SCADA系统在天然气管道的集成应用

1、SCADA系统在天然气管道的集成应用文章编号:1001-9944(2021)12-003504SCADA系统在天然气管道的集成应用王建国(中海广东天然气有限责任公司,珠海5l9Ol5)摘要:介绍了SCADA系统的结构,功能和软硬件配置,简述了SCADA系统集成模拟仿真软件在天然气管道的应用.从工程角度提出了做一套好的SCADA系统的思路和方法.应用结果说明,该系统能够很好地实现天然气管道的控制与管理,有效提高生产管理水平,具有很高的实用价值.关键词:天然气;管道;数据:采集与监控系统;应用中图分类号:TP273+.5文献标志码:BIntegratedApplicationofSCADASyst

2、eminNaturalGasPipelineWANGJianguo(CN00C,GuangdongNaturalGasCo.,Ltd.,Zhuhai519015,China)Abstract:Thestructureandfunction,softwareandhardwareconfigureofSCADAsystemarepresentinthispaper.ItsimplynarratestheapplicationofSCADAsystemintegratingSimulationsoftwareinnaturalgaspipeline,Andbringforwardthetraino

3、fthoughtsandmethodsof:makingasetofgoodSCADAsysteminpointofviewofengineering.Applicationresultindicating:theSCADAsystemcanbettercarryouteontrolingandmanagingofnaturalgaspipeline,availablyadvancethelevelofproduceandmanage,takenonthehighlypracticablyvalve.Keywords:naturalgas;pipeline;supervisorcontrola

4、nddataacqusition(SCADA);applicationSCADA即数据采集与监视控制系统.广泛应用于电力系统,给水系统,石油天然气,化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域.SCADA系统是以计算机为根底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fl1.随着计算机技术和通信技术的开展.SCADA系统在天然气管道的应用不仅表达在数据采集和监控,设备控制和参数调节等传统需求方面,也在模拟仿真及优化运行等方面有所表达.1工程介绍珠海一中山天然气管道始建于2005年1月,2006年

5、2月投产.它的气源是珠江口的番禺,惠州海上气田.整个管道工程包括一条干线和两条支线,将天然气输送到珠海,中山两市,向电厂和两个城市用户提供天然气.设计输气量19108标方/年.全线共有站场5座,阀室5座,调度中心l座.位于南屏分输站内.管网系统图见图1所示.横琴首站从上游一珠海终端处理厂接收天然气,在站内经过计量后输往下游,天然气在南屏分输收稿日期:202105一O1:修订日期:20210904作者简介:王建国(1970一),男,工程师,从事天然气管道运行管理和技术管理工作.自动化与仪表2021(12)田一北JFI截断阀室l洪湾分输阀室I一2SCADA的组成2.1结构及组成SCADA系统包括一

6、个调度控制中心,5座站场和5座截断阀室.三级控制模式设置:(1)调度中心控制级;(2)站控室控制级;(3)就地控制级.SCADA系统的主要任务是通过各站的站控系统(scs)或PLC/RTU对该站场和阀室进行数据采集及控制.同时实现管道模拟,输送方案,设备运行优化,模拟培训等任务21.调度控制中心的操作人员通过计算机系统的操作员工作站所提供的管道系统工艺过程的压力,温度,流量,密度,设备运行状态等信息,完成对管道全线的运行监控和管理.操作人员还可通过模拟仿真系统完成管道运行方案模拟,清管器跟踪等运行作业活动.沿线各个站场的站控系统(scs)和阀室的PLC/RTU将完成对本工艺站场的监控及连锁保护

7、等任务,并接受和执行调度控制中心下达的命令.站控系统(scs)分为以下四个子系统:(1)过程控制子系统;(2)火/气控制子系统;(3)流量计量子系统(集成到过程控制子系统);(4)压力控制子系统(集成到过程控制子系统).SCADA系统网络拓扑图见图2.2.2软硬件配置2.2.1主要硬件配置1)调度中心(1)SCADA系统效劳器采用Stratus公司的容错(Fault-Tolerant)l务器StratusftServer3300system.(2)WEB效劳器(主,备各一)2台,作为SCADA系统与外部网络进行数据交换的缓冲.以保证宙工作站WEB效劳器操作员SCADA效劳器l#5#l#2#/-

8、带t瑚LAN(冗余)曲主路由器曲备用路由器.II1.IIIII盔.I!过程控制火/气过程控制火/气过程控制过程控制PLCPLCPLCPLCPLCPLC1撑输气站5#输气站1撑阀室5#阀室图2SCADA系统拓扑图Fig.2SCADAsystemtopologiqueSCADA系统数据的平安性,采用DellPowerEdgeTM效劳器PowerEdgeTM2850.(3)操作员工作站(双屏,冗余配置):DellOpti.P1e)70SMT(4)5台工作站(模拟仿真工作站1,分输配置工作站1,工程师工作站1,经理终端2):选用DellOptiPlexTM系列OptiPlexTM270SMT.(5)在

9、调度控制中心还配置一台TrueTimeGPS网络时间效劳器NTS一150.用于同步整套系统的时钟.可对FASTffOOLS系统和Stardom系统进行统一校时.(6)系统设置硬件防火墙FWE200A以保证系统的平安.2)输气站场和阀室工作站选用DellOptiPlexTM系列OptiPlexTM270SMT.过程控制PLCStardom系统一套.其CPU,电源及通讯冗余.具备GPS时钟同步功能和防雷击和浪涌保护功能.火/气PLC选用横河公司的ProsafePLC系统,SIL3级.其卡笼,CPU卡,I/O卡,通讯电缆以及电源均冗余配置,系统具有冗余容错功能31.通过了DINV19250class

10、AK46T0V认证,IEC61508SIL3级认证,FM,CSA和ABS关于Class1Div2危险区的认证和CE关于EMC电磁干扰的认证.3)通信网络Automation&Instrumentation2021(12)通信网络主通道为自铺光缆,备用通道采用公网DDN.2.2.2主要软件配置1)调度中心(1)SCADA系统软件SCADA控制软件全部采用横河公司的FAST/TOOLS8.3软件.数据库的容量为8000点(考虑二期工程数据接人),同时提供开放的OPC接口和ODBC接口,用于与管道专用软件等第三方软件进行数据交换.系统软件采用WIND0WS20o0Servel?和WI

11、N.D0WS2000专业版.(2)模拟仿真软件ATM0STM模拟仿真系统软件一套.(3)防病毒软件Symentec防病毒软件(企业版)一套,NortonAntiVirusTM.点数5O点.2)站场和阀室(1)Stardom系统软件及许可证1套(站场,阀室各1).(2)火/气PLC软件ProSafePLCSET一套(站场1,阀室无).(3)横河公司的FAST/rOOLS8.3软件,V8.3(5oo点)1套,操作系统软件Windows2000(站场1,阀室无).2.3SCADA系统技术要求和工程设计1)SCADA系统可用性Availability(可利用率)=丽丽MTB丽F丽i一×100

12、%硬件和软件的可利用率(可用性)应到达99.99%.(MTBF:平均无故障时间(h);MTFR:平均维修时间(h)2)防雷击(浪涌)电源接口抗浪涌设备的主要技术指标为:抗浪涌能力I>60kA(8/20s),测试电压10kV.通信接口和其他的I/O点抗浪涌设备的主要技术指标为:抗浪涌能力lOkA(8/20xs),测试电压6kV.3)系统数据平安性设计(1)备份/恢复和容灾系统采取各种热备份(双机热备份,磁盘双工,磁盘镜像),确保系统在局部故障情况下不间断运行.(2)网络隔离措施自动佬s仪表2oo8(12)设置WEB效劳器满足SCADA系统同公司的信息管理系统MIS间进行查询,交流,

13、严格控制并确保SCADA系统的平安并限制写信息单向流动,防止通过MIS系统直接或间接攻击SCADA系统.3SCADA系统功能实现3.1管道运行集中监视和控制SCADA系统实现以下主要功能:(1)数据采集和处理;(2)工艺流程的动态显示;(3)报警显示,报警管理以及事件的查询,打印;(4)实时数据的采集,归档,管理以及趋势图显示:(5)历史数据的采集,归档,管理以及趋势图显示:(6)生产统计报表的生成和打印;(7)标准组态应用软件和用户生成的应用软件的执行.3.2实现管道的模拟仿真和优化ATMOSTM模拟仿真软件的核心是AtmosData和Delegation效劳器.通过多种不同的接13与SCA

14、DA系统进行数据实时交换.本系统采用OPC通信方式进行数据交换.3.2.1建立管道的实时模型根据珠海一中山天然气管道的相关资料建立管道模型.这个模型建立在质量平衡,动量平衡,能量平衡和状态方程式上.使用在线的流量,压力,温度和批次数据,利用管线模型作实时仿真.3.2.2稳态和瞬变状态下的仿真ATM0GSIM软件包的仿真模型采用在线的流量,压力,温度测量值和天然气组分.为了到达稳健性高的模型,必须对所有的实时数据在使用之前进行确认.另外,该系统能够自动调准.建立的模型和真实的管线差异很小.实时模型是管存计算的基础,通过模型计算出来的整个管线上的压力,温度,流量和组分可以在界面上显示出来.1)运行

15、方案预测及优化用户可以自定义任意管线进出口的未来流量和压力.ATM0S咖GSIM使用当前的操作条件作为初值,运行管线的未来工况,从而在不同的时窗下预测管线充气,剩余时间分析和压力/流量.可为调度人员提供以下过程分析结果:囫(1)操作方案及顺序;(2)实际操作前可行的操作策略;(3)在危险情况发生前,采取的预防措施;(4)在管道进出量发生变化时,产生的因果关系;(5)危害的后果.2)管存气管理和预测时间的分析使用实时模型来计算总的管存和相关的能量值.按照需要,可以计算不同管段的充气情况.当上游气量减少或停止供气时,计算剩余气体可用时间.3)管道效率分析借助于管线的在线模型和从管线获得的实时数据,

16、可以计算整条管线的摩阻.摩阻的大小可以用来安排管线清管和维护的方案.该分析结果可提醒操作员,由他们决定是否修改系统参数以适应管道效率的下降或发送清管器清理管道.这个模块可以监视管线粗糙度随时间的变化,如果超出了设定值.系统就会报警.这个模块也能估算出粗糙度随时间的变化率,并建议清管方案.4)清管跟踪ATMOS州PIG软件包是一个实时清管球跟踪系统.它能够同时对多个清管球进行跟踪.实际操作中同时对两个清管球进行跟踪.能够估算出到达站,阀室和特定点的时间.ATMOS删PIG能够跟踪计算并将流量和压力数据进行统计分析,随着运行数据收集的越来越多,那么跟踪的精度也越来越高.5)ATMOS仿真培训ATM

17、OS培训器系统由一个ATMOSGSIM模型,一个SCADA界面和ATMOS数据效劳器组成.可以在ATMOS数据效劳器里生成所需SCADA设备信号的副本,而且复制的SCADAHMI将连接到数据效劳器而不是实时数据.使用ATMOSGSIM模型的数据生成工具,就可以生成需气量,供气量,泄漏和其它的所有情形.以便对真实管线的运行进行仿真培训.(1)可以记录学员的培训过程数据,并将结果储存起来以作为进一步分析和培训使用.(2)可以设定不同的模拟情况进行培训.4SCADA系统使用效果分析本套SCADA系统自珠海一中山天然气管道投产以来,已连续无故障运行2年多,到达设计功能.防火墙和WEB效劳器的配置,保证

18、了系统数据的平安.三级的系统结构既保证了调度中心集中监控全线的生产运行情况,根据运行标准和平安要求,对全线各站场,阀室流程进行调整,控制.与模拟仿真软件的链接,给管道的运行管理提供技术和管理依据,确保管道调度,指挥的准确性,正确性和及时性.5结语当前,市场上的控制系统很多,各有特点,很难确定哪套最好,只能说针对具体工程更适合.SCA.DA系统的选型,配置是一项综合平衡,评价的过程.一个好的SCADA系统,应该是先进,稳定,可靠,经济和实用性的综合性能最高的系统.由于计算机技术和通信技术的飞速开展,对应用于天然气管道的SCADA系统来说.集成应用其它软件如模拟仿真,流量分配和地理信息系统软件已经成为新的开展趋势,SCADA除了完成传统的数据采集和监控功能外,还提供了一个更大的信息平台,通信协议的兼容和统一.将成为一个重要因素.参考文献:1】廖常初.PLC应用技术问答M】.北京:机械工业出版社,2006.2】李琳.长输管道自动化技术M】.北京:石油工业出版社,2005.【3张德泉.集散控制系统原理及应用【M】.北京:电子工业出版社,20o7.一(上接第28页)在Matlab/Simulink中实现简化模型和控制方法仿真分析.采用回流储液罐的液位作为被控制量,以冷却水流量作为调节变量,通过仿真和蒸馏塔实际生产过程说明,这