昆仑燃气控制原则.doc

SCADA系统操作控制原则高阳分输站(分输改造工程)版次：0文件编号：生产运行处2013年11月目 录1 概述22 监控原则及操作方式22.1 监控系统原则要求22.2 操作方式33操作控制原则43.1 工艺流程43.2逻辑控制原则53.3安全仪表系统控制原则83.4仪表设备检测控制103.5数据采集及监控123.6通讯协议、接口定义、参数143.7 上传DCC数据143.8 站控系统HMI监控画面144 DCC操作控制原则164.1 主要监视、控制功能164.2 主要监视、控制功能说明164.3数据采集及监视184.4 DCC SCADA系统HMI监控画面181 概述为保证本站场的运行安全，在站内设有自动化控制系统。该系统主要包括工艺站场的现场检测仪表、调压系统等以及监控和数据采集（SCADASupervisory Control And Data Acquisition）系统，以实现“有人值守、无人操作、远程监控”的运行管理模 改造扩充，利用昆仑燃气高阳调度控制中心（DCCDispatching Control Center）对本站进行监控和管理；确保站控系统在正常情况下，现场无需人员操作，各种工况均能够实现远程控制。SCADA系统将实现调度控制中心、站场和就地的三级控制与管理，达到对全线进行监控、调度、管理的自动化水平。调度控制中心的主要任务是通过本站站控系统SCS进行数据采集、数据处理及存储归档、控制、故障处理、安全保护、报警等任务。调度控制中心的调度和操作人员通过 SCADA 系统操作员工作站提供显示的管道系统工艺过程的压力、温度设备运行状态等信息，完成对边渡口首站的监控及运行管理。站控系统将完成站场的监控及连锁保护等任务，并接受和执行调度控制中心下达的命令。本报告编制的主要内容为新建边渡口首站内的系统控制、主要设备检测参数和控制要求、事故工况处理等。2 监控原则及操作方式 2.1 监控系统原则要求 为确保系统安全可靠的运行，自动控制系统以站控系统的自动逻辑控制为基础。在正常运行状态下，不需要操作人员进行常规的运行干预。在与DCC数据通信中断的情况下，站控系统应能自动控制运行。在站控设备处于维护状态下或部分设备处于故障状态下，可以通过站控系统或现场操作完成控制。监控系统的原则要求是：(1) 监控生产过程中所有被控对象，使其参数及状态始终处于监控的安全状态之中。(2) 站控系统在执行DCC下发的控制命令时，不作反馈，但应作为事件进行记录；站控系统收到该命令2s后自动复位。(3) 所有DCC运行监控中的操作，包括：设定值修改，对阀门的操作控制等工作都应作为事件进行记录。(4) 所有站控系统运行监控中的操作，包括：设定值修改，对阀门的操作控制，仪表、阀门的“维护”状态设定等工作都应作为事件进行记录。 (5) 当常开常关阀位状态发生变化时，需启动相应的报警提示操作员注意。ESD相关阀门阀位状态变化时，需启动声光报警器；过程控制阀门（常开阀门GOV-E1501、SSV-E6103、SSV-E6203、SSV-E6104、SSV-E6204）阀位状态变化时，在DCC/站控系统HMI显示报警信息即可。 (6) 站控系统HMI画面按照Q/SY 201的标准要求制作。2.2 操作方式控制系统按三级操作控制原则进行设置：中心控制级，站场控制级和就地控制级。通过安装在PLC机柜前面板的“中心/站控/站手动”切换开关切换站场的控制方式：“中心控制”或“站控控制”或处于“站手动控制”三种方式。站控人机界面HMI（Human-Machine-Interface）和DCC的HMI均能显示站场的控制方式。对同一操作命令，DCC控制和站控控制是互锁的，即：DCC和站控不能对同一操作同时进行控制。“中心/站控/站手动”切换开关的切换是无扰动切换，切换时不应改变切换前的设定值、控制输出值及可控阀门的开、关状态。 “中心/站控/站手动”切换开关无论处于何位置，站控系统和DCC发出的ESD命令总是有效的。2.2.1 “中心/站控/站手动”切换开关处于“中心”位置(1) 站控系统的所有逻辑联锁功能自动进入“联锁投入”状态，所有电动/气液联动阀原来设置的“手动”状态自动变为“自动”状态，其“维护”状态保持不变。中心操作员在HMI上除了对站场的工艺参数及设备状态进行监视，还能操作站内所有的电动/气液联动阀，设置各调压管路的优先级以及远程设置站场出站压力的设定值，并可发出“站ESD”命令、“站启动”（包括分用户站启动）、“站正常关闭”。 (2)站操作员在HMI上只能对站场的工艺参数及设备状态进行监视（发出ESD命令除外），不能操作站内的电动/气液联动阀及设置站场的出站压力的设定值。2.2.2 “中心/站控/站手动”切换开关处于“站控”位置(1) 中心操作员在HMI上只能对站场的工艺参数及设备状态进行监视（发出“站ESD”命令除外），不能对操作站内的电动/气液联动阀及设置站场的出站压力的设定值。(2) 站控系统的所有逻辑联锁功能自动进入“联锁投入”状态，所有电动/气液联动阀原来设置的“手动”状态自动变为“自动”状态，“自动”和“维护”状态保持不变。站操作员在HMI上除了对站场的工艺参数及设备状态进行监视，还能操作站内的所有电动/气液联动阀，设置各调压管路的优先级，设置站场的出站压力的设定值。2.2.3 “中心/站控/站手动”切换开关处于“站手动”位置 (1) 中心操作员在HMI上只能对站场的工艺参数及设备状态进行监视（发出“站ESD”命令除外）。 (2) 站控系统的所有逻辑联锁功能（ESD联锁除外）自动进入“联锁取消”状态，所有未设置为“维护”状态的电动/气液联动阀自动设置为“手动”状态，设置为“维护”的阀门其状态仍保持“维护”状态。站操作员在HMI上对站场的工艺参数及设备状态进行监视，对站内的所有电动/气液联动阀的操作只能为“手动”方式。每路压力监控系统仍保持自动状态。3操作控制原则 3.1 工艺流程在每路调压管线前均设置电动球阀，可实现远程控制和自动切换，出站管线上设置气液联动紧急关断阀，在事故状态下可实现远程或自动关站。高阳分输站改造工程工艺及自控流程图详见DWG-0000储01-01。3.2逻辑控制原则基于站控系统的逻辑联锁等自动控制功能，结合站控操作员通过HMI实现的人机对话，完成对站场的监控。主要检测、控制功能如下：(1) 站启动控制；(2) 站正常关闭控制；(3) 出站压力调节控制；3.2.1基本控制参数定义说明1）电动阀门开关超时报警时间：28” 及以上阀门为200s，28”以下阀门为120s。2）气液联动阀门超时报警时间：30s。3.2.2 主要的检测、控制功能说明3.2.2.1站启动控制站启动是指向站内的工艺设备充气并满足气体流动条件。站启动可分为以下3种情况。站场的初始进气操作（由站场操作员手动完成）站场的初始进气操作是指站场建设安装完成后氮气置换完毕，具备进气条件后的首次生产运行。站场紧急关闭（站ESD）或检修放空后进气操作（由站场操作员手动完成）站紧急关闭是发生紧急情况下，为避免事故扩大而采取的应急措施，其执行的控制命令是关闭站场。站场正常关闭后的站启动（由操作员发出“站启动”命令后PLC程序自动执行）站启动命令必须在站正常关闭成功后方可执行。站场正常关闭后站启动的步骤是：（1）操作员通过HMI确认电动阀、气液联动阀、现场检测仪表、可燃气/火灾报警系统、供电系统和站控系统等与站场运行相关的设备系统无故障，处于正常工作状态。 （2）操作员通过中心/站控 HMI发出“站启动”命令。n 检查以下条件，若有1 项不满足，则终止程序执行，并在HMI 上显示“站启动失败”报警，提示操作员；否则继续执行；- 检查是否已启动“站ESD”；- 检查“站正常关闭”命令是否已复位成功；- 检查所有放空阀门是否处于阀全关状态；- 检查是否有一路调压管线可用，其中第1路判断为例，当满足以下所有条件时，证明该回路可用； a 回路切换阀XV-6101处于“阀全开”状态，且无故障报警（包括超时报警）且不处于“维护”和“手动”状态。n 打开出站阀GOV-E1501；n 检查GOV-E1501是否全开到位，若出现该阀门开命令超时报警，则终止程序执行，并在HMI上显示“站启动失败”报警，提示操作员；若是则继续；n 打开可控球阀PCV-E6105；n 若可控球阀未打开，则HMI 上显示“站启动失败”报警，提示操作员。在限定时间内（调试确定）电动调节阀开度大于5%（调试时确定）；3.2.2.2站正常关闭控制 站正常关闭是指站场在正常工况下，出于站场维护等目的，操作员可通过站控系统/DCC下达“站正常关闭”命令。站场正常关闭后，站内工艺设备内仍有带压天然气。站控PLC系统接收到“站正常关闭”命令后执行以下操作指令：n 关闭进站阀门XV- 6101/XV-6201；n 检查XV- 6101/XV-6201是否均全关到位；若是，则进行下一步；若上述阀门关闭超时报警，则终止程序执行，并在HMI上显示“站正常关闭失败”报警，提示操作员；n 关闭PCV-6105/ PCV-6205和 GOV-E1501；n 检查PCV-6105/ PCV-6205和 GOV-E1501是否全关到位；若上述阀门关闭超时报警，则终止程序执行，并在HMI上显示“站正常关闭失败”报警，提示操作员；若是则继续；3.2.2.3时钟校准由调控中心对站控PLC校时（1小时1次）。通过PLC校准站控HMI。站控HMI时间比PLC时间慢1分钟；例如：PLC时间为8：00，HMI时间为7:59。3.3安全仪表系统控制原则站控系统通过配置的ESD功能，当站场出现严重气体泄漏或压力失控导致出站压力超高、火灾报警等紧急情况下完成对整座站场的紧急关闭，确保站场安全。3.3.1 站控ESD联锁控制功能站场ESD功能由站控系统完成，ESD功能卡件安装在PLC机柜中。主要的检测控制功能包括：站紧急关闭（站ESD）。3.3.2 ESD命令复位任意ESD命令被触发后，均需要通过ESD复位按钮进行复位操作，其中“站ESD”命令执行完毕后，操作员先将按下的ESD按钮提起，再按动ESD机柜内的复位按钮进行复位操作。站控HMI上显示复位反馈信号。复位成功后，站控HMI上显示“ESD复位成功”。ESD命令执行后，逻辑连锁功能将自动取消；ESD命令复位成功后，需人工将切换开关“DCC/站控/站手动”切换站手动状态，然后进行现场检查及流程恢复。当确定流程恢复完毕后，再将切换开关“DCC/站控/站手动”切换至相应位置，并自动回复逻辑连锁。3.3.3 ESD报警根据触发ESD级别的不同，启动的ESD声光报警设置也不一致。1站紧急关闭（ESD）当站场上、下游输气管道出现紧急事故，站场出现火灾等情况下，操作员启动站控制室内墙上的“站ESD”按钮或现场装置区附近的“站ESD”按钮，下达“站ESD”命令。该命令不受站控系统状态、被控设备的工作状态及其它站控逻辑的限制，其操作命令优先级别最高。（1）“站ESD”的触发条件“站ESD”的触发条件为以下情况之一：2个n 高阳调度控制中心（DCC）发出“站ESD”命令；n 控制室ESD按钮（2）“站ESD”命令的执行ESD系统接收到“站ESD”命令后执行以下操作指令： 同时关闭出站阀GOV-E1501和自力式安全切断阀SSV-6103/6203、SSV-6104/6204。同时，输出DO信号（加常开接点继电器，DO输出时接点闭合），启动全站ESD声光报警器，提示现场工作人员，在站控人机界面HMI（Man Machine Interface）上显示“站ESD已启动”，提示操作员“站ESD”命令开始执行。 判断上述阀门是否全部关闭到位（即收到阀门“阀全关”信号），若否，则在站控HMI上显示未“阀全关”的阀门状态及位号，并显示“站ESD执行失败” 报警；若是，执行下一步。 手动打开放空阀。（3）“站ESD”命令执行过程在站控HMI和DCC HMI上的显示站控HMI和DCC HMI上制作1幅“站ESD”画面，将发出“站ESD”的ESD源（即上述2个ESD源之一），“站ESD”命令相关的阀门位号及阀门开、关状态，“站ESD”命令执行的全过程的反馈信息进行显示，显示“站ESD”命令执行的全过程，以便操作员了解“站ESD”命令的执行情况。“站ESD”命令执行全过程在站控HMI和DCC HMI上的显示信息见下表（参考做修改）。标 签 名说 明备 注DCC_ESDDCC发出“站ESD”命令ESD_0001站控ESD机柜前面板上的“站ESD”按钮（ESD-1301）被按动ESD_Start“站ESD”已启动ESD_Finished“站ESD”执行成功ESD_Fail“站ESD”执行失败ESD_Reset_OK“站ESD”复位成功GOV_E1501_Close_FaultGOV E1501 “站ESD”关阀超时报警“0”表示无报警，“1”表示超时报警2分输出站超压ESD关闭当分输出站至用户的压力超高限时，为保护下游设备的安全，需关闭压力监控系统中的安全切断阀。该命令不受站控系统状态、被控设备的工作状态及其它站控逻辑的限制。（1）“分输出站超压ESD关闭”的触发条件“分输出站超压ESD关闭安全阀”（Distribution Outlet Over Pressure Shutdown Safety Valve）联锁功能简称“出站超压ESD关闭”，其触发条件为：出站超压ESD关闭的触发条件为：压力变送器PT-1501、PT-1502、PT-1503这3台中的任意2台（3选2）同时超过高限压力值（3.5MPa，该值可通过站控HMI修改，修改功能采用密码保护）。当3台变送器中的1台被操作员设置为“维护”时，只判断另外2台变送器的压力值。（2）“出站超压ESD关闭”联锁的执行达到“出站超压ESD关闭”条件后，ESD系统执行以下操作指令：同时关闭压力监控系统管路中的安全切断阀SSV-6103、SSV-6203、SSV-6104、SSV-6204。同时，在站控HMI上显示“出站超压ESD关闭已启动”，提示操作员“出站超压ESD关闭”联锁功能开始执行。若上述安全阀未全部关闭到位（即收到阀门“阀全关”信号），在站控HMI上显示未“阀全关”的阀门状态及位号，并显示“出站超压ESD关闭执行失败”报警。“出站超压ESD关闭”联锁成功执行完毕后，在站控HMI上显示“出站超压ESD关闭执行成功”提示操作员。 “出站超压ESD关闭”联锁执行完毕后，阀门需要人工现场复位后方能再次启动。（3）“出站超压ESD关闭”联锁执行过程在站控HMI和DCC HMI上的显示在站控HMI和DCC HMI上的“站ESD”画面中，将触发“出站超压ESD关闭”的联锁源（即：PT-1501、PT-1502、PT-1503按3选2方式超高限），“出站超压ESD关闭”联锁相关的阀门位号及阀门开、关状态，“出站超压ESD关闭”联锁执行的全过程的反馈信息进行显示，显示“出站超压ESD关闭”联锁执行的全过程，以便操作员了解“出站超压ESD关闭”联锁的执行情况。“出站超压ESD关闭”联锁执行全过程在站控HMI和DCC HMI上的显示信息见下表。（参考修改下表）标 签 名说 明备 注ESD_DOOP_QHD_Start“出站超压ESD关闭”已启动ESD_DOOP_QHD_Finished“出站超压ESD关闭”执行成功ESD_ DOOP_QHD_Fail“出站超压ESD关闭”执行失败ESD_DOOP_QHD_Reset_OK“出站超压ESD关闭”复位成功ESD_SSV_6103_Close_FaultSSV6103“出站超压ESD”关阀超时报警“0”表示无报警，“1”表示超时报警ESD_SSV_6203_Close_FaultSSV6203“出站超压ESD”关阀超时报警等等3.3.4 站控HMI上ESD相关检测信号的显示连接在ESD系统上的压力变送器，气液联动球阀、自力式安全切断阀等仪表设备及ESD系统CPU模板、I/O模板等数据及状态信号通过控制网络传送至站控PLC，在站控HMI上进行显示、报警和记录。3.4仪表设备检测控制3.4.1 电动阀门 电动阀具有“开阀”和“关阀” 2种操作。 (1) 检测：阀全开、阀全关、就地/远程、综合故障报警信号。 (2) 控制：开阀、关阀命令。电动执行机构按“点动”方式接线。电动执行机构的“开阀”端子加上24VDC电压，则阀门向“开”的方向运行；24VDC电压消失，则阀门停止运行。“关阀”与开阀类似。 (3) 超时报警：电动阀接受“开阀”或“关阀”命令后，经过120秒（该值可针对不同口径的电动阀在PLC中设定）后站控PLC仍未收到阀“全开”或“全关”信号。“超时报警”信号是由PLC逻辑产生的报警信号，不是电动阀的硬接点报警信号。“超时报警”由DCC（高阳调控中心）或站控操作员通过HMI上的复位按钮进行复位。只有在站场处于“DCC远控”式时，DCC操作员才能进行复位操作。 (4) ESD控制：连接至ESD系统的电动阀，其ESD命令和阀状态信号均通过硬接线方式接入ESD系统。3.4.2 可控球阀检测控制(1) 检测：综合报警、就地/远程、阀全开、阀全关、阀位（420mA）信号 (2) 控制：阀位控制输出（420mA输出）命令。3.4.3 气液联动球阀检测控制 (1) 检测：全开、全关信号。 (2) 控制：开阀、关阀命令。阀的开、关状态由阀上的电磁阀控制。阀上有3个电磁阀，其中2个（开阀、关阀）由站控PLC控制，另1个由ESD系统控制。ESD系统控制的电磁阀保持通电状态时，阀门的开、关由站控PLC控制的电磁阀控制。ESD系统控制的电磁阀失电，则阀门关闭。 (3) 超时报警：气液联动球阀接受“开阀”或“关阀”命令后，30秒（该值可针对不同口径的气液联动球阀在PLC上进行设定）后站控PLC仍未收到阀“全开”或“全关”信号。“超时报警”信号是由PLC逻辑产生的报警信号，不是气液联动球阀的硬接点报警信号。“超时报警”由DCC或站控操作员通过HMI上的复位按钮进行复位。只有在站场处于“DCC远控”方式时，DCC操作员才能进行复位操作。3.5数据采集及监控参照Q/SY 201-2007 油气管道监控与数据采集系统通用技术规范执行。站控PLC通过RS-232接口对配套相关系统进行数据采集，主要包括：(1) 阴保数据监测;3.6通讯协议、接口定义、参数项目完成后，由施工单位提供相应附件。3.7 上传DCC数据站控系统上传DCC的数据主要包括： 站控系统采集的所有温度、压力、电动阀状态等现场仪表信号； 站内电动检测仪表及被控设备（包括电动/气液联动阀）的“维护”状态； ESD触发状态及执行结果； 站控系统自身的工作状态信号，如PLC系统和ESD系统CPU模块的工作状态。3.8 站控系统HMI监控画面站控系统HMI监控画面主要包括：1工艺系统画面主要包括工艺流程总貌画面和工艺分区流程画面。工艺流程画面中应显示仪表和阀门的位号。工艺流程画面包括：主工艺流程画面，进站流程图，出站流程图，阴保数据表。辅助流程画面包括：系统主菜单图，网络通讯图，火灾报警图， PLC配置图，机柜配置图，配电系统图。另外还包括一些弹出面板，如：电动球阀、可控球阀、气液联动阀、手动阀、截断阀、各管路切换面板等。所有检测量（如温度、压力等）的报警设定值及出站压力设定值均可通过HMI进行设定。2火灾/可燃气体检测报警画面主要内容：综合楼内设置的可燃气体探测器的故障及报警状态；各房间的火灾报警状态。3站控系统配置及网络通信状态画面主要内容：站控系统配置图（包括ESD系统），显示各系统设备（服务器、工作站、交换机、路由器等）间，与第三方设备之间的数据通信状态。4站控系统机柜结构及设备工作状态画面主要内容：站控系统的机柜布置及柜内设备工作状态，包括PLC模板工作状态，交换机、路由器等工作状态。5ESD系统画面主要内容：显示ESD系统各联锁功能模块的状态及执行过程。任何ESD控制功能启动时，在站控HMI上自动弹出ESD画面。6检测参数一览表主要内容：通过一览表方式显示所有的温度、压力等工艺参数及其报警设定值。7事件/报警画面主要内容：设定值参数修改，电动/气液联动阀门操作等事件的记录浏览；温度、压力等工艺参数报警及设备故障报警。事件/报警可进行打印。站控控制室设声光报警器，用于一级报警，该报警器由站控ESD的DO输出控制。DO加常开接点继电器，DO输出时接点闭合。8实时和历史趋势画面主要内容：温度、压力等工艺参数的实时和历史趋势。9显示/操作弹出式对话框用于显示和操作的弹出式对话框主要包括：开关型电动阀对话框、气液联动阀对话框、手动阀对话框、远传仪表（温度、压力等）对话框、压力监控管路优先级选择对话框等。10报表打印按照用户要求制作报表，站控计算机每天8：00am 保存报表，不实时打印，在需要时可查看、打印；报警记录需实时打印，事件记录不必打印，在需要时可查看。4 DCC操作控制原则基于站控系统的逻辑联锁等自动控制功能，结合DCC操作员通过HMI实现的人机对话，完成对站场的远程监控。分输站的主要检测、控制功能说明如下。4.1 主要监视、控制功能主要的监视、控制功能包括：(1) 下发“站启动”命令；(2) 下发“站正常关闭”命令；(3) 调压管路优先级查看及设定；(4) 出站压力远程设定；(5) 下发“站ESD”命令；(6) 时钟校准。4.2 主要监视、控制功能说明4.2.1下发“站启动”命令DCC HMI上设置1个“站启动”按钮，操作员按此按钮，向站控系统下发“站启动”命令。4.2.2下发“站正常关闭”命令站场在正常工况下，出于站场维护等目的，DCC操作员可通过DCC的HMI下达“站正常关闭”命令，由站控系统自动执行“站正常关闭”过程。站场正常关闭后，站内工艺设备内仍有带压天然气。若出于维护等目的需放空，则由人工操作放空。“全站正常关闭”命令执行完毕后，通过DCC的HMI提示操作员站关闭完成。若“全站正常关闭”命令执行中有设备故障信号出现，则站控系统终止程序执行，并上传报警信息，提示DCC操作员注意。“全站正常关闭”过程分步执行的过程状态由站控上传DCC，在DCC的HMI上以执行顺序图的方式显示“全站正常关闭”各步骤的执行状态及执行结果。通过站控DCC HMI上的“复位”按钮，对“全站正常关闭”命令进行复位，并得到站控系统上传的“全站正常关闭复位成功”信号后，才能再次发出“全站正常关闭”命令或发出“站启动”命令。DCC HMI上设置1个“全站站关闭”按钮，操作员按此按钮，向站控系统下发“全站站关闭”命令。4.2.3调压管路优先级设置“DCC/站控/站手动”切换开关处于“DCC”位置时，DCC操作员通过HMI设置压力监控管路的优先级。4.2.4出站压力、流量值远程设定DCC操作员通过HMI对出站压力进行远程设定，站控系统根据DCC的设定值自动进行出站压力的调节控制。4.2.5下发“站ESD”命令DCC操作员通过HMI发出“站ESD”命令，站控系统根据DCC的“站ESD”命令自动执行“站ESD”功能，并上传执行结果。“站ESD”过程分步执行的过程状态由站控上传DCC，在DCC的HMI上以执行顺序图的方式显示“站ESD”各步骤的执行状态及执行结果。所有ESD命令在站控复位，DCC发出命令后不复位命令，站控自动完成其命令复位。4.2.8时钟校准通过GPS时钟，对SCADA系统的服务器和操作员工作站等设备进行时钟校准，并对各站场的站控PLC提供校准时钟信号。4.3数据采集及监视对站控系统上传DCC的数据进行监视、报警，主要包括： 站内的所有温度、压