1、目 录摘要1输气干线自动控制系统11.1 概述.11.2 SCADA 系统构成.21.3 站场自动控制原则.41.4 RTU 阀室控制.61.5 调控中心与站控室控制权的交接.71.6 数据处理.8实习结语.9致谢信.10参考文献.11摘要长输管道 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统是通过采用仪表、控制装置及电子计算机等自动化工具，对管道生产过程自动检测、监视和管理，以保 证安全、平稳 、经济 的输油输气。管道 SCADA 系统的实现 ，能够达到最优的技术经济指标，提高经济效益和劳动生产率， 节约能源，改善 劳动条件，保证环境及
2、生产安全。关键词：SCADA 系统 ；控制 ；自动化 ；安全AbstractLong-distance pipeline Supervisory Control And Data Acquisition system is through the use of instrumentation, control devices and computer and other automated tools, the production process of the pipeline automatically detect, monitor and manage in order to ensu
3、re safe, stable, oil and gas economy. Pipeline Supervisory Control And Data Acquisition System, to achieve the optimal technical and economic indicators, to enhance economic efficiency and labor productivity, energy conservation, improve the working conditions, environment and safety assurance.Keywo
4、rds: Supervisory Control And Data Acquisition System； Control；Automize；Safe输气干线自动控制系统1.1 概述川气东送管道工程自动控制系统采用了以计算机为核心的监控及数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition 简称 SCADA）系统。SCADA 系统由 1 个调度控制中心（湖北管道分公司） 、1 个后备控制中心（北京天然气分公司） 、5 个输气管理处监视终端、25 个站控系统（ SCSStation Control System） 、20 个远程终端装置（RTURemote
5、Terminal Unit ） 构成。调度控制中心对各站 SCS 站控系统和 RTU 线路截断阀室进行数据采集和监控，各站SCS 站控系统和阀室的 RTU 完成站场的监控及自动联锁保护等任务， 并接受和执行调度控制中心下达的命令。调度控制中心和后备控制中心同时接收 25 座站控系统 SCS 和 20 座远控线路截断阀室 RTU 上传的数据。调度控制中心与各 SCS、RTU 通过管线专用光缆通讯系统采用点对点方式进行数据通信。调度控制中心与 SCS 之间采用 DDN 专线作为备用通信信道，RTU 不设备用信道。后备控制中心与湖北输气管理处通过 DDN 专线进行数据通信，湖北输气管理处与各SCS
6、通过管线专用光缆通讯系统采用点对点方式进行数据通信，与 RTU 之间通过管线专用光缆通讯系统采用点对点方式进行数据通信。湖北输气管理处与 SCS、RTU 没有备用信道。正常情况下调度控制中心负责全线自动化控制和调度管理，在调度控制中心故障或发生战争、自然灾害等情况下后备控制中心接管全线 SCADA 系统监控。各管理处监视终端是 SCADA 的远程操作站，通过管线专用光缆通讯系统与调控中心SCADA 系统进行数据通信。控制水平：在调度控制中心完成对全线各个站场的统一监控、调度和管理等任务。控制模式：SCADA 系统按控制级别分为调控中心控制级、站控制级和就地控制级三级操作模式。其操作方式为：在正
7、常情况下，输气干线各站场和终端接收站由调控中心对其进行远程调度、监视、管理与控制，操作权限在调控中心，当主调度控制中心发生故障或系统检修时，切换到后备控制中心。当数据通信系统发生故障或调控中心 SCADA 主机系统发生故障时，各站场的操作人员在调控中心授权下可获得 SCS 系统的操作权限，对站内生产工艺过程进行全面监控。而在设备检修或事故处理时，可采用就地手动操作控制。系统中重要部分为冗余设置。当发生故障时，能自动进行故障切换，自动对系统的数据进行备份。在正常情况下，系统数据采集采用点对点周期扫描方式。系统中有突变事件或特殊请求发生时（如发布操作命令、状态变化、对某一局部重点监控、发生报警等）
8、 ，系统将中断周期扫描，采用命令优先和逢变则报方式工作，优先保证重要数据/命令的传输，确保系统的实时性。SIS 系统采用独立的、符合 IEC61508 SIL3 要求的安全系统。1.2 SCADA 系统构成1.2.1 调控中心 SCADA 系统结构框图1.2.2 SCADA 系统调控中心的主要功能数据采集和处理； 下达调度和操作命令； 显示动态工艺流程； 报警和事件管理； 历史数据的采集、归档和趋势显示； 报表生成和打印； 标准组态用软件和用户生成的用软件的执行；时钟同步； 具有对输气过程实时模拟及对操作人员进行培训的能力； 压力和流量调节； 输气过程优化； 仪表和系统的故障诊断和分析；网络监
9、视及管理； 主备通信通道的自动切换； 贸易结算管理； 全线紧急关断； 管线泄漏检测； 电力系统监控1.2.3 典型站场自动控制系统构成1.2.4 典型 RTU 阀室自动控制系统构成1.2.5 站自动控制系统主要功能采集站内工艺运行参数，将其传输至调度控制中心系统； 执行调度控制中心下发的指令； 全站的启动、停止控制； 站紧急停车控制，在站场发生超压、火灾等紧急情况下关闭站场； 外输压力、流量控制； 站场逻辑自动控制，站内所有可控阀门的自动及远程手动控制； 工艺流程图、站运行参数、设备状态显示； 数据归档处理、存储及管理； 报警、事件信息显示、记录、自动打印； 与第三方系统或智能设备通讯 火灾、
10、可燃气报警管理1.2.6 RTU 阀室主要功能采集站内工艺运行参数，将其传输至调度控制中心系统； 执行调度控制中心下发的指令； 线路紧急截断阀控制； 阀室供电系统监视 站场逻辑自动控制，站内所有可控阀门的自动及远程手动控制； 数据归档处理、存储及管理； 报警、事件信息记录； 与第三方系统或智能设备通讯； 可燃气体的监视和报警1.3 站场自动控制原则川气东送天然气管道 SCADA 系统的控制水平将达到在调度控制中心完成对全线各个站场和终端接收站的监控、调度、管理等任务。SCADA 系统按控制级别分为调控中心控制级、站控制级和就地控制级三级操作模式。其操作方式为：在正常情况下，输气干线各站场和终端
11、接收站由调控中心对其进行远程调度、监视、管理与控制。当数据通信系统发生故障或调控中心主计算机系统发生故障时，各站场的 SCS 获取控制权，可对站内生产工艺过程进行全面监控。而在设备检修或事故处理时，可采用就地手动操作控制。仅以上海末站 PID 图为例，参照自动控制方式，介绍天然气站场的控制方式。上海末站作为川气东送天然气管道的终点站，是全线最大的计量站之一。站内共设计有 1 座清管收球筒、3 路串联安装的旋风分离器和过滤分离器、4 路 12超声波流量计、6 路 8压力调节系统、 1 套自用气撬，设有冗余站控 PLC 系统 1 套、独立 ESD 系统1 套、独立压力监控系统 1 套及相应的火气系
12、统、阴保系统、火炬点火系统等。其主要控制功能如下：要控制功能如下：1.3.1 站场紧急关闭在站内发生紧急情况或重大事故的情况下，应立即自动关闭进、出站紧急截断阀（ESDV121、122） ，使干线与站场分隔开，之后可自动打开紧急放空阀（BDV101、102） ，将站内天然气全部放空。以保证站场人员、设备、管线的安全。站 SIS 系统接收到任意站 ESD 命令后，同时关闭进、出口阀 ESDV 121/122、安全紧急截断阀SSV101A/B/C/D/E/F、关闭燃料气系统；进、出口阀 ESDV 121/122 全关到位后，自动打开紧急放空阀（BDV101/102） ，关闭工作调压阀 PV101A
13、/B/C/D/E/F。紧急关闭由站 SIS 系统负责，可通过调控中心远程、站控 HMI、站场本地 ESD 开关触发 ESD 命令。ESD 命令发出、执行完成后，系统必须经人工确认后方可投用，在站 SIS 系统盘上应设置有复位按钮开关。1.3.2 站场正常关闭在站内需要进行停气检修、较长时间需要中断向下游供气时，可将站场关闭，站内气体不需要放空。站控系统接收到任意站正常关站命令后，顺序关闭进口阀 ESDV 121，待调压阀上游压力与下游压力平衡后， 关闭出口阀 ESDV122 ， 再强制关闭工作调压阀PV101A/B/C/D/E/F。分离、计量、调压回路保留有效优先级最高的回路不关闭。站场正常关
14、闭由站控系统负责，可通过调控中心远程、站控 HMI 触发关站命令。1.3.3 中断向用户供气在短时间需要中断向下游供气，而不影响站内自用气时，可只将用户供气中断，站内气体不需要放空。站控系统接收到任意站中断用户供气命令后， 同时强制关闭工作调压阀PV101A/B/C/D/E/F。分离、计量、调压回路保留有效优先级最高的回路不关闭。中断用户供气由站控系统负责，可通过调控中心远程、站控 HMI 触发关站命令。1.3.4 下游超压自动关闭当出站压力超高，安装在出站汇管上的三台压力变送器出现三选二的高高报警时，由SIS 系统发出关断命令信号，对 6 路安全切断阀进行快速关闭锁定操作，以保证下游用户及管
15、道的安全，站内气体不需要放空。同时关闭 6 路 SAV 阀（SSA101A/B/C/D/E/F ） 、关闭出口阀 ESDV 122，再强制关闭工作调压阀 PV101A/B/C/D/E/F。站场超压关闭由站 SIS 系统负责，属自动控制程序，不需要人工干预。1.3.5 站场自动启动控制站场投产启动、站 ESD 后启动、站场进行放空作业后启动，由于未设置自动平衡阀，不能进行自动启动，站启动工作必须由人工操作完成。只有在执行完站场正常关闭后，允许进行站场自动启动。先打开站出口阀 ESDV122，之后打开站入口阀 ESDV121 ， 进、出口阀全部开启后， 取消对工作调压阀PV101A/B/C/D/E
16、/F 的强制关闭命令，可自动恢复向用户供气。站场正常启动由站控系统负责，可通过调控中心远程、站控 HMI 触发站启动命令。1.3.6 恢复向用户供气只有在执行完中断向用户供气后，允许进行恢复向用户供气。站控系统接收到任意站恢复向用户供气命令后，取消对工作调压阀 PV101A/B/C/D/E/F 的强制关闭命令，恢复用户供气由站控系统负责，可通过调控中心远程、站控 HMI 触发关站命令。1.3.7 过滤分离器回路控制采用旋风分离器+过滤分离器串联组合，2 用 1 备。过滤分离器可根据生产的需要实现手动或自动切换。分离回路采用任意优先级设置，回路控制阀为过滤器下游电动球阀。分离器投用的数量受站总流
17、量控制，每路分离器的最大处理量是固定已知的，可根据站总标准体积流量的变化确定分离器开启的回路数量。每路分离器均设有不同的优先级，开启时按优先级从高至低的顺序进行，反之，从低到高的顺序关闭。回路切换选择点需注意设置偏差值，关闭值通常小于开启值。每路分离器后安装有 1 套均速管流量计，测量回路通过的气体流量，用于判断多回路过滤器工作时是否出现堵塞。当 2 路或 2 路以上过滤器投入运行时，比较在用回路流量计测量差压或计算流量，正常时差压或流量值应平衡，当某 1 路过滤器测量差压或流量明显低于其他回路时，可以认为该回路过滤器出现堵塞。PLC 程序自动对堵塞回路产生报警，同时自动开启优先级高的备用回路
18、，拟堵塞回路不关闭，由操作员进一步进行判断处理。切换到另一台处于良好状态的过滤分离器使用。如果另一台过滤分离器正处于故障或维修状态，将不允许进行切换操作。如果任一过滤分离器处于故障或维修状态，相对应的回路切换阀执行机构应处于维护、手动或报警状态，将不允许该过滤分离器回路实施自动切换操作，直到故障排除确认复位后，才可将该过滤器回路恢复自动切换功能。当备用回路不可用或已无备用回路可用时，HMI 应产生 1 个无备用回路可用报警。只有当阀门处于自动状态时, 才可实现自动切换功能。当过滤器处于维修状态时，对其下游阀操作指令应不起作用。过滤器流路状态应该由下游阀反馈信号触发。1.4 RTU 阀室控制线路
19、截断阀设置的气液联动阀电子控制单元能自动检测管线压力超高、超低、压降速率超限等事先预设的事故信号，并自动关闭气液联动阀，同时开阀气路被中断并锁定，阀关闭后需现场复位后方允许开阀。气液联动阀支持远程关闭功能。单独提供 1 个控制电磁阀，电磁阀平时为失电状态，气液联动阀为保持状态；当 RTU 输出 1 个关阀信号（ DO）时，关阀电磁阀上电，关阀气路导通，气液联动阀关闭；阀门关闭后，RTU 接收到 1 个阀关闭信号，中断输出信号。当在预定的时间内未接收到阀关闭信号时，RTU 产生一个超时报警，同时中断输出信号。气液联动阀支持远程开闭功能。单独提供 1 个控制电磁阀，电磁阀平时为失电状态，气液联动阀
20、为保持状态；当 RTU 输出 1 个开阀信号（ DO）时，开阀电磁阀上电，开阀气路导通，气液联动阀开启；阀门开到位后，RTU 接收到 1 个阀全开信号，中断输出信号。当在预定的时间内未接收到阀全开信号时，RTU 产生一个超时报警，同时中断输出信号。 （开阀气路未被锁定时有效）气液联动阀支持远程紧急关闭功能。单独提供 1 个控制电磁阀，电磁阀平时为上电状态，气液联动阀为保持状态；当 RTU 输出 1 个 ESD 关阀信号（DO）时，ESD 电磁阀失电，ESD 关阀气路导通，气液联动阀关闭，同时开阀气路被中断并锁定；阀门关闭后，RTU 接收到 1 个阀关闭信号。当在预定的时间内未接收到阀关闭信号时
21、，RTU 产生一个超时报警。阀关闭后需现场复位后方允许开阀。1.5 调控中心与站控室控制权的交接调控中心具有优先操作权，允许对站控系统进行远程控制，但站控系统的控制权限优先于调控中心。中心/站控选择开关通常设在站控机柜内，开关的状态在站控 HMI 和中心操作员站上均应有明显的显示提示。开关的变更应经调控中心确认后，由站控室负责切换。如果调控中心与站控系统间发生通讯中断，站控系统默认的控制模式应为站自动控制。所有的控制权交换及通信故障均要在两地发生事件报警记录。1.6 数据处理1.6.1 故障条件下气质组份数据远程设定流量计算机所需的天然气组份数据可通过与色谱分析仪直接通讯、站控 PLC 写入、
22、仪表面板键盘输入等方式获得，由流量计算机中的“站控写入天然气组份数据有效” 数据位决定。该数据位为“1”，采用站控写入值，该数据位“0” ， 则不采用站控写入值。数据位为“0”时，通过流量计算机面板设置是采用键盘写入值或流量计算机读取的色谱分析仪数据。当色谱分析仪和流量计算机的数据通信中断或色谱分析仪故障时，色谱数据应置于维护状态，流量计算机所需的气质组份数据由站控 PLC 写入。维护数据的写入方式由站控制模式决定，是调控中心写入、还是站控操作员写入。1.6.2 阴保数据显示上传 DCC 的阴保数据：管/地电位（0.13.0V） ，输出电压（054V ）和输出电流（030A） 。1.6.3 时
23、钟校准调控中心的 GPS 时钟校准站 PLC，再通过 PLC 校准流量计算机，每天校准 1 次。1.6.4 站控系统上传 DCC 的数据主要包括：（1） 站控系统采集的所有温度、压力、压差、流量、所有仪表阀门状态等现场仪表信号；（2） 流量归档数据、报警数据、调压系统控制参数等内部数据；（3） 进站气体分析仪的信号（包括气相色谱分析仪、水露点分析仪、H2S 分析仪的数据）（4） ESD 触发状态及执行结果；（5） 阴极保护系统信号（管地电位、输出电流、测试命令）（6） 可燃气/火灾检测报警系统的报警信号；（7） 配电系统的运行（断路器故障）及故障（断路器）状态；（8） 发电机的运行状态及故障报警信号；（9） UPS 运行状态及故障报警信号；（10）数据通信系统的状态及故障信号；（11）站控制模式信号（站控/调度控制中心控）1.6.5 DCC 下发命令主要包括：（1） 站正常关闭命令；（2） 站紧急关闭 ESD 命令；（3） 中断用户供气命令；（4） 站启动命令；（5） 恢复用户供气命令；（6） 过滤分离回路优先级选择、切换命令；
