浅谈SCADA系统在输气站场上的应用

摘 要：SCADA的英文是Supervisory Control And Data Acquisition，译成中文就是监督控制与数据采集。本文以某输气项目为例，阐述了SCADA系统的原理、结构、功能。

关键词：SCADA系统 结构 功能

一SCADA的特点及结构

（一）SCADA上位机着重于侧重监控功能

1.上位机组成

上位机系统通常包括SCADA服务器、工程师站、操作员站、WEB服务器等，这些设备通常采用以太网联网。实际的SCADA系统上位机系统到底如何配置还是根据系统规模和要求而定。根据安全性要求，上位机系统还可以实现冗余，即配置两台SCADA服务器，当一台出现故障时，系统自动却换到另外一台工作。

2.上位机功能

数据采集和状态显示、远程监控、报警和报警处理、事故追忆和趋势分析、与其他应用系统的结合。

（二）SCADA系统下位机着重于直接控制功能

下位机主要功能

1.数据采集

下位机配置的各种输入设备（DI、AI等）进行数据采集

2.控制

下位机配置的各种输出设备（DO、AO等）对现场设备进行控制

下位机接收上位机的监控，并且向上位机传输各种现场数据

（三）通信网络主要用于实现上、下位机数据交换

通信网络实现SCADA系统的数据通信，是SCADA系统的重要组成部分。与一般的过程监控相比，通信网络在SCADA系统中扮演的作用更为重要，这主要因为SCADA系统监控的过程大多具有地理分散的特点，如无线通信机站系统的监控。

通信网络的组成

1.上位机系统

主要是连接上位机、服务器、通信设备、打印设备的局域网络上位机还可以设置WEB服务器，提供远程监控网络。

2.下位机系统

包括连接I/O设备与控制器的现场总线，各种设备级总线等。

3.连接上、下位机的通信网络

这部分网络最复杂，形式最多样，是SCADA系统的重要特点。

（四）检测和执行设备

1.检测元件

SCADA系统中监控的参数按照数据类型可以分为模拟量、数字量和脉冲量等，模拟量包括温度、压力、物位、流量等典型过程参数和其他各种参数，而数字量包括设备的启/停状态等。这些信号的获取要靠各种检测元件（传感器）实现。

2.执行器

执行设备接受下位机（控制器）的输出，改变操纵变量，使生产过程按照预定要求正常运行。在不同的行业中，执行器类别不一样，如在生产过程监控中，各种气动执行器得到广泛应用，典型的就是气动薄膜调节阀，还有各种开关阀门。而在制造业中，各种步进电机、变频器、伺服电机等调速设备得到广泛应用。

二、SCADA系统在输气场站的应用

（一）工程概况

本工程是“全省一张网”的核心组成部分，属于广东省天然气管网近期工程的一部分，承接西二气和川气。沿线主要为城市燃气用户。本工程线路总长约466.66km、共设2座首站、8座分输站和2座末站，21座截断阀室。正常运行时，管网由调度控制中心对各站及阀室进行数据采集、监视控制和生产调度管理，各站场按“有人值守、无人操作”原则进行设置，阀室按“有人看护、无人操作”原则进行设置。

（二）SCADA系统在该工程的作用

输气干线SCADA系统由控制中心系统、站控系统和与远控阀门RTU系统组成，每个分输站都设有站控系统，每个线路截断阀室都具有远控功能。整个系统基于计算机网络，主/备控制中心、各分输站站控系统和阀室RTU通过SDH光纤传输网络和租用运营商网络双网连接通讯。

控制中心系统软件采用Honeywell公司的PKS作为监控管理平台，设有冗余实时/历史数据服务器、EServer服务器、防病毒服务器以及各种工作站，控制中心通过各站站控系统SCS/RTU对干线进行数据采集和控制，同时实现对管道的输送计划、场站安全监控、计量管理和模拟培训等任务。控制中心的操作人员可以通过调控中心操作员工作站对输气干线各分输站的数据参数和设备进行监控。

站控制系统SCS由火气子系统、计量子系统、调压控制子系统、阀室子系统、各种现场远传控制设备和独立的ESD系统组成，各子系统通过RS485/232与主PLC控制器通讯。站控系统上位机采用PKS监控管理平台，下位机主控制器美国AB公司的ControlLogix PLC控制器，火气、ESD控制器采用Honeywell公司的SM控制器，站控系统完成对站场工艺参数的采集和监控，对现场设备的控制、联锁保护、动态显示工艺流程，以及全站启停、报警、报表生成等生产管理功能，并负责将站场采集控制参数上传调控中心，接受执行控制中心下达的命令。

阀室RTU采用BB公司的Control Wave Micro控制器，负责现场工艺参数的采集处理，控制线路截断阀、太阳能供电系统、火气报警系统等，并实现了对阀室设备的逻辑控制和ESD功能，同时将阀室状态数据和参数远传到控制中心以及相邻的上下游分数站，接受和控制控制中心或者分数站下达的命令。

三、SCADA系统场站案例分享

某日，一输气场站进出站气液联动阀突然自动关闭，并产生声光报警。场站人员分组进行排查问题，一组人员通过站控系统查看现场阀门状态及工艺参数。一组奔往现场检查现场有无误报及突发事件。经现场与站控室双方确定，场站启动联锁保护，引起联锁保护的原因可从站控因果图判断看出，因场站出口压力突然上升并超出设定压力，为保护场站工艺设备，系统自动关闭进出站阀门，并产生声光报警。并可从上下游流量计的历史数据，以及进出站压力变化曲线，可判断，导致压力突然变化的原因是上游原因。根据分析结果，及时联系上游，通过调整，输气站恢复正常，保证了输气计划的完成，同时也保障了我方与上下游的利益。

四、结论与认识

SCADA系统已日渐成熟化精细化，针对输气长输管道的应用已慢慢占据了主导地位。它可以实现数据采集、监视、控制和管理。从而提高了场站及阀室的安全性、可控性、可监视性。使站场“有人值守、无人操作”，阀室“有人看护、无人操作”这种设想不再是假想。从而降低了输气场站人员配置，针对突发事件有安全的保障外还有足够的数据便于分析，提高处理事情的效率。