天然气长输管线SCADA系统
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
SCADA系统自动分输功能在天然气长输管道分输场站的应用
SCADA系统自动分输功能在天然气长输管道分输场站的应用摘要：燃气输配管理是输气站在生产过程中的一个重要环节，它不仅关系到输气站与用户之间的计量交接，还直接关系到分输用户的安全生产。
因此，确保燃气输配的可靠、稳定、高效和安全是输气站的主要工作。
SCADA系统自动分输功能为燃气输配的管理提供了有力支持，自动分输可适应现场复杂工况，提高了输配效率、节省了人工成本，在天津管道分输站场中取得了较好的应用效果。
关键词：SCADA系统；自动分输；逻辑优化；PLC1引言“十一五”以来，我国经济持续高速发展，对能源特别是天然气这些优质能源的需求迅速增长，带动了各地天然气输气管道铺设和天然气输气场站建设，推动着控制系统向自动化、无人化方向发展。
在运行管理方面，通过对天然气场站进行自动分输改造，是发展过程中的必然环节；改造内容主要涉及控制逻辑优化、PLC程序修改、上位组态修改、通信服务器数据库更新等内容。
本文以天津管道公司的唐官屯分输站作为案例进行对无人值守自动分输控制系统进行说明。
2 自动化控制系统现状唐官屯分输清管站是天津管道工程建设的重要场站，担着唐山方向和邹平方向输气；站内工艺流程与中石油互联互通、与北燃互联互通。
工艺现场有三个重点用户，承担用户输气任务，该站过气量大、分输任务艰巨、自控系统复杂。
唐官屯输气站SCADA系统的控制模式分为三级控制，即调控中心控制、场站控制和现场就地控制。
在正常情况下，由北京调控中心对全管道进行监视、调度，由场站控制系统下发控制命令，执行具体的控制功能，当场站控制系统发生故障时，现场进行就地操作。
第一级为调度中心控制级：设置在天津管道调控中心，对全线进行远程监控，实行统一调度管理。
通常情况下，由调度控制中心对天然气管道进行监视和控制，沿线各输气站场控制无须人工干预，站场的基本过程控制系统在调度控制中心的统一指挥下完成各自的监控工作。
第二级为站场控制级：设置在唐官屯分输清管站，由基本过程控制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，通过SIS系统对站内设备进行联锁保护。
天然气长输管线SCADA系统的设计与实现
so Technology技术纵横文献标识码：B文章编号：1003-0492(2020)07-080-04中图分类号：TP274天然气长输管线SCADA系统的设计与实现Design and Implementation of SCADA System for Long Distance Natural Gas Pipeline★田福光（北京和利时智能技术有限公司，北京102600）摘要：本文主要通过对调度中心、站控系统、阀室、管线关键设备控制方案、系统功能等方面的论述说明天然气长输管线综合监控系统的设计与实现。
基于和利时的HoHiSCADA、PLC、SIS、RTU等产品搭建系统架构，完成现场数据采集及设备控制功能，在提高SCADA系统自动化程度、实现无人值守现代化监控目标的同时，为企业搭建天然气长输管线综合数据集成与可视化平台奠定坚实基础。
关键词：长输管线；调度中心；站控系统；PLC；阀室RTUAbstract：This article mainly describes the design and implementation of the integrated monitoring and control system for Iong-distanee natural gas pipelines through the discussion of the dispatching center, station control system,valve chamber,pipeline key equipment control scheme,and system functions.Based on Hollysys'HolliSCADA,PLC,SIS, RTU and other products of Hollysys,the system architecture is built to complete on-site data collection and equipment control functions,while improving the automation of SCADA system and achieving unattended modern monitoring goals.At the same time,it lays a solid foundation for enterprises to build a comprehensive data integration and visualization platform for natural gas Iong-distanee transmission.Key words：Long distanee pipeline;Dispatching center;Station control system;PLC;Valve chamber RTU1系统简介天然气长输管线系统由首站、分输站、中间压气站、清管站、末站等站控系统和阀室组成。
天然气长输管线SCADA系统
３ 系统 组成 、 置 及 主要 功 能 配
３ １ 中央调 度管 理 中心 ｛ 级站 ） ． 一
（ ）组 成 及 主 要 配 置 １
中央调 度管 理 中 心 （ 级 站 ） 输 气 系 统 的 中 一 是 枢， 是实现输 气 系统 自动 化 ， 成 远 程计 量 、 障状 完 故 态处 理及排 除 ， 证 下 层 分输 站 、 保 首末 站 安全 运 行 ， 达 到管理 现代化 的核心 主要 由一台容错 小 型计算 机、 两个操 作员 工作 站 、 个 工程 师工 作 站 、 个经 一 一
理 终端及 一 台通 信计算 机通 过 以太网组成 的计 算机
网络系统 （ 图 １ 。通信速 率建议 为 １Ｏ Ｍ ／ 。 见 ） Ｇ ｂ ｓ
（）通信 系统利用 光纤 通 信系统 或 卫 星通 信 系 ４
统． 并备 用市 内或 长途 电话 线作 为后 备通信手 段 。 （ ）软硬 件系统 应至 少具有 ２ ５ ５％的扩展 能力 。 （ ）系统 应 能 与 关 系 型 数据 库 进 行 无 缝联 接 ， ６
维普资讯
・
１Ｏ ６
煤 气 与 热 力
第 ２卷 第２ ２ 期
文章 编号 ：ＯＯ一４ １ （０ ２ ０ —０６ ０ ｌＯ ４ ６ ２０ ）２ １０— ４
天 然 气 长 输 管 线 Ｓ ＡＤ 系 统 Ｃ Ａ
曾 力 ． 广煜 张
（ 中国市政 工程 华北 设计研究 院 ， 天津 ３０ ０４ ０ ０７ ）
程控制 （Ｐ ） Ｏ Ｃ
１ 概
述
天然气 长输管线 从 首站 开始经数 个分输 站 至末 站 ， 间还 有多个 截断 阔室 、 其 阴极保护 站等 长输 管 线 Ｓ Ａ Ａ系统 的设 计 可 借鉴 城 市燃 气 输 配 Ｓ Ａ Ａ ＣＤ ＣＤ 系统 的设计 经 验 和研 究 成 果 。 ， 据 长输 管 线 总 ＿ 根 体 方案 ， Ｓ Ａ Ａ系统设 计 成三级 结构 第 一 级为 将 ＣＤ 中央调 度管理 中心 （ 座 ） 设 置 在 首站 天 然 气集 输 一 ， 公 司 内。第二级 为 调 度管 理 监 控站 （ 座 ） 分 别设 数 ， 置在各分 输站 、 站 内。第 三 级 为 远程 无 人 值 守 监 末 控 站 （ 座 ）分 别设 置在各 截断 阀室 内 数 ，
SCADA系统在天然气调度管理中的应用
SCADA系统在天然气调度管理中的应用【摘要】本文结合长输天然气管道实际运行情况，对SCADA系统在天然气调度管理中的作用与地位进行了论述，通过对天然气长输管道的生产特点的分析，重点阐述了生产调度系统如何有效利用SCADA系统科学合理的做好统一指挥、全面协调，保证天然气长输管道安全平稳经济运行。
【关键词】天然气；SCADA系统；调度引言随着天然气管网的复杂化和下游用户的不断的增多，对SCADA系统提出的要求也越来越高，因此我公司公司为满足生产需要对SCADA系统进行了升级改造。
现用SCADA系统是用DYNAC软件作为开发工具的。
该软件是一个功能强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单的过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。
在任何情况下DYNAC软件都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口，使操作员能够清晰地管理和优化生产过程，更好的保障了保证长输管道安全运行。
1 天然气长输管道的特点长输管道是天然气长距离连续运输所依附的系统，随着公司的发展，我公司管道输配系统已由单气源、单管的输送方式演变为多气源、多管输送，生产运行工艺更加复杂。
长输管道作为天然气产供销系统的中间环节，必须协调好上下游的关系，因此操作管理更为复杂，而且担负一城市或地区的供气任务，涉及国计民生和千家万户，一旦发生事故将造成很大的经济损失和社会影响，因此必须保证其安全平稳、连续可靠运行。
SCADA系统（Supervisory Control And Data Acquisition System）是集远程终端装置RTU、PLC站控系统、调度控制中心主计算机系统和数传系统三大部分于一体的监视控制和数据采集系统。
站控系统监控的对象包括工艺运行参数（如温度、压力、流量等）、火警及气体漏失、输气气质指标（热值、H2O、H2S）、设备运行状态等。
由于具有以上特点，SCADA 系统可有效的应用于天然气日常生产管理。
2 天然气调度管理作用及要求天然气生产调度工作就是根据阶段性的生产特点，在组织实施过程中按照企业的销售计划，随时掌握上下游用户的动态变化，集中控制关键和主要环节，协调平衡上、中、下游资源，达到衔接一致，保证管道安全平稳运行，满足下游用户的用气需求。
长输天然气管道SCADA系统信息安全现状分析及优化措施
长输天然气管道SCADA系统信息安全现状分析及优化措施摘要：SCADA系统在长输天然气管道中应用广泛，其能在数据采集、设备控制、管线测量、参数调节及信号报警的基础上，实现天然气管道系统的有效监视和控制。
本文在阐述长输天然气管道SCADA系统架构的基础上，就其信息安全管理的问题和优化措施展开分析，期望能进一步提升SCADA系统应用效果，构建立体化防护体系，为天然气远距离管道运输创造良好条件。
关键词：天然气管道；长距离运输；SCADA系统；信息安全工业4.0背景下，现代信息技术在工业生产中得以逐渐深入，这有效地实现了工业控制系统的创新与优化。
现阶段，工业控制网正在与企业信息网、互联网进行着深度融合。
长输天然气管道运输中，深化SCADA系统应用能有效实现管道运输状态的监测控制，提升天然气管道运输的安全性、可靠性。
一、SCADA系统架构SCADA系统在天然气长输管道监测管理中发挥着重要作用，其与通讯系统和远程终端单元共同组成了天然气长输管道的工业控制系统。
就SCADA系统本身而言，不仅包含了调度控制中心、站场和RTU阀室，而且涉及现场仪表、通讯系统等单元。
其中系统调度控制中心对于全线SCADA系统具有集中监控功能；在站场和RTU阀室作用下，能在现场数据采集的基础上，完成相关设备的有效控制；SCADA系统现场仪表包含了传感器、变送器、智能仪表及执行机构等诸多单元，其具有现场站点检测、运行参数控制和设备调节的多种智能；SCADA通信系统包含有线通信和无线通信两个部分，在该单元支撑下，能有效完成监测及控制信号传输，保证长输天然气管道控制效果，确保长输天然气管道运行的稳定性、可靠性。
二、基于长输天然气管道的SCADA系统信息安全问题现阶段，SCADA系统在长输天然气管道中应用广泛，但结合实际应用效果来看，其在使用过程中还存在一定的信息安全问题：其一，SCADA系统网络应用存在一定的薄弱环节，具体表现在两个层面，一是除SCADA数据站场传输外，其在调控中心传输也未能完全做到单独业务通道，这种网络数据传输模式下，所有的数据共存于一个网络接口，业务数据未能实现全面的数据隔离。
天然气长输管道SCADA系统功能及实现-文档资料
天然气长输管道SCADA系统功能及实现i=r我国天然气资源的分布并不均衡，西部地区的天然气资源比较丰富，东部地区的天然气资源相对来说就比较稀缺，为了使资源能够被充分的利用，我国开始实施西气东输这一工程。
随着工程的运行，对于天然气管道的控制的要求需要进一步的提高，其中天然气长输管道控制在整个天然气管道的控制中是重点要控制的对象。
本文针对天然气长输管道的控制提出了一种较为先进的SCAD/系统，该系统不仅能够对天然气进行采集和监视，够进行有还能效的控制，是一种综合性、功能强大的系统。
2 SCADA系统的组成及功能2.1 硬件部分为了能够对天然气长输管道中的天然气进行有效的控制，个SCADA^统最基本的功能是能够实现对天然气的数据采集、输、分析、存储和控制等功能。
首先需要精确的采集到长输管道中天然气的参数值，这一步是以后所有步骤的基础。
只有在采集到精确的数据的基础上才能够进行正确的分析，进而做出合理的控制，一旦采集到的数据与实际数据出现偏差，那么对天然气长输管道的控制就会出现错误。
为了能够准确的得到采集结果，要对采集现场的环境以及所要采集的参数值的范围做深入的研究，选择合适的测量仪器，所选的测量仪器受环境的影响较小并且所测量的数据值均在测量仪表量程规定的范围内。
将采集到的数据输入到计算机中，由计算机对数据值进行正确的计算和合理的分析。
在将数据输入到计算机的时候，为了达到实时性较好的效果，应该采用多通道的输入设备同时对数据进行输入。
采集到的数据由计算机计算出天然气长输管道中所含天然气的一系列所需的参数，最后根据所得到的天然气参数结果对天然气长输管道的运行进行合理的调整，使得传输过程达到标准的规定。
因为外部环境条件的限制，使得采集到的数据无法直接传输到计算机中即计算机有时无法直接在现场进行数据的计算和分析，这时就要通过远程终端单元（RTU来完成将数据由现场传输到计算机中的任务。
有些需要传输的数据涉及到流量，这时就应该采用流量积算仪器进行数据的传输。
SCADA系统在石油天然气管道上的应用
SCADA系统在石油天然气管道上的应用SCADA系统（Supervisory Control and Data Acquisition）是一种广泛应用于控制和监控工业过程的自动化系统。
它可以实时采集、处理和传输各种管道上的数据，以监控和控制石油和天然气的输送过程。
在石油和天然气管道上，SCADA系统的应用可以提高管道运营的效率，并确保管道运行的安全性和稳定性。
SCADA系统可以监控管道上的各种参数，如温度、压力、流量等。
它能够通过各种传感器实时采集这些数据，并将其传输到中央控制中心。
中央控制中心可以通过SCADA系统的用户界面监控和显示这些数据。
运营人员可以根据这些数据来了解管道的运行状况，并及时采取措施来保证管道的正常运行。
如果某个参数超出了预定的范围，系统会发出警报，提醒运营人员采取相应的措施。
通过这种方式，SCADA系统可以及时发现和解决可能出现的问题，确保管道的安全运行。
SCADA系统可以对管道进行远程控制。
在某些情况下，运营人员可能需要远程操纵管道的操作，如开关阀门、调节压力等。
通过SCADA系统，运营人员可以直接在中央控制中心进行这些操作，而不需要亲自前往现场。
这样可以大大提高运营人员的工作效率，并且减少了人为因素引起的错误。
通过SCADA系统，可以对管道进行自动化控制。
系统可以根据预设的管道运行要求，自动调整阀门的开闭程度，以实现对管道的精确控制。
这有助于提高管道的稳定性和运行效率。
SCADA系统还可以实现管道数据的存储和分析。
系统可以将采集的数据存储在数据库中，以供后续分析和使用。
通过对数据的分析，可以了解到管道的运行情况和性能趋势。
这有助于预测和预防潜在的问题，并进行相关的优化措施。
在管道发生故障或事故时，可以通过SCADA系统追溯并分析数据，以找出故障原因并采取措施防止再次发生。
SCADA系统还具备报表生成和通信功能。
系统可以根据预设的要求，生成各种报表和图表，以便管理人员进行管道运营的分析和评估。
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天然气长输管线SCADA系统
天然气长输管线系统由首站、分输站、中间压气站、清管站和阀室、阴极保护站组成。
天然气管网工程的自动控制系统采用以计算机为核心的监控和数据采集(SCADA)系统。
该系统可在调度控制中心完成对天然气管道全线的监控、调度、管理的任务，全线各站场可达到无人操作、有人值守的控制和管理水平。
SCADA系统主要由调度控制中心、站控系统(SCS)及数据传输通讯系统三大部分组成。
调度控制中心：根据SCADA系统规模大小，可以设置总调度控制中心、备用调度控制
中心或区域调度控制中心，通过对各站PLC系统进行数据采集及控制、对管道系统工
艺过程的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息进行监控和管理，实现对管
道全线的监控、调度、管理的任务；
站控系统(SCS)：根据管网站场分布，在首末站、分输站、中间压气站、清管站和截
断阀室、阴极保护站等设置不同规模的站控系统(SCS)。
站控系统是SCADA系统的远程
监控站，它们执行主调度控制中心指令，实现站内数据采集及处理、联锁保护、连续
控制及对工艺设备运行状态的监视，并向调度控制中心上传所采集的各种数据与信息；
数据传输通讯系统：完成站控系统与调度控制中心的数据通信，一般采用光纤工业以
太网，光纤随天然气长输管线敷设。
调度中心
调度控制中心的主要任务是通过各站PLC系统进行数据采集及控制、对管道系统工艺过程的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息进行监控和管理。
它的计算机系统按客户机/服务器结构设置，其操作系统采用UNIX (服务器)和Windows(客户机)，局域网采用100Mb/s高速以太网。
服务器采用分布式结构，按功能将它们分开设置，以降低单台服务器的负荷。
服务器采用双机热备用，局域网冗余配制，操作员工作站、模拟仿真工作站和工程师工作站等都作为局域网上的一个节点，共享服务器的资源。
其主要功能如下：
工艺流程的动态显示
报警显示、报警管理以及事件的查询、打印
实时数据的采集以及实时趋势图显示
历史数据的归档、管理以及历史趋势图显示
向管网内各站下达压力和流量设定值
生产统计报表的生成和打印
下达调度和操作命令
管道故障处理，如管道发生泄漏、沿线各站非正常关闭等
发布ESD命令
控制权限的确定
组态应用软件和用户生成的应用软件的执行
安全保护
SCADA系统诊断
为MIS系统提供数据
首站站控系统
首站是天然气或原油、成品油进入长输管线的门户，一般采用压缩机组加压或来气自身压力的方式输送。
首站的自控系统称为站控系统(SCS)，主要由监控计算机、可编程控制器(PLC)、仪
表与变送器、通讯设备组成。
站控系统的PLC采用LK系列PLC，支持双机热备、电源冗余、以太网冗余及总线冗余，首站PLC与站内第三方设备通讯一般采用标准MODBUS通讯。
根据工艺参数，首站站控系统主要集成以下功能，并分别完成就地和远程监控。
显示动态工艺流程
对现场的工艺变量进行数据采集和处理
监控各种工艺设备的运行状态
经通信接口与第三方的监控系统或智能设备交换信息
显示各种工艺参数和其它有关参数
显示报警一览表
对电力设备及其相关变量的监控
对阴极保护站的相关变量的检测
提供人机对话的窗口
数据上传主调度控制中心
接受主调度控制中心发来的参数设定和控制命令
天然气流量计算
视频监控
分输站站控系统
分输站担负着向沿途个城市输送天然气的任务，分输站站控系统(SCS)主要由监控计算机、可编程控制器(PLC)、仪表与变送器、通讯设备组成。
站控系统的PLC采用LK系列PLC，支持双机热备、电源冗余、以太网冗余及总线冗余，分输站PLC与站内第三方设备通讯一般采用标准MODBUS通讯。
根据工艺参数，分输站站控系统主要集成以下功能，并分别完成就地和远程监控。
显示动态工艺流程
对现场的工艺变量进行数据采集和处理
监控各种工艺设备的运行状态
经通信接口与第三方的监控系统或智能设备交换信息
显示各种工艺参数和其它有关参数
显示报警一览表
对电力设备及其相关变量的监控
对阴极保护站的相关变量的检测
提供人机对话的窗口
数据上传主调度控制中心
接受主调度控制中心发来的参数设定和控制命令
天然气流量计算
视频监控
中间压气站站控系统
天然气长输管线沿途每隔一定距离(100~150km)设置一座压气站(或称压缩机站)，主要是给在输送中消耗了压力能的天然气增压。
中间压气站站控系统以LK系列PLC为核心控制部件，通过光纤以太网实现与上、下位机之间的通讯。
上位机采用FacView监控组态软件，通过人机界面HMI监控运行参数、下发启停机、工艺调整等命令。
下位机，即单台机组控制单元，以LK系列PLC为核心控制元件，通过PROFIBUS专用网路与之相连的分布式I/O现场数据采集模块，完成数据采集，下发启停机、工艺调整等控制命令。
通过硬接线的方式完成变频器的监控。
同时还设置有如下相对独立的检测控制系统：
通过MODBUS协议与震动检测系统实现通讯
通过PROFIBUS专用网络与ESD系统实现通讯
MCC 马达控制中心，通过PROFIBUS专用网络与之实现通讯，完成对机组冷却风扇、润滑油泵等设备的控制
中间压气站的监控参数主要包括：过滤器的差压、进出站压力、进出站温度、流量计算、调压器前后差压、压缩机参数、阴保电压和电流、阀门的开关状态、附属设备的参数(供电设备、通讯设备等)。
清管站和阀室站控系统
清管的目的是定期清除管道中的杂物，如水、机械杂质和铁锈等。
清管站除有清管球收发功能之外，还设有分离器及排污装置。
截断阀室在事故发生时可紧急关闭，便于抢修。
清管站和截断阀室站控系统(SCS)主要设备包括PLC、触摸屏、仪表与变送器、通讯设备。
PLC选用LK系列PLC，与站内第三方设备通讯(一般采用标准MODBUS通讯)，如流量计算等。
截断阀室站控系统不设置操作员工作站，它本身可与SCADA系统调度控制中心进行通信。
在出现异常情况时，远控线路截断阀可由调度控制中心关闭。
清管站和截断阀室为无人值守站场，其主要功能如下：
对现场的工艺变量进行数据采集和处理
监控线路紧急截断阀
太阳能电源系统的监控
采集和处理阴极保护站的相关数据
数据存储及处理
逻辑控制
紧急停车(ESD)
为调度控制中心提供有关数据
接受并执行调度控制中心下达的命令等。