SCADA系统在天然气长输管线中的应用

2022-09-12

引言

SCADA系统 (Supervisory Control And Data Acquisition) , 即数据采集与监控系统。SCADA系统是综合利用了计算机技术、信息技术、网络与通信技术、控制技术, 完成对分布于不同广义区域各种设备或工艺过程的实时数据采集、全面实时监控, 并为远程管理、安全生产、远程调度和故障诊断提供必要和完整的数据支撑及技术手段。

随着天然气逐渐应用与社会主义建设事业的各个领域, 天然气的长距离输送越来越不可或缺。天然气长输管线采用以计算机、站控系统及通讯系统为核心SCAD系统, 完成管道输送工艺过程的数据采集、监视与控制、调度与管理、故障诊断、指导运行等任务。

一、天然气长输管线SCADA系统要求

天然气长输管SCADA系统的要求是保证各个场站的各种设备如阀门、流量计、加臭机、流量调节阀门、调压器等以及各个工艺参数在可控安全范围内的可靠、平稳、高效地运行。

调控中心的操作人员通过SCADA系统提供的工艺过程的温度、压力、瞬时流量、调压设备运行状态、阀门状态等信息, 完成对长输管线全线的监控及运行管理。

站控制系统能够可靠、实时的完成对场站的工艺参数和设备状态数据采集、相关设备的控制、紧急状态时的联锁保护等任务, 并为调度控制中心提供实时数据, 接受和执行调控中心下达的各个操作指令。

通讯系统能够可靠、实时、稳定、持续的完成调控中心和场站站控系统之间的双向数据传输。

二、天然气长输管线SCADA设计

以山西省天然气长输管线为例, SCADA系统主要包括:调控中心 (主调中心、备调中心) 、通讯系统、站控系统 (首站、分输站、末站PLC系统、截断阀室RTU系统) 三大组成部分。

1. 系统结构

(1) 调控中心

山西省天然气管网集中调度监控中心 (简称为“调控中心”) 建设在山西省的省会太原市, 是山西省天然气管网最高指挥控制中心。备用调控中心设置在阳泉。调控中心负责对天然气高压输配管网及各远程终端站进行数据采集和数据处理分析, 使调度员可以全面地了解天然气高压输配管网的运行情况, 对管网的运行工况进行评价, 实时给出优化调度方案, 及时地对各相关的供气设备进行控制、调整, 使管网运行处于最佳状态。同时, 可结合历史数据做出供气预测和趋势分析, 提出优化的供气方案, 供决策人员进行实时调度和管理, 使输配管网运行处于最佳运行状态。调控中心采用C/S结构与B/S结构相结合。调控中心包括各类功能的服务器和工作站等计算机设备。主要构成有:SCA-DA系统实时数据服务器 (冗余配置) 、SCADA历史数据服务器、Oracle数据库服务器、SCADA TS数据发布服务器和WEB服务器等设备, 操作员站、工程师站、培训工作站、DLP工作站等与服务器采用C/S结构, 经理终端、生产运营部门终端、安全部门终端等与服务器之间采用B/S结构。

(2) 站控系统

场站站控系统由PCS (Process Control System) 过程控制系统和ESD (Emergency Shutdown Device) 紧急停车系统组成。

PCS过程控制系统采集进出站温度信号、进出站压力信号、调压器前后压力信号, 各个分支的流量计流量数据, 控制进出站及分支管道的阀门开关, 从站控操作员站上监测和控制现场各个工艺参数和设备运行。

ESD紧急停车系统独立于PCS过程控制系统, 其安全级别高于PCS过程控制系统。当站场出现紧急事故, 上、下游输气管道出现紧急事故, 站场出现火灾等情况下, 操作员启动站控室内墙上“站ESD”按钮或者现场装置区附近的“站ESD”按钮, 下达“站ESD”命令。该命令不受站控系统状态、被控设备的工作状态及其他站控逻辑的限制, 其操作命令优先级别最高, 完成对整座站场的紧急关闭放空, 确保站场安全。

当分输站至用户的压力超高限时, 为保护下游设备的安全, 需关闭压力监控系统中的安全切断阀, 该命令不受站控系统状态、被控设备的工作状态及其他站控逻辑的限制, 其操作命令优先级别最高。

阀室包含远传RTU系统和太阳能供电系统。调度中心通过无线路由器对阀室进行监测和控制, 和阀室上的RTU实现数据通信的现场设备有温度变送器、压力变送器、浓度探测器、气液联动阀及太阳能供电系统等。

(3) 通讯系统

通讯信主信道采用中国联通SDH数字专线, 备用信道为中国电信SDH数字专线。站控系统的PCS及ESD系统通过以太网交换机连接到SDH专线接入的路由器上, 通过一定的路由规则连接调控中心的数据采集平台, 实现场站和调控中心的通信。同时阀室的RTU通过无线3G路由器和专用的VPN专线连接到调控中心的数据采集平台, 实现阀室与调控中心的通信。

2. 系统软硬件配置

SCADA系统中心监控软件采用GE公司的i FIX软件平台, 数据库采用Oracle 11g;网络设备采CISCO公司2960交换机和2811路由器;PCS系统采用冗余控制器即Bristol Babcock公司Control Wave混合控制器、ESD部分采用完全独立的通过SIL3认证的冗余控制器即Honewell的Safety Manager系统、阀室采用Bristol Babcock公司Control Wave_Micro系列RTU。