PDF《天然气输气站站控 SC ADA 系统》

倡 本成果为北京英华智科研发展公司基金资助课题 .

作者简介 : 董春红 ,

1975 年生 , 硕士 ;

主要研究方向为控制理论与控制工程 . 地址 : (100083)北京市海淀区 . 电话 : (010)

62348691 ,

13910186424 . Email :dchld@ bj1860 . net 天 然气 输气站站控SCADA系统 倡 董春红 石中锁 (北京科技大学信息工程学院) 董春红等 . 天然气输气站站控 SCADA 系统 . 天然气工业 ,

2005 ;

25(2) :

149 ~

151 摘要目前 , 天然气长输管道工程采用 SCADA 系统监控是国内外此类工程的基本管理模式 . 广义的 SCADA 系统是一个多功能的运行管理与监控系统 , 它可以对管道运行全过程进行动态监视 、 控制 、 模拟 、 分析 、 预测、计划 、 调度和优化 , 可以对线路及设备状态进行诊断并采取相应的保护措施 . 文章以山东济南区某输气站站控 SCADA 系统为例 , 讲解了此类系统的一般设计过程 . 主题词 天然气 长输管道 输气站场 多功能 运行 管理 监视控制 系统 设计 决定 SCADA 系统功能的主要是应用软件 〔1 , 2〕 . 利用 Citect 软件 , 用户可以为任何一种工业应用组 建实时监控系统 . Citect 软件设计思想开放性 、 扩展 性强 , 从而使用户可以设计出满足自己需要的监控 系统 .

一、系统设计

1 . 设计目标及原则 系统应具备高可靠性和尽可能强的系统能力 , 包括 : 数据采集 、 安全监控 、 系统调节控制 、 系统自动 诊断 、对生产区内可燃气体泄漏进行监测报警等功 能.站控系统在实时接受调度中心监控的同时 , 还 应具备足够的自我支持运行能力 , 以确保系统的可 靠性 . 调度控制中心的调度和操作人员能通过操作 员工作站提供的管道系统工艺过程的压力 、 温度 、 流量、水分含量等信息 , 完成对管道全线的监控及运行 管理 . 本系统主要为山东济南区某输气管道的改造而 设计 , 在设计时需要考虑并实现在保证安全可靠的 同时 , 能充分利用原有资源 .

2 . 硬件设计 在选择所采用的控制设备时 , 首先要考查现场 使用的各种一次仪表 . 现场采用的仪表主要有 : 孔 板流量计 、 转子流量计 、 球阀 、调压阀 、热敏电阻 、压 力传感器等 . 对这些一次仪表或控制设备 , 需考查 其量程 、 信号形式 、 信号输入/输出范围 、 数量以确定 与其相连的二次仪表 , 从而确定采用什么样的数据 采集和流程控制方式 . 在最终确定所采用的硬件设备时 , 需要考虑系 统目标 . 毕竟解决方案要为系统需求服务 . 进行综 合考查后 , 拟采用由计算机 、RTU (远程终端单元) 、 安全栅 、继电器 、流量积算仪等设备组成的控制系 统.计算机是实现自动化管理的重要设备 , 其上需 要运行监控软件 , 由它对系统进行统一管理 . RTU 标准配置为

4 个输入/输出模块(DI 、DO 、AI 、AO) , 在点数不够时可外接相应的模块 ;

它还带有

2 个以 太网口 , 可实现本地和远程的高速通信 ;

还具备 232/

485 通信能力 . 另外 , 在RTU 中还可以编写简单的 程序 , 实现与计算机的部分冗余控制 . 它是计算机 与现场仪表的中介 . 流量积算仪用于测量管道中的 流量 , 并能提供其他参数及短期历史数据 . 继电器 用于数字量反馈及控制 . 天然气站控系统硬件结构 如图

1 所示 . 系统的工作过程大致为 : 现场仪表采集数据 , 经 安全栅(及继电器)将信号传递到 RTU , RTU 再通 过网络接口连接将数据传递给计算机 ;

计算机对数 据进行处理(部分数据由 RTU 处理) , 再经 RTU 实 现对现场设备的监视与控制 ;

与流量相关的部分数 据经流量积算仪传递给计算机 .

3 . 软件设计 软件是整个系统的核心 , 其质量高低关系到系 统的安全性 、 可靠性及扩展性 . 软件用于处理数据 、 ・

1 ・ 第25 卷第

2 期天然气工业储运与集输工程 图1天然气站控系统硬件结构图 控制设备 , 并要实现与调度中心的协作 , 同时它还是 人机交互的接口 . 这部分采用 Citect 组态软件进行 设计 . 利用 Citect 设计的系统易于扩展 , 在生产工 艺和信息处理需求发生变化时 , 总能与需求保持同 步.另外 , 它与 RTU 配合紧密 , 可实现数据在两者 间的无缝交换 . 软件的人机接口部分设计为图

2 所示的结构 , 界面上增加导航条 , 方便各功能间的转换 . 图2人机接口结构示意图 参照这种结构以及对其他因素的考虑 , 软件划 分为以下部分 : 流程控制 、历史数据的查看 、分析备 份与输出 、各种参数的设置与提取 、系统安全性保 障、数据警报处理 、 与RTU 通信及数据交换 、 与调度 中心的数据交换等(见图 3) . 流程控制由数据采集/处理 、控制及人机接口 (GUI)模块实现 . 此功能要体现实际的工艺过程 , 提供主要的流量数据及控制方式 . 界面要一目了 然,在设计时可参照站场工艺流程图 . 历史数据的查看 、 分析 、 备份与输出 . 此功能体 图3站控软件系统结构图 现在报表和趋势曲线上 , 由数据采集/处理 、 备份/恢 复及 GUI 模块实现 . 软件周期性地生成数据报表 , 随时打印 . 趋势曲线可实时地监测流量数据的变化 情况 , 形象地表示出各种数据的波动 . 备份数据是 为了给以后的生产提供参考 , 这些历史数据在恢复 后可通过报表或趋势曲线图查看 . 各种参数的设置与提取由控制模块配合 GUI 模块实现 . 对于流量积算仪及其他提供了通信接口 的仪表 , 软件能读取并设置其参数 . 这样就方便了 操作员的操作 , 而且所有(或大部分)参数都在一个 界面中显示 , 给人一种整体而全面的感觉 . 系统安全性保障 . 安全性有两方面的含义 : 一 是在操作员发出正确指令的情况下 , 系统不会产生 意想不到的动作 ;

二是系统不会被不具有权限的人 员所操作 , 或不会被人恶意操作 . 前者主要由对整 个系统正确而细致的设计来保障 , 而后者就主要靠 权限机制来保障了 . 在设计时 , 安全性检查要包含 到系统的各个部分 . 另一方面要检查操作的可行 性,一方面要检查发出指令的操作员权限的有效性 . 对于后者 , 将系统划分为不同的部分 , 执行每部分操 作需要相应的权限 , 同时将这种权限分配给不同的 人.数据警报处理由数据采集/处理模块处理 . 对 于像压力这样的参数 , 其值必须限定在某个范围内 , 超出范围就要进行相应的处理 . 所以要对这类参数 设定上下限 , 越界后及时发出警报 . 与RTU 通信及数据交换 . 此功能是由以太网 为媒介的 , 部分数据的采集及对现场各控制阀的操 作都要通过 RTU . RTU 中的变量和 Citect 软件中 ・

2 ・ 储运与集输工程 天然气工业2005 年2月的变量是通过地址进行映射的 , 两者可实现同步变 化,其数据交换是透明的 . 与调度中心的数据交换由通讯模块实现 . 通过 通讯模块 , 数据中心与站控系统中的数据采集/处理、控制 、 GUI 等模块联系起来 , 从而实现数据中心 对各站的集中控制 . 最后需要说明的是 , 在RTU 中需要设计部分程 序.RTU 要对采集到的模拟量数据进行预处理 , 将 电压或电流信号转换为相应的物理量 ;

它要将计算 机发出的指令经逻辑运算转换为相应的电信号 , 从 而控制各种调节阀 .

二、系统特点 RTU 仪和流量积算仪工作稳定 , 数据采集和计 算精确 , 系统稳定可靠 ;

各路信号均通过防爆安全栅 进行传递 , 从电气上保障了系统的安全性 ;

计算机和 RTU 均具备以太网接口 , RTU 除了和本地计算机 联网外 , 还可以通过另一网口连接调度中心 , 实现网 络的冗余控制 ;

友好的中文界面 , 操作简单易行 .

三、总结本系统实现了天然气输送的远程监视 、 控制 、 数 据采集 , 集中式管理 . 网络通讯功能实现了智能化 的集中管理 . 系统成本低 、 使用可靠 , 实现了最初的 设计目标 . 参考文献1魏廉敦 . 天然气长输管道工程自动化 . 天然气与石油 ,

2000 ;

18(3) :

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40 2 吴长春 , 邵国泰 . 世界天然气管道发展水平(5) . 石油规划 设计 ,

1996 ;

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21 3 姚伟 , 祁国成 . 从陕京输气管道工程 SCADA 系统看油气 管道 SCADA 系统设计 . 天然气工业 ,

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89 4 谢安俊 , 范启中 . 陕京输气管道 SCADA /POAS 系统 . 天 然气工业 ,

1998 ;

18(1) :

73 ~

76 (收稿日期 2004128 编辑 居维清) ・

3 ・ 第25 卷第

2 期天然气工业储运与集输工程