聯(lián)鎖邏輯和一些緊急關(guān)斷的執(zhí)行。當然介于這三個部分之間是必不可少的通訊網(wǎng)絡(luò)部分，其中FAST/TOOLS和STARDOM之間一般采用光纖以太網(wǎng)通訊，也可以采用衛(wèi)星、無線等通訊方式。,而FAST/TO

16、OLS和PROSAFE-RS之間可以用同軸電纜、串口電纜通訊或?qū)Ｓ玫腣net/IP電纜。,SCADA系統(tǒng)常用于石油、天然氣開采，石油、天然氣管道輸送等上游行業(yè)，同時也可以用于水處理，水輸送，電廠工業(yè)現(xiàn)場。,從通俗角度講，F(xiàn)AST/TOOLS是一個HMI軟件。FAST/TOOLS 意義為Flexible、Advance、System、Techniques、TOOLS，它具有靈活可靠的特性和先進的技術(shù)優(yōu)勢。它可以給用戶提供集成的TOOLS（

17、工具包）解決方案，,包括以下功能：?圖形化操作員界面；?報警處理與管理；?歷史數(shù)據(jù)存儲與回裝；?趨勢圖顯示；?面向?qū)ο蟮倪^程建模；?提供與其它應(yīng)用系統(tǒng)的接口；?報表生成；?跟蹤審計；?可編程的順序控制；?用戶應(yīng)用開發(fā)。,Stardom是一個基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)（NCS），其定位介于低端的PLC控制器和高端的DCS系統(tǒng)之間。其控制模塊上提供直接的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，因此非常方便用于以以太網(wǎng)為控制網(wǎng)絡(luò)的系

18、統(tǒng)中。,從硬件角度來講，它是一個模塊化的系統(tǒng)，按不同功能分有底板模塊、供電模塊、CPU控制模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊以及串口通訊模塊等。并提供標準的19英寸安裝尺寸。其中供電模塊、控制模塊和網(wǎng)絡(luò)接口都采用冗余配置。,從軟件角度來講，它以IEC61131標準語言作為邏輯編程語言，其中包括功能塊（FB）、梯形圖（LD）、順控圖（SFC）、結(jié)構(gòu)體文本（ST）、指令表（IL）。同時支持多種通訊接口（協(xié)議

19、）：如TCP/IP、OPC、HART、Foundation Fieldbus、Web服務(wù)器和E-mail服務(wù)器。,PROSAFE-RS是一個緊急關(guān)斷系統(tǒng)或安全儀表系統(tǒng)（ESD/SIS），符合IEC61508標準國際安全完整性等級SIL3。本系統(tǒng)采用符合國際標準的規(guī)范安全編程方式，通過安全軟件和硬件的協(xié)同工作，保證安全信號采集和處理的可靠性。,PROSAFE-RS可用于石油、天然氣開采，石油、天然氣輸送，煉油廠，烯烴廠等工業(yè)現(xiàn)場的安全控制

20、。主要負責事故緊急停車，閥門緊急關(guān)斷，火災(zāi)氣體檢測報警控制等。并通過PC工作站對生產(chǎn)過程中所發(fā)生的與安全有關(guān)的事件作記錄。,調(diào)度控制中心的主要任務(wù)是通過各站的站控系統(tǒng)或RTU/ESD對該站場和閥室進行數(shù)據(jù)采集及控制，同時實現(xiàn)管道模擬、輸送計劃、設(shè)備運行優(yōu)化、計量管理、模擬培訓等任務(wù)。,調(diào)度控制中心的操作人員通過計算機系統(tǒng)的操作員工作站所提供的管道系統(tǒng)工藝過程的壓力、溫度、流量、密度、設(shè)備運行狀態(tài)等信息，完成對管道全線的運行監(jiān)控和管理。操

21、作人員還可通過調(diào)度管理計算機完成輸送計劃、貿(mào)易結(jié)算等調(diào)度管理工作。,站控系統(tǒng)和閥室的RTU將完成對本工藝站場或閥室的監(jiān)控及連鎖保護等任務(wù)，并接受和執(zhí)行調(diào)度控制中心下達的命令。通訊網(wǎng)絡(luò)則是沿線各站控系統(tǒng)、閥室RTU與調(diào)度中心相互間交換數(shù)據(jù)的紐帶。,調(diào)度中心設(shè)有2臺SCADA冗余服務(wù)器、1臺工程師站、2臺雙屏操作員站、1臺報表打印機、1臺報警打印機、1臺彩色趨勢圖打印機，另外還有1臺培訓工作站、2臺管道仿真和漏點檢測（LDS）工作站、1套大

22、屏幕投影系統(tǒng)、1臺GPS網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器、1臺硬件防火墻，以及冗余的交換機和路由器各2臺。,SCADA服務(wù)器安裝FastTools服務(wù)器端軟件，這里采集整個管線的所有實時工藝數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫，并將相關(guān)數(shù)據(jù)作歷史存儲。,SCADA服務(wù)器采用冗余配置，即任何情況下只有1臺服務(wù)器處于工作狀態(tài)，另外1臺服務(wù)器處于備用狀態(tài)，一旦處于工作狀態(tài)的服務(wù)器發(fā)生故障，控制功能將立即自動切換到備用服務(wù)器中，而且任何時候兩臺服務(wù)器上的數(shù)據(jù)將自動同步一致。,操作員

23、站安裝FastTools客戶端軟件，這里聚集了整個管線的所有動態(tài)工藝流程圖，作為SCADA服務(wù)器的客戶端，它的所有數(shù)據(jù)取至SCADA服務(wù)器，它只提供圖行操作界面，相當于圖行工作站?，F(xiàn)場生產(chǎn)操作人員的所有與生產(chǎn)有關(guān)的操作、調(diào)度都將通過這2臺操作員站完成。,工程師站安裝FastTools客戶端軟件，同時也安裝本SCADA系統(tǒng)中的其它組態(tài)軟件，如Stardom和Prosafe-RS的編程組態(tài)軟件。用戶工程師可以通過工程師站對SCADA系統(tǒng)的組

24、態(tài)、程序等作修改。,工程師站,報表打印機將完成生產(chǎn)日報、月報，調(diào)度運行日報、月報，計量日報、月報的答應(yīng)輸出，采用A3激光打印機。報警打印機采用點陣打印機，對生產(chǎn)過程中發(fā)生的所有報警信息和事件實時打印輸出。,彩色趨勢圖打印機將主要提供趨勢圖的打印輸出功能，同時也滿足用戶打印相關(guān)流程畫面的需求。,培訓工作站將安裝FastTools、Stardom、Prosafe-RS等軟件，則用于對操作員如何使用SCADA系統(tǒng)進行日常操作的培訓，也可以用來

25、培訓工程師熟悉的SCADA軟件。,管道模擬仿真和漏點檢測（LDS）系統(tǒng)由第三方－英國ATMOS公司提供，其主要功能是作為輸氣管道控制和管理的工具，應(yīng)完成準確地評價管道的過去、解釋管道當前發(fā)生的事件、預(yù)測管道的未來等任務(wù)，為操作調(diào)度人員提供調(diào)度和操作參考，以保證管道安全、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟運行。,同時它能提供漏點檢測功能，即如果整個天然氣輸氣管線某一個地方發(fā)生泄漏，通過軟件能判斷出泄漏所在地。該系統(tǒng)采用OPC協(xié)議從SCADA服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)。

26、,大屏幕投影系統(tǒng)則是完成將操作員站等圖行工作畫面放大的功能，以方便操作員和人員較多時監(jiān)控。,GPS網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器是整個SCADA系統(tǒng)的時間同步服務(wù)器，它通過天線定位衛(wèi)星，獲取最準確的時間數(shù)據(jù)，然后SCADA系統(tǒng)的其它設(shè)備，如SCADA服務(wù)器、操作員站、RTU控制器、流量計量子系統(tǒng)等都可以作為GPS的客戶端來完成時間的同步。,硬件防火墻測試對整個SCADA網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備進行防病毒和防入侵的保護。,此外交換機和路由器將連接到第三方公司提供

27、通訊設(shè)別上完成通訊功能。,首站、分輸站、末站等5個站場都各設(shè)有1套站控系統(tǒng)。,站控系統(tǒng)的最主要組成部分是遠程終端單元RTU（或稱過程控制系統(tǒng)）和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)ESD。其中還輔以1臺操作員站、打印設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。,過程控制系統(tǒng)采用Stardom控制器，將采集本站的一般的工藝過程數(shù)據(jù)。如進站壓力、溫度，出站壓力、溫度，過濾器差壓，流量撬閥門開關(guān)控制，調(diào)壓撬溫度、閥門開關(guān)控制，流量調(diào)節(jié)等，這些信號中模擬量都采用標準的4～20mA信號，數(shù)字量采

28、用干觸點或24VDC有源節(jié)點。,同時提供RS485接口給站場其它子系統(tǒng)或智能儀表，如流量計量子系統(tǒng)通過RS485接口采用MODBUS通訊協(xié)議將流量數(shù)據(jù)上傳給Stardom控制器，然后再上傳至站控操作員站和調(diào)度中心服務(wù)器，流量數(shù)據(jù)包括瞬時標況體積流量、累積標況體積流量、每日累積體積流量、每月累積體積流量等。,SCADA系統(tǒng)應(yīng)用于天然氣管道智能化輸送，使用生產(chǎn)單位有效地監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)、維護設(shè)備設(shè)施和管理輸氣管道，降低了員工的勞動強度，實現(xiàn)了自