操作岗位资质认证培训高级教材及试题集

1、操作岗位资质认证培训高级教材及试题集 综合输气运行工 中国石油管道公司 目录目录 高级资质培训教材.1 高级资质工作任务和要求.2 第一部分 高级资质技能操作与相关知识.6 第一章 SCADA 系统.7 第一节 SCADA 系统简介.7 第二节 站控系统.13 第三节 通信系统.22 第二章 压力调节系统.34 第一节 调压设备的结构、原理.34 第二节 调压系统参数的设定.47 第三节 调压器系统的常见故障及维护.52 第三章 压缩机组（中原公司编写）.56 第四章 天然气长输管道的清管.57 第一节 清管操作.57 第二节 清管设备.61 第三节 清管工艺参数的计算.66 第四节 清管常见

2、故障与排除.69 第五章 气体分析仪表.72 第一节 气相色谱分析仪的基本原理、组成和操作.72 第二节 水露点分析仪的基本原理、组成和操作.77 第三节 硫化氢分析仪的基本组成、原理和操作.79 高级资质试题集.85 第二部分 高级资质理论知识试题.86 认证要素明细表.86 高级资质理论知识试题.87 高级资质理论知识试题答案.130 第三部分 高级资质技能操作试题.131 认证要素明细表.131 高级资质技能操作试题.132 高级资质培训教材 高级资质工作任务和要求 编号编号任务名称任务名称技能要求技能要求知识要求知识要求 综合输气运综合输气运 行岗行岗 S-SQ-G01清管操作 1.了

3、解清管器结构及完好标准 2.能正确切换工艺流程 3.能操作阀门、收发球筒快开盲板 4.能准确判断清管器接收、发送和 运行信息 5.能监控清管作业中运行参数 6.能进行清管作业的放空与排污操 作 7.能解决故障下的现场操作 1.掌握流程切换的操作 原则 2.掌握各类清管器的结 构、功能、特性 3.掌握清管过程中需要 控制的参数，常见故障 及处理方法 4.掌握清管器收发装置 的结构、用途和使用注 意事项 5.掌握天然气的组分及 特性 6.掌握清管作业操作规 程 S-SQ-G02 气相色谱分 析仪的操作 1.能启、停气相色谱分析仪 2.能读取气相色谱分析仪组分分析 数值 3.能调节标气、载气、样气的

4、压力 4.能够更换备用载气、标气瓶 1.掌握气相色谱分析仪 的结构、原理和操作规 程 2.掌握管输天然气气质 标准 3.了解天然气组分对计 量数据的影响 S-SQ-G03 水露点分析 仪操作 1.能启、停水露点分析仪 2.能识读水露点分析仪分析数值 1.掌握水露点分析仪的 结构、原理、操作规程 2.掌握管输天然气气质 标准 3.掌握天然气含水量的 几种表示方法 4.掌握液态水的存在给 天然气输送带来的危害 S-SQ-G04 硫化氢分析 仪的操作 1.能启、停硫化氢分析仪 2.能识读硫化氢分析仪分析数值 1.了解硫化氢分析仪的 结构、原理 2.掌握管输天然气气质 标准 S-SQ-G05 调压装置

5、压 力设定操作 1.能够设置各级调压装置压力定值 2.能够进行简单的故障判断与处理 3.能够判断调压操作的条件 4.能够确定调压的定值 1.掌握调压装置压力设 定方法 2.了解调压装置的规格、 类型、结构、原理 3.掌握下游管段的承压 能力及用户的用气压力 4.掌握下游安全保护的 设定值 压缩机运行压缩机运行 S-YSJ-G01燃气轮机压1.掌握清洗液的配制方法1.熟悉清洗液的配制标 编号编号任务名称任务名称技能要求技能要求知识要求知识要求 气机清洗2.掌握清洗小车的使用 3.掌握机组的带转和盘车操作 4.具备管线的简单装配能力 5.具备清洗剂、防冻剂（化学品） 的相关防护技能 准 2.具备清

6、洗剂、防冻剂 （化学品）的相关防护 知识 3.初步掌握压缩机组控 制系统、机械设备知识 S-YSJ-G02 燃气轮机孔 探 1.熟练孔探仪的操作 2.具备机组一般运行风险的辨识能 力 3.具备孔探图像分析能力 1.了解燃气轮机设备结 构和工作原理 2.初步掌握拆卸知识 S-YSJ-G03 控制系统维 护 1.熟练掌握自动化设备、网络安装 2.熟练掌握自动化控制软件操作 3.熟练控制程序编程 1.具备自动化设备、网 络等硬件的工作原理及 安装知识 2.熟识相应自动化控制 软件使用知识 3.相应自控软件编程知 识 变电运行岗变电运行岗 (35kv(35kv 及以上及以上) ) S-BD35-G01

7、 使用万用表 测量电流、 电压、电阻 1.了解万用表结构及完好标准 2.能正确选择档位及量程 3.能完成测量直流电流的操作 4.能完成测量交流电压的操作 5.能完成测量直流电压的操作 6.能完成测量直流电阻的操作 7.能完成对线路进行核相的操作 8.测量后、能将量程归为最大档位 9.记录测量的数据 10.能解决测量过程中异常情况下 的操作 1.了解万用表结构、功 能、原理 2.掌握选择万用表测量 档位、量程 3.掌握万用表的使用方 法 4.掌握测量电流、电压、 电阻的接线方式 5.掌握与带电体保持的 安全距离 6.掌握测量电流、电压、 电阻的操作方法 S-BD35-G02 使用兆欧表 测量电气

8、设 备的绝缘电 阻 1.能确定电气设备的电压等级 2.能选择合适、合格兆欧表 3.能完成兆欧表开路、短路的试验 4.了解兆欧表结构及完好标准 5.能验明电气设备确无电压、拆除 连接导线的操作 6.能完成电气设备绝缘电阻测量的 操作 7.能准确读取数据、记录数据、根 据温度换算成 75标准值 8.能正确判断电气设备绝缘电阻是 否合格 9.能正确连接测量接线 10.能解决异常情况下的操作 1.掌握使用兆欧表及测 量方法 2.掌握连接电气设备绕 组的测量接线 3.掌握电气设备绝缘电 阻的合格数据及标准 4.掌握选择兆欧表的能 力 5.了解测量摇表转速应 达到 120 转/分钟的意 义 6.了解电气设

9、备结构、 性能、原理 S-BD35-G03 使用钳型电 流表测量低 1.能选择合适的量程 2.能完成测量三相交流电流的操作 1.了解钳型电流表结构 及完好标准 编号编号任务名称任务名称技能要求技能要求知识要求知识要求 压线路的三 相交流电流 3.能判断三相负荷平衡情况 4.能完成测量较小电流的操作 5.测量完毕后、能将量程归为最大 档位 6.能解决异常情况下的操作 2.了解钳型电流表的结 构原理 3.掌握被测导线应放在 钳口中部、且与钳口垂 直的方法 4.掌握测量时与带电体 保持的安全距离 5.了解更换量程时应脱 离被测导线 6.了解钳型电流表不得 测量高压电流 7.了解测量较小电流 （小于

10、5A）时的方法 8.掌握选择量程由高到 低的原则 S-BD35-G04 电气设备的 维护及保养 1.能正确使用维护工具、仪器、仪 表 2.能落实保证安全的技术措施 3.能完成电压、电流、功率测量的 操作 4.能完成设备绝缘电阻测量的操作 5.能检查接地装置是否完好 6.能完成熔断器芯子的更换 7.能进行对蓄电池维护的工作 8.能完成瓷瓶套管带电清扫的操作 9.能完成控制盘、配电盘清扫的操 作 10.能处理操作过程中的异常情况 1.掌握维护设备所需工 具、仪器、仪表的使用 方法 2.掌握绝缘工具、护具 的使用方法 3.了解保证安全的技术 措施内容 4.掌握维护保养设备的 方法和技术要求 5.了解

11、设备运行参数及 合格数据 S-BD35-G05 处理直流接 地故障 1.能复归接地预告音响 2.能识别直流接地故障的性质 3.能完成使用测试仪表测试极性的 操作 4.能确定直流接地故障点极性 5.能根据环境因素确定故障点范围 6.能完成按顺序拉路查找故障点的 操作 7.能完成排除直流接地故障的操作 8.能监视测量表计 9.能使用万用表进行直流电压、电 阻的测量 10.能解决排除故障时发生的异常 情况 1.了解直流接地造成危 害的严重性 2.掌握查找直流接地故 障的方法 3.了解一点接地、两点 接地故障造成的后果 4.掌握查找直流接地故 障点的顺序 5.了解拉路停电间隔不 超过 3 秒钟的意义

12、6.了解环境因素对查找 故障点所起的作用 7.了解反事故措施的方 法 8.了解直流系统工作原 理 S-BD35-G06 处理变电所 全所停电事 故 1.能确定事故的性质 2.能根据保护自动装置、仪表指示、 分析判断停电原因 3.能完成切断电容器组及各线路断 1.了解全所停电处理的 原则和方法 2.了解全所保护装置的 动作原理 编号编号任务名称任务名称技能要求技能要求知识要求知识要求 路器的操作 4.能判断线路停电、还是本所故障 造成的停电 5.能及时与电调联系汇报停电情况 6.能记录保护自动装置动作信号、 仪表指示数据 7.能按照运行规程和安全规程完成 事故处理 8.能检查发电机启动后恢复供电

13、情 况 9.能解决处理事故时发生的异常情 况 3.掌握全所一、二次系 统图 4.了解各路电源突然同 时来电造成非同期合闸 的危害 5.掌握先切除电容器组 的要求 6.掌握分析判断事故的 综合能力 第一部分 高级资质技能操作与相关知识 第一章 SCADA 系统 第一节 SCADA 系统简介 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。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。 一、SCADA 系统基本概念 SCADA 是英文 Supervisory Control and Data Acquisition 的

14、缩写，即监督控制和数据 采集系统。它是一种以监督为基础的计算机控制系统。它可以在一个大的地理地区内 对现场的运行设备进行监视和控制。它能收集远处现场的操作信息，并通过通讯线路 将远方信息传送到控制中心进行显示和报告，控制中心的操作员监视这些信息，并能 向远方的设备发布监督性质的命令。 20 世纪 60 年代以前，就已存在多种形式的监控和数据采集系统。早期继电器用于 扫描、报警及模数转换，后来继电器逐渐被半导体元件取代，半导体元件又被小型 计算机和微型计算机取代。这些演变分别发生在 60 年代、70 年代和 80 年代初，其结 果是导致多种技术并存。 70 年代初期，电气设备制造商推出可编程序逻

15、辑控制器（PLC）取代控制继电器， PLC 发展成为以微处理器为基础的系统，可提供复杂的顺序逻辑、控制回路的算法，并 可与其他计算机或 PLC 通信。PLC 也具备将输入/输出硬件远距离地分布在靠近现场的 功能，以最大程度地节省控制线。 70 年代中期，许多过程控制仪表供应商将分布式过程控制系统引入现场自动化。 随着这些分布式系统的出现，许多重要的仪表系统制造商生产出品种多样的分布式控 制系统，该系统可达到的基本功能是使控制分散到真实的工艺而不是在一个远离现场 的控制室里。 SCADA 系统就是以 PLC 或分布式过程控制系统为基础实现各种功能，SCADA 系统 的应用领域很广，它可以应用于电

16、网、水网、输油气管网、智能建筑等领域。 二、SCADA 系统组成 SCADA 系统无论控制规模大小都由三部分组成：即位于调度控制中心的主端调度 装置(MTU)，位于各站场的站控系统（SCS） 、远程终端装置(RTU)和连接它们的通信系 统。 一般的 SCADA 系统可完成基本功能： 数据采集； 实时信息处理； 数字计算； 监控与调节； 事故报警； 打印制表与数据记录； 计算机联网通讯。 下面就主端调度装置（MTU）与远程终端装置(RTU)做简单介绍，站控系统（SCS） 与通信系统分别在第二节和第三节做详细介绍。 主端调度装置(MTU) 主端调度装置设在输气管道调度控制中心或区域控制中心，它是以

17、计算机为中心 的调度管理系统，是 SCADA 系统的心脏。输气管道各站场 RTU 在它管理下协调地工作。 主端调度装置主要功能是数据采集和监视控制，先进的管理系统还增设了管道优 化功能。 MTU 通过数据传输通道对远端各站 RTU 进行数据采集，并进行实时信息处理计算。 无论是一个或多个 RTU，对每个信息都有地址、信息、性质、量值等特征。MTU 需要 识别并按要求将原始值进行单位变换和比较判断。 数据的采集可采用扫描方式获得。扫描顺序由一系列不同的软件模拟控制，将采 集的数据存入数据库，以供数据操作和和将来通过人机接口软件显示和记录。 数据库程序接收 RTU 的原始数据，数据库首要的数据处理

18、任务是实现要求的工程 单位换算，数据库由模拟、累加、数据级别、状态等的数据文件构成，并且有长期存 储外输计量统计数据和成批信息的文件。整体数据库目录和 RTU 目录为扫描程序提供 了必要的数据库管理，并在要求更新文件或显示文件数据时便于人机接口程序存取数 据库数据。数据库的组态取决于所有 RTU 和数据点的目前存储要求以及将来的要求， 数据库管理还包括历史数据的存贮。 为了安全可靠，控制命令的最终完成常分为两部进行。第一步，操作员请求发送 遥控命令，RTU 受到命令并返回，第二步，待操作员校核无误后发送执行命令。最后 由对位灯指明是否正确完成。 输气管道的 SCADA 系统常常设置多个工作台或

19、显示器，对重要站场或关键的检测 点进行定点监视。假设某些检测点未被显示器直接进行显示，只要发生事件，不管发 生的先后，都应有声响信号通报，操作员通过查询能迅速识别报警点位置和报警发生 条件。 目前，大多数 SCADA 系统采用窗口式软件，可在窗口指定位置或按页面方式显示 来查找故障报警点，定性或定量地显示，使操作人员一目了然。 除了报警显示外，SCADA 系统还有多种显示功能，如数字值、工艺设备及管道图 形显示，历史数据趋势显示等。被测参数，如压力、流量、温度等的数字值可以在各 站显示装置上显示出来。 打印报告是 MTU 重要功能之一。除能打印事故报告外，可定时或应操作人员要求 打印时报、班报

20、、日报、月报及年报。 远程终端装置(RTU) 远程终端装置(RTU)是一个术语，用来描述从地理位置上相对中心控制室很远的装 置，该装置具有数据采集、控制和通信功能，可以是专用的装置，也可以是通用的监 控装置或系统。对于 SCADA 系统，由于各制造商采用的数据传输协议、信息结构和检 错技术都不同，为此，从系统构成的统一性角度，各制造厂家都生产有 SCADA 系统中 配套的专用远程终端装置。远程终端装置设在长输管道各站场内，其容量大小和复杂 程度与站场检测控制功能要求紧密相关。一个小型 RTU 可能只有几个检测参数和一个 简单控制点输出，如干线截断阀室或阴极保护站内的 RTU。 RTU 必须保证

21、检测与控制的准确性，它主要完成数据采集、监视控制、逻辑及数 据运算和通讯功能，其次是操作人员接口、信息的储存与检索等全部或部分功能。 为了掌握或了解工艺生产装置及被输送的天然气状态，需要采集现场数据。现场 数据主要有模拟量、离散量、脉冲或频率信号及数据信号输入。压力、温度、流量、 液位变送器常采用 420mA 模拟信号输入。离散量主要是指设备状态检测，如压力开 关通断、阀门全开与全关，液位高低等触电信号。RTU 可对它们的频率进行累计，进 行流量率和累计量的计算与存贮。数字信号来自某些智能仪表设备，如流量计算机或 者是操作员的键盘输入。 RTU 的控制输出有 2 个来源，一个是由 SCADA

22、控制中心操作员发出的命令经 RTU 输出相应的控制动作，另一个是 RTU 本身发出的对过程的控制信号。操作员发布的控 制命令一般是监督性质的信号，具体的控制一般在当地进行，其控制信号由 RTU 发出， RTU 输出控制信号的形式可以是模拟的或数字的，模拟输出表示速度、压力设定值或 阀位。信号可以是 4-20mA 的电流信号或 1-5V 的电压信号。数字输出可以是离散输出， 用来关/开阀门，启/停装置，也可以是定时的或持续的脉冲输出。RTU 的 I/O 系统中可 以提供机械的或固态继电器，它们可以是干式触点或电压电平。 由于对现有硬件和软件技术的应用有不同的观点，因此，各个厂家的 RTU 硬件配

23、 置也不尽相同，但所有的 RTU 都利用微处理机，RTU 的硬件和软件设计都是模块化的， 这样在设计 RTU 时就具有灵活性并易于扩展，从而满足了多路传输一定数目的模拟和 数字点的具体要求。小型 RTU 是指处理少于 10 个或 20 个模拟和数字信号的 RTU，中 型 RTU 数字输入可能会达到 100 个，模拟输入会达到 30-40 个，任何超过 100 个数字 输入和 30-40 个模拟输入的 RTU 硬件配置，均视为大型 RTU。 一般 RTU 硬件配置模块化可分为模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出、数 据处理、通信接口、供电维护试验箱、RTU 外壳。由于 RTU 一般工作在坏境较

24、恶劣的 地方，其外壳的设计，要考虑到散热均匀、抗电磁干扰、射频干扰、环境温度、强震 力等问题，保证 SCADA 系统的可靠性。模拟输入、输出模块，数字输入、输出模块是 RTU 数据采集和控制的接口，数据处理模块对输入和输出的模拟量、数字量进行运算 和管理。RTU 有独立的电源模块，除完成正常电源转变外，为了保证系统的可靠性， 一般有充电电池或太阳能电池，其容量能维持 RTU 自身、无线电收发机、相关仪表、 设备工作几个小时。 三、SCADA 系统控制方式 SCADA 系统采用三级控制方式。 第一级：油气调控中心控制级，即油气调控中心集中监视、远程控制、统一调与 管理。 第二级：工艺站场、监控阀

25、室控制级，即各工艺站场、监控阀室设置的站控系统、 远程终端装置（RTU） ，对站内、监控阀室工艺变量及设备运行状态进行数 据采集、监 视控制及连锁保护。 第三级：就地控制级，设备本身就地控制系统对工艺单体或设备进行手动就地控 制。 在正常情况下，由油气调控中心对全线的生产进行监视和控制；当通信系统发生 故障或油气调控中心计算机系统发生故障或检修时，由站控系统、远程终端装置 （RTU）接管控制权，实现工艺站场、监控阀室的监控；当进行设备检修或事故处理时， 可采用就地手动操作。 SCADA 系统的结构也可以概括为由上位机（位于调控中心，侧重监控功能） 、下位 机（位于现场，直接控制功能） 、通信网

26、络（实现上、下位机数据交换）构成。如下图 所示。 GPRS电台X2.5卫星 P R IN T H E L P A L P H A S H IF T E N T E RR U N DGERFI AJBKCL 7M8N9O DGDGDG DG T3U 0V.WX Y Z T A B % U T IL IZ A T IO N H U B /M A UN IC 2 B N C4 M b /s 以太网 数据服务器工作站WEB服务器 WEB客户 SCADA 服务器 SCADA 服务器 以太网 （或工业以太网） 现场控制 站点 现场总线 现场总线 I/O设备 Internet Modem 串口 服务器 RT

27、UPLC 图 1-1-1 SCADA 系统结构图 从其结构可以看出，SCADA 系统具有控制分散、管理集中的“集散控制系统”的 特征。 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。下位机主要由 RTU、PLC、智能仪表等组成。 通讯网络：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。在上位机系统中，通讯网络主要是 连接上位机、服务器、通信设备、打印设备的局域网络。上

28、位机还可以设置 WEB 服务 器，提供远程监控网络。在下位机系统中，通讯网络包括连接 I/O 设备与控制器的现 场总线，各种设备级总线等。 山东天然气管网 SCADA 系统框图见下图：SCADA 系统框图。 图 1-1-2 SCADA 系统框图 第二节 站控系统 站控系统（SCS-station control system 站场控制系统）是 SCADA 系统的远 方控制单元，是保证 SCADA 系统正常运行的基础。站控系统安装在各工艺站 场的控制室、机柜间内，除完成对所处站场的数据采集和控制、监控任务外， 同时负责将有关信息传送给调度控制中心或备用调控中心并接受和执行其下达 的命令。 一、站

29、控系统的结构 站控系统的结构形式很多。常用的两种形式是：点对点结构，也称是星型 结构；还有多点结构，也称总线型结构。 点对点结构 点对点结构中，下级控制单元的通信线路分别连接到站控系统，各下级单 元之间不能直接通信。 多点结构 在多点结构中，各级间公用一条总线，即采用在线总线的方式。 电源 为保证站控系统的可靠供电，采用安全系统电源结构，正常情况下，由交 流供给系统所用的交、直流电，并对备用电池充电。当交流电源故障时，由电 池供给直流电，并经逆变器产生所需交流电源。 二、站控系统的组成 站控系统由过程控制系统、安全仪表系统（SIS） 、压缩机组监控系统（输 气） 、泵机组监控系统(输油） 、操

30、作员工作站、网络设备、数据通信设备、站控 制系统软件组成。 从硬件角度，站控系统一般由主控制器、紧急停车控制器（ESD） 、通信网 络接口、火焰及可燃气体探测器、二次仪表及调节器组成，通过现场仪表及设 备进行监控。紧急停车控制器通常是一个简单的专用控制器。它与主控制器是 分离的，这样可以减少错误的紧急停车。 安全仪表系统作为站控系统一个控制子系统，能够单独完成其控制任务， 使功能分开，危险分散。这些系统将以网络的形式连接起来。为了保证系统的 可靠性，过程控制单元的处理器、电源模块、I/O 模块、站控局域网按冗余设 计。 从软件角度，站控系统由操作系统、站控系统软件、运行维护软件、PLC 编程软

31、件等组成。 按照站控系统的组成，如下有典型的分输站站控系统配置图。 山东管网各分输站过程控制单元采用 AB 公司的 PLC，控制器型号为 Logix5563，安全仪表系统采用 Honeywell 公司的 SM ESD 系统，控制器型号为 fs-qpp-0001，操作员工作站采用 dell T5500 台式机，通信服务器采用 dell T5500 台式机。上位机软件采用 Honeywell experion HS（包含 1000 个冗余的 SCADA 数 据库点） 。 三、站控系统功能 站控系统作为 SCADA 系统的现场控制单元，除完成对所处站场的监控任务 外，同时负责将有关信息传送给油气调控

32、中心，并接受和执行其下达的命令。 其主要功能（不限于此）： 对现场的工艺变量进行数据采集和处理； 对电力设备及其相关变量的监控； 站场可燃气体的监视和报警； 工艺流程的动态显示； 消防系统的监控 提供人机对话的窗口 报警显示、管理及事件的查询、打印； 实时数据和历史数据的采集、归档、管理以及趋势图显示； 生产统计报表的生成和打印； 经通信接口与第三方的监控系统或智能设备交换信息 压力/流量控制； 分输用户流量计算； 逻辑控制； ESD 联锁保护； 图 1-2-1 典型分输站站控系统配置图 阴保数据采集； 执行 SCADA 系统油气调控中心发送的指令，向油气调控中心发送实时数 据； 通信通道监视

33、及管理。 四、站控系统的典型控制回路 站控系统的典型控制回路有 PID 回路控制、流量计自动标定、气体流量计 量、压缩机组喘振控制、压力自动控制系统、压力自动保护系统、水击控制系 统、清管器收、发控制系统、变电站的监控等。 下面结合山东管网实际，介绍几种典型的站控系统控制回路。 站控系统主要由以下两大部分组成，即下位机和上位机。AB PLC 与 SM ESD 及其他第三方设备控制系统可合称为下位机部分。下位机的功能主要是通过数 字量和模拟量输入模板把现场电动阀的状态、风机状态、压力、液位、温度信 号转换成 PLC 和计算机可以识别的数字信号，将现场设备的状态和工艺运行参 数采集到 PLC 系统

34、的 CPU 中，以备上位机软件采集。同时，CPU 依据事先编制 的程序，并根据现场设备的当前状态，自动对现场设备输出相应的控制信号； 或是根据操作员发出的操作命令（如：开、关阀门，开、关风机等命令） ，经过 程序判断后，发出正确的驱动命令到设备上。实际上在命令的下发过程中，PLC 的输出模板将上位机发来的数字形式的命令转换成可以驱动现场设备的电压或 电流等模拟信号。 上位机包括通信服务器和操作员工作站两部分。通信服务器是数据采集和 处理中心，它通过局域网从 PLC、ESD、串口服务器获得数据，作为站控系统的 数据中心，为操作员工作站和北京调度中心提供数据来源。 操作员工作站的功能主要是提供给操

35、作员一个监视过程参数和控制生产过 程的操作显示窗口。经过组态、编程，上位机软件里面包含了所有生产的动态 流程图和设备的控制面板。操作员可以根据需要浏览当前的生产流程、生产参 数等，并可以通过上位机提供的设备操作控制面板，控制现场的各个可控设备。 同时上位机软件还可以根据设置的采集速率定期采集存储生产过程参数，并存 储到硬盘上，以备操作员随时调出、查看和打印。通过打印机，上位机软件将 根据设置实时打印参数越限、设备故障、系统报警和用户的登录、退出等事件 和报警信号。 安全仪表系统监控 安全仪表系统从功能上讲，是管道出现紧急情况时的紧急切断系统，其首 要任务是最大程度地保障人员安全，同时最小程度地

36、减少系统停工。 山东天然气管网一旦发生火灾、爆管泄漏以及管道沿线发生洪水、地震、 第三方破坏等事故均会危及整个管道的安全运行，需要实现紧急切断。 安全仪表系统组成 安全仪表系统是站控系统的控制子系统，相对独立设置，能够完成站场紧 急停车和连锁保护等任务。 安全仪表系统主要由检测单元、控制单元（控制器）和执行单元三部分组 成，见下图。安全仪表系统的所有电驱动设备均由 UPS 供电。 图 1-2-2 安全仪表系统组成示意图 对于泰青威管道各分输站来说，检测单元包括进、出站压力变送器（其设 置与过程控制系统 PLC 的仪表分开） 、ESD 按钮，执行元件包括进出站 ESDV 阀 （气液联动球阀） 、

37、安全切断阀（调压撬 SSV） 、紧急放空阀（BDV 阀） 、紧急关 断阀（ESDV7101，去放自用气撬）等设备，现场仪表设备符合 IEC61508 SIL2 安 全度等级的要求。 安全仪表系统的每个触发条件（进入安全仪表系统的压力变送器，ESD 按 钮等） ，在站控系统操作员工作站上设置软维护状态，维护状态上传油气调控中 心。 安全仪表系统控制分类 本工程安全仪表系统控制主要包括 3 个方面的功能：ESD 紧急停车控制； 超压保护控制；安全连锁保护控制。 ESD 紧急停车控制 ESD 紧急停车控制是保证管道及沿线站场安全的逻辑控制系统。分输站 ESD 紧急停车控制只有一个级别权限，即紧急停车

38、控制优先于任何操作方式。ESD 紧急停车控制的信号进安全仪表系统。 调控中心或站场操作人员根据危险程度大小确定是否触发 ESD 紧急停车程 序,其触发条件有： a.调控中心操作人员发出 ESD 命令； b.控制室（机柜间）操作人员按下 ESD 按钮； c.站场火灾，巡检操作人员确认后按下现场的 ESD 按钮。 ESD 紧急停车程序一旦触发（调控中心操作人员发出 ESD 命令或站场 ESD 按钮动作） ，其结果是关闭站场进、出口的 ESDV 阀，关闭站场压力分界处的 ESDV 阀、SSV 阀，打开站场 BDV 放空阀，实现站场停输及放空。 ESD 紧急停车程序将发出闭锁信号，在未接到人工复位之前

39、不能再次启动。 操作人员复位过程如下：首先由操作人员一一对站场进、出口的全部 ESDV 阀和 压力分界处的 SSV 阀进行现场手动复位；然后对 ESD 按钮进行硬复位，哪个 ESD 按钮被按下就对哪个 ESD 按钮现场复位；最后具有权限的操作人员在操作 员工作站上对 ESD 紧急停车程序进行总的软复位（总的软复位设置权限密码） 。 控制室操作台、机柜间 ESD 机柜上分别安装 1 个 ESD 按钮、1 个 ESD 报警 灯和 ESD 报警电铃，工艺区周边设置 3 个 ESD 按钮。站场室内外共设 5 个 ESD 按钮，任何一个 ESD 按钮按下，操作台、ESD 机柜上的灯都闪烁报警，电铃都 声

40、响报警。在操作员工作站上设置软的消音按钮，在操作员确认站场进行 ESD 操作之后可以消除电铃声响。只有所有 ESD 按钮都现场复位之后，控制室操作 台、机柜间 ESD 机柜上的灯不再闪烁保持红色的平光，最后具有权限的操作人 员在操作员工作站上对 ESD 紧急停车程序进行总的软复位（总的软复位设置权 限密码）之后，ESD 报警灯才熄灭。 超压保护控制 本工程超压保护控制是对分输用户超压时的局部停输保护。主要包括以下 情况：分输用户调压系统超压保护。 在分输用户的压力分界处设置超压保护，完成对下游管道的超压保护。超 压保护控制的信号进安全仪表系统。 调压撬安全切断阀（SSV）是自力式安全切断阀，采

41、用天然气作为动力，自 检下游管道压力，一旦压力超过设定值就进行关断。安全切断阀（SSV）关断后 需要现场复位。 安全连锁保护控制 本工程安全连锁保护控制是对管道爆管进行的连锁控制。安全连锁保护控 制主要包括： 分输站干线进站设置 3 台压力变送器（信号进安全仪表系统） ，采用 3 选 2 的方式，压降速率变化大于设定值时，安全仪表系统关闭干线进、出站 ESDV 阀 门。 分输站分输用户出站设置 1 台压力变送器（信号进安全仪表系统） ，压降速 率变化大于设定值时，安全仪表系统关闭分输用户出站 ESDV 阀门。 ESDV 阀门关闭后需要现场复位。 监控阀室远程终端装置监控 远程终端装置（RTU）

42、的功能： 采集温度、压力等数据； 监视监控阀室截断阀的开关状态、电子控制单元采集的状态； 控制远控线路截断阀的关闭、打开（非电子控制单元关阀时） ； 监视供电电源工作状态； 执行 SCADA 系统油气调控中心下达的指令，同时也向油气调控中心发送 实时数据； 数据存储及处理； 自诊断，可对内存、IO 卡、通信模块进行诊断，将有故障单元的信息 发送至 SCADA 系统油气调控中心； 通信通道监视及管理。 监视阀室数据远传装置监视 普通监视阀室数据远传装置的功能： 监视线路截断阀的开关状态、线路截断阀电子控制单元采集的状态； 向油气调控中心发送实时数据； 数据存储及处理； 通信通道监视及管理。 电力

43、系统监控 SCADA 系统将监测管道沿线各个站场的电力系统的运行状态，采集有关数 据。在莱芜分输站、临朐分输清管站、潍坊分输站、高密分输站，分别设置 1 套 10kV 进线柜、400V 进线柜、燃气发电机进线柜，其断路器的合、分、跳闸 信号通过电缆进入站控系统，同时 400V 进线柜的电力数据通过 RS- 485(Modbus-RTU 协议) 接口进入站控系统。4 座工艺站场 UPS 电源的电力数据 通过 RS-485(Modbus-RTU 协议)接口进入站控系统。4 座工艺站场的变压器温 度报 警信号通过电缆进入站控系统。工艺站场电气专业数据的监控信息见下 表 1-2-1。 表 1-2-1

44、1 座工艺站场电气专业数据的监控信息 序号信号名称信号类型规格数量备注 10kV 进线柜 1 合闸状态开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 2 分闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 3 跳闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 400V 进线柜断路器 1 合闸状态开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 2 分闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 3 跳闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 4 电力数据 RS-485 接口，RS485-RTU 协 议 1 个 燃气发电机进线柜断路器 1 合闸状态开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI

45、2 分闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 3 跳闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI UPS 电源 1 电力数据 RS-485 接口，RS485-RTU 协 议 2 个 序号信号名称信号类型规格数量备注 变压器 1 温度报警信 号 开关信号 接点形式以现场设备为准 1 个 DI 在淄博分输站、青岛分输清管站，分别设置 1 套 400V 进线柜、燃气发电 机进线柜， 其断路器的合、分、跳闸信号通过电缆进入站控系统，同时 400V 进线柜的 电力数据通过 RS-485(Modbus-RTU 协议)接口进入站控系统。2 座工 艺站场 UPS 电源的电力数据通过 RS-485

46、(Modbus-RTU 协议)接口进入站控系统。 2 座工艺站场的变压器温度报警信号通过电缆进入站控系统。工艺站场电气专 业数据的监控信息见下表 1-2-1。 表 1-2-2 工艺站场电气专业数据的监控信息 序号信号名称信号类型规格数量备注 400V 进线柜断路器 1 合闸状态开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 2 分闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 3 跳闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 4 电力数据RS-485 接口，RS485-RTU 协议1 个 燃气发电机进线柜断路器 1 合闸状态开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 2 分闸信号开关信号接

47、点形式以现场设备为准1 个 DI 3 跳闸信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI UPS 电源 1 电力数据RS-485 接口，RS485-RTU 协议2 个 变压器 1 温度报警信号开关信号接点形式以现场设备为准1 个 DI 阴保系统监控 本工程全线采用强制电流进行阴极保护。 在莱芜分输站、淄博分输站、临 朐分输清管站、潍坊分输站、高密分输站、青岛分输清管站，分别设置 1 套阴 极保护站用于保护站场的工艺管线；另外，莱芜 分输站、临朐分输清管站、青 岛分输清管站分别再设置 1 套阴极保护站用于保护干线线 路。阴极保护站进 入站控系统的参数见表 1-2-3、1-2-4。 表 1-2-3

48、 用于保护站场的阴极保护站监控信息 序号信号名称信号类型规格数量备注 1 输出电压 4-20mA DC 050V4 个 AI 2 输出电流 4-20mA DC 050A4 个 AI 3 管地电位反馈信号 4-20mA DC 0-3V4 个 AI 4 给定电位反馈信号 4-20mA DC 0-3V4 个 AI 5 给定电位控制信号 4-20mA DC 0-3V4 个 AO 表 1-2-4 用于保护线路的阴极保护站监控信息 序号信号名称信号类型规格数量备注 1 输出电压 4-20mA DC 040V1 个 AI 2 输出电流 4-20mA DC 015A1 个 AI 3 管地电位反馈信号 4-20

49、mA DC 0-3V1 个 AI 4 给定电位反馈信号 4-20mA DC 0-3V1 个 AI 5 给定电位控制信号 4-20mA DC 0-3V个 AO 6 A 机运行信号 开关信号 接点形式以现场设备为准 1 个 DI 7 B 机运行信号 开关信号 接点形式以现场设备为准 1 个 DI 8 A/B 机关机控制 开关信号 接点形式以现场设备为准 1 个 DO 9 A 机选机控制 开关信号 接点形式以现场设备为准 1 个 DO 10 B 机选机控制 开关信号 接点形式以现场设备为准 1 个 DO 在淄博分输站、潍坊分输站、高密分输站站控系统的 PLC 机柜内分别安装 1 个电位变送器，进入站

50、控系统的参数见表 1-2-5。 表 1-2-5 电位变送器的阴极保护站监控信息 序号信号名称信号类型规格数量备注 1 管地电位反馈信号 4-20mA DC 0-3V1 个 AI 第三节 通信系统 SCADA 系统操作的可靠性和有效性取决于从主站到 RTU 以及 RTU 返回主站 的数据传输状况。本节结合 SCADA 系统，介绍数据通信系统的基本概念、 SCADA 系统的通信系统、通信接口和通信媒体以及现场总线技术。 一、数据通信系统的基本概念 数据通信系统 数据通信系统是值以计算机为中心，用通信线路将分散于远地的数据终端 设备或其他计算机连接起来，进行数据的传输、交换、存储和处理的设备总称。

51、最基本的数据通信系统由计算机、终端设备、数据电路组成。其中计算机和终 端是数据的信源和信宿（即发送端和接收端） 。 数据电路是由传输信道和两端的信号交换设备即数据通信设备 DCE 所构成， 一般包括调制解调器、多路转换器或集线器等。信道是指把荷载消息得信号从 发射端传到接收端的媒质或通道，一般包括收发设备在内的屋里设施。为了进 行有效的通信，当数据电路建立后，数据链路要遵循一定的传输控制规程，主 要包括收发双方的同步、传输差错的检测与校正（通常称为差错控制） 、数据流 的控制等。这些功能由传输控制器和通信控制器完成。 数据通信的主要指标 数据传输率 数据传输速率是指每秒能够传输构成代码的比特数

52、，单位为每秒比特（bit） 。 通常使用波特率来表示通信系统传输速率。所谓波特率是指每秒传输的码元的 个数，或者每秒传输电信号码个数。 误码率 它是指二进制码元在传输系统中被传错的概率。当所传输的数字序列无限 长时，误码率近似地等于被传错的码元数与所传码元总数的比值，也称传输出 错率。在计算机网络中要求误码率低于 109 。 信道及信道宽带 信道可分为物理信道、逻辑信道两种。物理信道：传输信息的物理介质， 如公用天线等；物理信道又可分为有线信道和无线信道。逻辑信道：建立在物 理信道上传输信息的通道。信道带宽指信道的频带宽度，在给定的时间内，带 宽越宽，信道上的传输的比特 bit 越多。 按带宽

53、可以把信道分为三类，窄带信道，带宽为 0300Hz ；音恒带信道， 带宽 3003400Hz ；宽带信道，带宽 3400Hz 以上。带宽（bandwidth）可看成 振荡速率，也就是硬件改变信号的最大速率，用每秒周数或 Hz 衡量。 数据编码技术 计算机采用二进制数字表示数据，从一台计算机通过网络向另一台计算机 传送数据意味着通过传输介质发送位串。从物理上讲，通信系统可使用电流、 无线电波或光传送信息。数字信号发送的最基本优点是比一般模拟信号发送便 宜，而且受噪音干扰影响小；主要缺点是易衰减。而模拟数据和数字数据都可 用模拟信号和数字信号表示，因而也可以用这种方式传播。 利用调制解调器 mod

54、em（它是调制器 modulator 和解调器 demodulator 英 文字头的缩写） ，数字数据可以用模拟信号表示。即 modem 可通过一个载波频 率把一串二进制（双值）电压脉冲转换为模拟信号。 模拟数据也可通过编码解码器 CODEC（表示为数字信号） ，数字数据也可直 接用两种电平表示即二进制形式表示。为了改变其传播特性，需要某种形式的 数据表示或编码。 信息传输的工作方式 按照信息传输的方向可分为： 单工通信：指传送的信号始终是一个方向。如无线广播就是单工通信。 半双工通信：指信息流可在两个方向传输，但同一时刻只限一个方向传 输，通信双方均含发送器和接收器。可节省线路但效率低，在通

55、信系统用的较 多。 全双工通信：可以同时作双向通信，结路结构常用三线制或四线制。控 制简单，效率高但成本也高。在通信系统用的较多。 数据传输的方式和模式 数据传输模式可分为两种：基带传输和宽带传输。基带传输属于双向传输， 采用数字信号发送。优点：不需调制器。缺点：容量和距离有限。宽带传输也 叫频带传输，属单向传输。优点：容量大，可达 400Mbps，多种通信模式；缺 点：两倍的延时，调制器的增加提高了成本。 数据传输的方式共分两种：串行和并行通信。并行通信至少有 8 个数据位 同时从一个设备到另一个设备，接收设备不需要任何改变数据可直接使用。计 算机内部的数据传送通常采用并行方式。并行的数据传

56、送线也叫总线，如 8 位 总线、16 位总线等。通常并行通信用于距离较近的情况。 串行通信每次从源地传到目的地的数据只有 1 位。串行通信的硬件具有经 济性和实用性，适用于较长距离的通信。计算机使用电话线进行通信就必须使 用串行通信技术。在串行通信中，软件和硬件必须密切配合才能传输。 二、SCADA 系统的数据通信 SCADA 系统的通信 SCADA 系统供货厂家必须提供所有类型的通信媒体所必需的硬件和软件接 口。主要有以下几种： 电话线； VHF(甚高频)或 UHF（超高频）无线电； 微波无线电； 卫星无线电； 对流层散射无线电； 电力线载波系统； 直达线； 同轴电缆； 光导纤维； 海底电力

57、电缆； SCADA 系统数据传输率一般局限于中速范围（3002400bite） 。但一些借 助同轴电缆或光导纤维通信的就地数据采集系统则不在此限，这样可获得超过 1Mbite/s 的数据传输速率。 网络配置 CADA HOST(主机)和 RTU 互连的方法定义为网络配置。它是一种几何结构， 因此也称为网络拓扑。在 SCADA 系统中，最常用的是星形网、多点网（总线形） 和分级网（树形） 。 星形网 在星形网中，主机和每个 RTU 单独连接，在 HOST 端为每个 RTU 的物理通 信口规定一个地址号，但在通信信息中不必嵌入地址号。这种结构适用于 RTU 较少，且每个 RTU 传送数据较多的情况

58、。 多点网（总线形） 这是最常用的结构,也称之为总线。在 RTU 较多的系统中，可以使用 2 条或 多条多点线路，每条线路上的数目取决于传送到主机的数据量、协议、波特率 和需要的扫描时间。一般每条线路上可以挂 1020 个 RTU。 分级网 在大型 SCADA 系统中，有时采用具有区域集线器的分级通信网。区域集线 器连续监视各 RTU 并收集各扫描数据表。当主机需要数据时，将表中的数据传 送到 HOST。来自 HOST 的命令可直接通过区域集线器送到 RTU。 另一种常见的分级网是主子 RTU，子 RTU（SRTUSUB RTU）从属于主 RTU（HRTUIUB RTU） 。 扫描方式 SCA

59、DA 系统中主机（HOST）访问 RTU 的方式称为扫描方式。它分为以下四 种。 顺序轮询 所谓顺序轮询，是指 HOST 以循环方式依次对每个 RTU 进行询问，请求 RTU 将数据传送上来。这是最常用的一种扫描方式。 例外报告 在标准的扫描方式中，RTU 要将所有数据点传送到主站，但这样做不现实， 所以许多 SCADA 中使用例外报告的扫描方式，即仅将上次扫描以来有较大变化 的模拟数据向主站传送，离散和报警数据由于不会使信息长度增加太多，不占 多少时间，故每次都发送。 拔出轮询 有些远程站并不需要连续监视，可能仅需要一小时或一天询问一次，这时 安装公用电话线，采用拔出轮询的扫描方式会更经济。

60、 拔入轮询 和拔出轮询相似，这种方式由远方 RTU 主动拔号呼叫主机，以请求将数据 传向主机，这种方式的优点是当 RTU 出现报警时可立即报告给主机，而不必等 到下一规定的扫描时间。 通信协议 协议就像主站与 RTU 之间会话的“语言” ，协议的选择对 SCADA 的成功应 用是很重要的。因为协议是组建 SCADA 系统的平台，协议的特点和功能将部分 地决定整个 SCADA 系统的功能。每种协议能处理一定的数据类型。协议通常是 按计划中的具体应用提前开发的。在管道 SCADA 系统中的输入输出量中，模拟 数据点占有相当大的比例，扫描频率较低，而且多采用多点通讯结构。 管道 SCADA 对协议的