输气管道中SCADA系统的特点及应用现状研究与探讨

摘 要：本文根据目前油气输送过程中所存在的主要问题，分析了长输管道输送过程中的监控特点，对比了调度控制中心数据库的集中式和分布式结构的优缺点并给出了SCADA系统在长输管道的实际应用情况，对大家深入了解SCADA系统在长输管道的应用特点以及进一步提高长输管道和泵站自动化水平具有重要意义。

关键词：SCADA系统；长输管道

一、引言

通常，管道的运行调度中心就像人的大脑一样对管道、泵站或压气站以及计量装置进行监测、控制。我们把完成这种监测和控制的系统通常称为SCADA系统，即监控和数据采集系统。随着计算机和通信技术的飞速发展， 早期系统的功能和范围都得到很大的扩展和提高。这些改进和提高，实现了复杂的管道监控。运行、计量和工业化生产过程目前已成为管线自动化控制的三个主要因素。除了对管道系统进行基本的监测和控制外， SCADA系统也是大多数信息系统的核心。因此，为了全面提高输油泵站和油气管道的自动化程度，并促进油气管道能够经济、高效和安全的从事生产运营活动，根据我国目前的输气管道的分布特点，当务之急就是，建立信息化生产管理调度系统以及先进的分布式自动监控系统。

二、长输管道监控特点

长输管道主要是用来输送原油、天然气、液态天然气、成品油以及其他液态化工产品等液体的，分布一般都比较广泛、站点较多。另外，完整的水力系统一般都由压气站、配气站、所有泵站、分输下载站和截断阀室以及管路等构成，并采用密闭输送流程。因此，长输管道就需要实现站控、中心控制和就地控制相结合的控制方式进行集中监控和统一调度，那么设立SCADA系统调度控制中心就大势所趋。调度控制中心统一对不需要设立站点监控的管道进行管理。为完成整个管道的自动化控制，首先站点的远程端监视控制和数据采集都由PLC或RTU进行，然后再将控制数据传输到调度中心。决定整个SCADA系统有效性和可靠性的重要基础是长输管道的通信系统，其中包括电话、微波、卫星、自建光纤等方式。调控中心SCADA系统的数据库系统结构的选择方式是由不同的通信基础直接决定。根据分析，有限带宽以及低速的长距离通信在非光纤通信条件下，是长输管道SCADA系统设计时所必须满足的条件。

SCADA系统中，中心数据库中存储有许多的历史数据，而控制器中的数据传输则以非常小的数据包进行。为了保证监控数据传输的完整性，要求数据控制器在通信恢复的情况下，能够重新传输已传送失败的历史数据到中心数据库，也就是需要具备历史回填功能；另外为了达到最小数据传输的目的，监控数据则需要以逢变则报或进行内部轮询。

三、调度控制中心数据库的集中式和分布式结构

很多SCADA厂家仍然采用了集中式系统结构来满足长输管道的需要，一般在天然气管输中不设任何设备。但有时为了满足站点监控的需要，处理通信系统中断时的现场情况，有时也在站点处分设服务器或工作站。集中式系统结构虽然效率高，但由于负荷集中，计算机硬件和软件的扩充受到限制，目前国外很多厂家的远程站点的数据库都限制在25000点以内。而分布式系统结构，各个站点服务器的采集数据原理与集中式相同；区别在于调度中心总服务器对各个站点服务器数据库进行实时访问，通过一定的数据访问权限和验证模式的设置和授权形成了全局共享结构，实现了全局数据库信息的调用。历史存储信息分布在各个远程站点中，站点中的数据库服务器的数据实时到调度中心总服务器内存中，调度中心总服务器仅对重要数据进行处理和归档，而实时操作日志分别存储在调度中心总服务器和相应数据源的站点服务器中，从而实现了数据、网络优化的高效数据库。

四、SCADA 系统的应用实例

为了协调东西部资源，我国建设了西气东输的资源援助工程。所谓的西气东输工程，指的是包括天然气处理工厂、天然气长输管道、集气站，全长近4000 公里，西起新疆塔里木轮南油气田，东止于上海的白鹤镇的一条输气管道。为了有效提高每个输气环节的自动化水平，SCADA系统分别应用于集气站、天然气长输管道、天然气分输站商品气的计量交接以及城市天然气管网系统中。

1. SCADA系统在天然气长输管道中的应用

长输管道一般在输送途中都要经过复杂危险的地形，因此，在天然气输送过程，可利用scada系统对长输管道的设备情况，输送压力、温度以及输送密度流量等进行控制和实时监测，保障天然气的平稳、安全输送。

2. SCADA系统在天然气分输站商品气计量交接中的应用

在实际运行中，天然气需要以商品的形式计量交接给长输管道公司，然后管道公司再将天然气输送到沿途各省市的天然气公司。另外，天然气公司将天然气销售给用户时，也同样需要进行计量，因此，SCADA系统也可起到天然气的计量交接作用。

3. SCADA系统在集气站的应用

集气站的主要功能就是分离计量站中天然气的酸性气体和水分。在此过程中，目前国内仪表暂时无法有效的控制和保护压缩机以及膨胀机。因此，SCADA系统的出现为我们解决了集气站目前的自动控制问题，在控制集气站的同时，还通过RTU（远程终端控制装置）监视计量站的生产数据。一旦发生意外，立即采取相应措施。

4. SCADA系统在城市天然气管网的应用

天然气管网在西气东输的工程中，占很大比重。需要根据技术工艺，合理地设计RTU，来监测和控制整个管道网络，并结合用户所需，来控制流量以使系统平稳运行。

五、结论与认识

长输管道运行控制中，由于建立SCADA系统，实际操作人员大幅度降低，有效地提高了劳动效率，并通过安全联锁保护系统，大幅度降低了设备维修率，确保了输油管道的平稳安全生产，自动化水平也随之大幅度提高，工艺更加优化精良，有效的降低了能耗。另外，以SCADA系统为核心，构建的长输管道以及油库的自动化系统有着诸多优越性，系统的功能能够充分满足生产的需要，同时用户界面设计简单、方便，并易于操作，可使有限的经费发挥更大的效益。

参考文献

[1] 王红霞. 长输油管道自控控制系统评价分析[D] . 大庆：大庆石油学院，2006