第四章1 油气管道SCADA系统.

1、第四章 油气管道SCADA系统n第1节 SCADA系统概述n第2节 SCADA系统组成与功能n第3节 SCADA系统软件n第4节 SCADA系统相关技术n第5节 SCADA系统控制逻辑 n第6节 SCADA系统国内应用n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。n目的目的n 全面监测全线工艺参数。n必要性必要性n 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?nSCA

2、DA-nSupervisory Control And Data Acquisation，n即数据采集与监控系统即数据采集与监控系统 n数据采集：将站场上的压力数据采集：将站场上的压力温度温度流量流量阀阀位等参数变成直观的数字显示出来的过程位等参数变成直观的数字显示出来的过程.n监控：远程监视控制监控：远程监视控制图1 某大型油田SCADA系统n如图1 所示为某大型油田SCADA系统n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。、n这种结构在其他类似的系统中也可以看到。n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

3、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 下位机下位机： 上位机上位机 通信网络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、nSCADA系统的定义nSCADA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

4、障诊断提供必要和完整的数据及支持。nSCADA系统发展到今天已经经历了三代。系统发展到今天已经经历了三代。 n第一代是基于专用计算机和专用第一代是基于专用计算机和专用操作系统操作系统的的SCADA系统，这一阶段是从计算系统，这一阶段是从计算机运用到机运用到SCADA系统时开始到系统时开始到70年代。年代。 n第二代是第二代是80年代基于通用计算机的年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用系统，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操作操作系统系统。n第一代与第二代第一代与第二代S

5、CADA系统的共同特点是基于系统的共同特点是基于集中式集中式计算机系统计算机系统，并且系统，并且系统不具有开放性，因而不具有开放性，因而系统维护系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。，升级以及与其它联网构成很大困难。 n第三代基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的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，系统，n90年代按照开放的原则，这一阶段是我国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，系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。系统中。n第四代第四代SCADA/EMS

6、系统的基础条件已经诞生。系统的基础条件已经诞生。n该系统的主要特征是采用该系统的主要特征是采用Internet技术、技术、面向对象技术面向对象技术、神经网络技术以及、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，系统与其它系统的集成，2、SCADA系统发展历程系统发展历程3、SCADA系统应用nSCADA在电力系统中，应用最为广泛，技术发展也最为成熟。nSCADA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。nSCADA系统在我国长输管道中得到广泛的应用。系统在我国长输管道中得到广泛的应用。 90年代以

7、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n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系统在管道的应用系统在管道的应用n80年代末东营-黄岛输油管道n1992年投产的轮南-库尔勒管道n1997年投产的库尔勒-善鄯管道n1997年投产的陕京一线输气管道n2002年投产的兰成渝成品油管道n2004年投产的西气东输管道 二、SCADA系统的层级结构n1.生产经营管

8、理级生产经营管理级n2.中心监控级n3. 站控级n4.就地控制级n n1.下位机下位机n2.上位机n3. 通讯系统n 公司管理计算机其他网络显示、打印经营策略市场信息调控中心服务器调度员站 调度员站工程师维护打印泄漏检测、批次跟踪站场服务器操作员站通信线路控制器现场仪表、设备站场服务器操作员站控制器现场仪表、设备阀室RTU现场仪表、设备阀室RTU现场仪表、设备生产经营管理级中心监控级站控级就地控制级MIS系统站场1站场N远控阀室N远控阀室1 生产管理网络结构示意图1.生产经营管理级生产经营管理级 n1.1 基本功能n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

9、达生产计划、管理命令等。n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。n该级决策的特点是：目标宏观、决策周期长。n1.2 组成n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n2.1 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）。n2.2 组成n控制中心的计算机一般为网络冗

10、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n3.1 基本功能n是对站内装置、辅助系统及生产过程进行监督和控制 n3.2 组成n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。n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nPLC系统系统nMMI系统系统n计量系统计量系统n可燃气体报警系统可燃气体报警系统nUPS系统系统n其他外设其他外设4.就地控制级n4.1基本功能n各类装置的就地控制 n4.2 组成n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、

11、DCS、FCS比较比较n在一些行业FCS是由PLC发展而来的；n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nPLCn（1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。n （2）连续PID控制等多功能，PID在中断站中。n （3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。n （4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。nPLCn （5）PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。n （6）大系统同DCS/TDCS，如

12、TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。n （7）PLC网络如Siemens公司的SINECL1、SINECH1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSECNET、MELSECNET/MINI。n （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。nDCS或TDCSn （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。n （2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。n （3）PID在中断站中，中断站

13、联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。n （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。n nDCS或TDCSn （5）模拟信号，A/DD/A、带微处理器的混合。n （6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。n （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。n （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。n （9）用于大规模的连续过程控制，如石化等 n23 FCSn （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。n （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。n （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。n （4）在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。n23 FCSn （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。n （6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。n （7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。n （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。n （9）局域网，再可与