第四章1-油气管道SCADA系统资料.ppt

第四章油气管道SCADA系统 第1节SCADA系统概述第2节SCADA系统组成与功能第3节SCADA系统软件第4节SCADA系统相关技术第5节SCADA系统控制逻辑第6节SCADA系统国内应用第7节油气管道仿真技术 第1节油气管道SCADA系统概述 SCADA已经成为复杂的远程控制系统 目的全面监测全线工艺参数 必要性安全 经济 环保 现代化的输油气管道形成了以计算机为基础的数据采集与监控系统 SCADA系统承担着管道的压力与流量调节 水击保护 油品计量 流程切换和启停泵等几乎所有工作 一 SCADA的基本概念 1 什么是SCADA系统 SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisation 即数据采集与监控系统数据采集 将站场上的压力 温度 流量 阀位等参数变成直观的数字显示出来的过程 监控 远程监视控制 图1某大型油田SCADA系统 如图1所示为某大型油田SCADA系统该系统包括位于井口的现场控制层设备 如RTU和PLC 接转站监控子系统 联合站计算机控制系统和油田中心站监控系统 这种结构在其他类似的系统中也可以看到 如城市给排水系统监控系统 输油管道远程监控系统 电厂自动化监控系统 SCADA定义 目前SCADA系统并没有统一的定义 一般认为 SCADA特指分布式远程计算机监控系统 测控点分散 分布范围广的生产过程 至少有2层下位机 上位机通信网络复杂的监控系统可以有多个监控中心近年来更加多样化 随着网络技术 通信技术 无线通信技术的发展 结构上更加分散 通信方式多样 SCADA系统的定义SCADA系统是一类功能强大的计算机远程监控与数据采集系统 它综合了计算机技术 控制技术 通信与网络技术 完成了对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集 本地货远程的自动控制 以及生产过程的全面实时监控 并为安全生产 调度 管理 优化和故障诊断提供必要和完整的数据及支持 SCADA系统发展到今天已经经历了三代 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统 这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代 第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统 在第二代中 广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站 操作系统一般是通用的UNIX操作系统 第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统 并且系统不具有开放性 因而系统维护 升级以及与其它联网构成很大困难 第三代基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的EMS SCADA系统 90年代按照开放的原则 这一阶段是我国SCADA EMS系统发展最快的阶段 各种最新的计算机技术都汇集进SCADA EMS系统中 第四代SCADA EMS系统的基础条件已经诞生 该系统的主要特征是采用Internet技术 面向对象技术 神经网络技术以及JAVA技术等技术 继续扩大SCADA EMS系统与其它系统的集成 2 SCADA系统发展历程 3 SCADA系统应用 SCADA在电力系统中 应用最为广泛 技术发展也最为成熟 SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早 在提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用 SCADA系统在我国长输管道中得到广泛的应用 90年代以后 我国通过开发和引进全面掌握了SCADA系统的技术 逐步对在役管道实施改造 对新建管道进行装备 基本上使我国长输管道的SCADA系统达到国际先进水平 4 SCADA系统在电力系统监控中的应用 功能主要包括以下几个方面 自动检测与防止干扰功能 数据采集功能 数据处理和制表功能 遥控功能 复视功能 5 SCADA系统在管道的应用 80年代末东营 黄岛输油管道1992年投产的轮南 库尔勒管道1997年投产的库尔勒 善鄯管道1997年投产的陕京一线输气管道2002年投产的兰成渝成品油管道2004年投产的西气东输管道 二 SCADA系统的层级结构 1 生产经营管理级2 中心监控级3 站控级4 就地控制级 1 下位机2 上位机3 通讯系统 1 生产经营管理级 1 1基本功能生产经营管理级计算机级计算机系统中管理软件作出决策 向本管道的SCADA系统下达生产计划 管理命令等 该级还可以对SCADA系统进行监督 通过人机接口掌握生产状况 如系统或站的流程图及动态数据 历史数据与趋势 有关数据库并制作图等 该级决策的特点是 目标宏观 决策周期长 1 2组成一般由一个性能较强的微型计算机系统组成 在离SCADA较远时 往往需要卫星 微波或光纤等远程通信设施 由于该级不直接参与生产过程控制 因此对该级主机的可靠性要求不高 2 中心监控级 2 1基本功能该级负责整个管线的调度和监控 例如对供方和需方产品的监视和计算 产品输送过程 对各站下达控制命令 全线生产协调控制 水击控制 清管 越站等 2 2组成控制中心的计算机一般为网络冗余结构 冗余方法有热备 自动切换 冷备 人工切换 等 3站控系统 3站控系统 3 1基本功能是对站内装置 辅助系统及生产过程进行监督和控制3 2组成站控系统一般由工业控制计算机及相应的人机接口 卡件 AO AI DI DO 及通信接口组成 现在多用PLC充当RTU 大型的站控系统也可以采用DCS 站控系统的组成 PLC系统MMI系统计量系统可燃气体报警系统UPS系统其他外设 4 就地控制级 4 1基本功能各类装置的就地控制4 2组成在管道系统中 就地控制级主要各类的现场设备以及各智能设备的控制系统 三 PLC DCS FCS比较 在一些行业FCS是由PLC发展而来的 而在另一些行业 FCS又是由DCS发展而来的 所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系 又存在着本质的差异 PLC DCS FCS三大控制系统的基本特点 PLC 1 从开关量控制发展到顺序控制 运送处理 是从下往上的 2 连续PID控制等多功能 PID在中断站中 3 可用一台PC机为主站 多台同型PLC为从站 4 也可一台PLC为主站 多台同型PLC为从站 构成PLC网络 PLC 5 PLC网格既可作为独立DCS TDCS 也可作为DCS TDCS的子系统 6 大系统同DCS TDCS 如TDC3000 CENTUMCS WDPFI MOD300 7 PLC网络如Siemens公司的SINEC L1 SINEC H1 S4 S5 S6 S7等 GE公司的GENET 三菱公司的MELSEC NET MELSEC NET MINI 8 主要用于工业过程中的顺序控制 新型PLC也兼有闭环控制功能 DCS或TDCS 1 分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C Communication Computer Control CRT 技术于一身的监控技术 2 从上到下的树状拓扑大系统 其中通信 Communication 是关键 3 PID在中断站中 中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置 4 是树状拓扑和并行连续的链路结构 也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表 DCS或TDCS 5 模拟信号 A D D A 带微处理器的混合 6 一台仪表一对线接到I O 由控制站挂到局域网LAN 7 DCS是控制 工程师站 操作 操作员站 现场仪表 现场测控站 的3级结构 8 缺点是成本高 各公司产品不能互换 不能互操作 大DCS系统是各家不同的 9 用于大规模的连续过程控制 如石化等 2 3FCS 1 基本任务是 本质 本征 安全 危险区域 易变过程 难于对付的非常环境 2 全数字化 智能 多功能取代模拟式单功能仪器 仪表 控制装置 3 用两根线联接分散的现场仪表 控制装置 PID与控制中心 取代每台仪器两根线 4 在总线上PID与仪器 仪表 控制装置都是平等的 2 3FCS 5 多变量 多节点 串行 数字通信系统取代单变量 单点 并行 模拟系统 6 是互联的 双向的 开放的取代单向的 封闭的 7 用分散的虚拟控制站取代集中的控制站 8 由现场电脑操纵 还可挂到上位机 接同一总线的上一级计算机 9 局域网 再可与internet相通 10 改变传统的信号标准 通信标准和系统标准入企