天然气输气场站SCADA系统分析与设计_陈胜男

一、SCADA 系统概述 SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition） 系统，即监测监控及数据采集系统。它可以实时采集现场数 据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进 行全面、实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数 据[1]。SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自 动化系统[2]。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以 实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报 警等各项功能。 二、SCADA 系统的应用 由于各个应用领域对 SCADA 的要求不同，所以不同应用 领域的 SCADA 系统发展也不完全相同。 在电力系统中，SCADA 系统应用最为广泛，技术发展也 最为成熟。它作为能量管理系统（EMS 系统）的一个最主要 的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状 态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现 已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可 靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调 度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可 替代的作用。 SCADA 在天然气输气场站上的应用也较为成熟，在保证 输气场站的安全可靠平稳供气，提高天然气输配气的调度管 理水平起到了很大的作用。在天然气行业 SCADA 系统的发展 过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时 我国也从国外引进了大量的 SCADA 产品与设备，这些都带动 了天然气行业 SCADA 系统向更高的目标发展。 三、天然气输气场站 SCADA 系统设计 （一）系统的功能模块 天然气输气场站 SCADA 系统主要分为场站控制系统和调 控中心控制系统两大部分，其中场站控制系统包括十项功能： 流量计算机参数查看、工艺系统参数查看、操作权限交换、 开关阀操作、组分设定、报表查询、趋势曲线查询、实时报
时发出操作指令，造成设备误动作，产生安全风险。 （二）系统架构图
中心工作站
ห้องสมุดไป่ตู้
中心工作站
中心工作站
中心工作站
中心工作站
数据库 服务器
局域网
ＷＥＢ 服务器
防火墙
Internet
光缆通信
Web 监控 Web 监控 Web 监控
站场监控机
站场监控机
站场监控机
站场监控机
站场监控机
图 2.1 SCADA 系统架构图 通常我们把系统设计为三级控制：中心控制、场站控制、 就地控制，系统架构图如图 2.1 所示，系统采用 3 点一线式 结构，即现场仪表、天然气输气站、调度室服务器和通信网 络，实现了分散控制、集中管理和操作的功能。 (1)第一级为调度中心控制级：设置在调控中心，对全线 场站进行远程监控，实行统一调度管理，主要完成对各工作 站的实时监测、报警、历史数据查看和打印等功能。 (2)第二级为站场控制级：设置在各个站场，由站控系统 对站内工艺变量及设备运行状态进行数据采集、监视控制。 站场设置 1 台工程师站/操作员站，对站内数据进行监视、操作。 (3)第三级为就地控制级：就地控制系统对工艺单体或设 备进行手/自动就地控制。
参考文献： [1] 徐 林 宏 , 邓 月 光 . 中 压 天 然 气 管 网 SCADA 系 统 的 设 计 与 实 现 . 上 海 煤 气.2008.12(1):37~40. [2]董春红,石春锁.站控 SCADA 系统的实现.天然气工业.2005.25(2)149~151.
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产品工艺
通过该模块可以查询任意时间历史数据，方便生产管理 人员分析数据，从而掌握生产动态，自动报表生成功能，避 免了以往人工现场抄数填写报表的繁琐，节省了劳动力，降 低了人工成本。
7.趋势曲线查询 通过该模块查询功能，可以在一定时间范围内了解工艺 参数变化趋势，掌握工艺参数的变化规律，可以对生产工况 运行进行细致的分析，为科学生产提供决策依据，同时通过 趋势曲线可以发现运行过程中的异常情况，及时纠正不合理 的运行工况，避免生产事故。 8.实时报警查看 通过该模块，在发生报警的时候进行查看，可以了解到 哪个工艺设备出现异常，异常的状况是什么，异常值是多少， 可以立刻采取有效措施，排除异常状况，保证设备平稳运行。 9.历史报警查看 通过该模块，在技术人员第一时间不能到达现场处理报 警的时候进行查看，可以了解到哪个工艺设备出现异常，异 常的状况是什么，异常值是多少，可以立刻采取有效措施， 排除异常状况，保证设备平稳运行。 10.事件记录查看 通过该模块，可以全部记录 SCADA 系统中任何操作，诸 如：修改参数、通讯状态、远程命令、更改组分等，为出现 异常情况或者计量纠纷提供事实依据。 11.地图索引 通过该功能，可以直观的展示各天然气输气站所处的地 里位置，同时通过地图索引，可以切换到不同的天然气输气 站工艺流程界面，可以操作不同天然气输气站设备，分别查 看各工艺场站的工况运行参数。 12.用户管理及用户权限管理 ①用户管理 用户管理是添加、修改、删除用户。用户分为系统管理 员、站场用户、计量管理用户、调度员用户四种类型。每种 类型的用户权限不同。 ②密码管理 向用户提供对密码进行修改的功能。 ③权限设置 系统功能权限分为四种：系统管理员权限、站场用户权 限、计量管理用户权限、调度员用户权限；系统管理员权限 为最高权限，它可以对其它用户的权限进行设置，并具有其 他的全部权限。站场用户权限包括：浏览、查询、操作设备； 计量管理用户权限包括：浏览、查询、修改设备参数、修改 天然气组分参数；调度员用户权限：浏览、查询、修改设备 参数、修改天然气组分参数、站控及中控权限切换。 13.站控及中控权限转移 该功能可以切换站控操作和中控操作权限，防止两者同
四、总结说明
天然气输气站 SCADA 系统是一个大型的计算机数据采 集、监视、管理网络系统。采用客户/服务器模式结构，建设 一个调度控制中心为主站，在各输气场站、增压站、储配站、 调压站、气源站分别建立一个站控系统（子站），调控中心 与个子站之间采用光缆通信及公网通信通道相连，组成一个 开放的星型网络系统。采用 SCADA 系统能对管网及关键场站 进行监视控制，实时掌握管网运行数据，为指导生产及管理 提供准确决策依据，为进一步提高燃气管网输配的科学性和 供气安全性。
理论
天然气输气场站 SCADA 系统分析与设计
陈胜男 山东省天然气管道有限责任公司 陈亮 中原油田分公司油气储运管理处山东项目部
摘 要：数据采集和监控系统(Supervisory Control And Data Acquisition)简称 SCADA，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，是 用于现场检测和自动化管理技术。SCADA 系统在电力、石油化工、城市供水、供热、供气等行业得到了广泛应用。它可以实时采集现场数据， 对现场实行本地或远程的自控控制，对供气过程进行全面、实时监视，并未生产、调度和管理提供必要的参数依据。SCADA 的出现，大大对分 部距离远，生产单位分散的生产系统以及危险区域的一些数据采集、监视和控制得到了很好的改善。本文对天然气输气场站 SCADA 系统设计 进行概括行描述，探讨了 SCADA 关键技术的应用及主要硬件组成。 关键词：天然气输气场站 SCADA 系统设计
警查看、历史报警查看、事件记录查看；调控中心在涵盖站 控的基础上增加了三项功能：地图索引、用户管理及权限管 理、站控及中控控制权限转移。
1.流量计算机参数查看 通过人机交互界面工艺流程图，可以查看与现场流量计 算机同步实时数据，通过该功能方便天然气输气站员工在控 制室观察天然气流速，合理控制速度保证输配气计划的完成。 2.工艺系统参数查看 通过人机交互界面工艺流程图，可以查看工艺区设备运 行参数，包括：天然气输配流程中各主要节点的压力、温度、 差压等、工艺区可燃气体浓度、各主要压力容器运行压力， 通过该功能可以随时掌握天然气输气场站运行工况，保证生 产运行安全平稳。 3.操作权限交换 通过人机交互界面操作权限交换功能模块，可以在不同 用户之间登录，不同的工作人员具有的操作权限不同，例如： 场站操作工人和计量管理人员在使用该系统时登录相对应的 帐户，获得不同的操作功能，计量管理人员不具备设备操作 权限，防止对场站工艺设备误操作，降低了安全风险，场站 操作工人不具备天然气组分参数修改权限，这样就保证了了 计量贸易的公平性。 4.开关阀操作 天然气输气站操作工人或者中心调度人员，在需要对工 艺阀门设备进行远程状态改变时，通过该功能模块，远程发 出操作指令改变工艺流程区阀门状态，避免了现场操作的安 全风险。 5.组分设定 天然气输气站计量管理人员，在天然气组分改变时需要 修正计量仪表中天然气组分值是，不需要在工艺区现场修改， 可以在控制室或者控制中心远程修改组分，避免了去现场操 作的安全风险。 6.报表查询