160煤氣與熱力第22卷第2期文章編號:1000-44162002)2-0160-04天然氣長輸管線 SCADA系統(tǒng)曾力張廣煜中國市政工程華北設(shè)計研究院天津300004)摘要介紹了天然氣長輸管線三級結(jié)構(gòu) SCADA系統(tǒng)的組成及主要功能并討論了光纖和衛(wèi)星兩種通信方式關(guān)鍵詞:長輸管線 SCADA系統(tǒng)汾輸站中圖分類號IU996.6TP273.5文獻標識碼B概述同時具有數(shù)據(jù)共享能力通信協(xié)議建議為嵌入式過程控制OPC天然氣長輸管線從首站開始經(jīng)數(shù)個分輸站至末7)系統(tǒng)應具有操作簡易性。應通過探測硬件站其間還有多個截斷閥室、陰極保護站等。長輸管特征和提示信息來安裝預調(diào)整和配置數(shù)據(jù)庫環(huán)境。線 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計可借鑒城市燃氣輸配 SCADA(8)系統(tǒng)應可引入一個開放的、易于使用的方系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗和研究成果-8]根據(jù)長輸管線總法來擴展具有多媒體數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)庫應為開發(fā)體方案將 SCADA系統(tǒng)設(shè)計成三級結(jié)構(gòu)。第一級為人員提供一組全面的應用軟件接口AP中央調(diào)度管理中心一座),設(shè)置在首站天然氣集輸9)系統(tǒng)應具有安全性。允許根據(jù)用戶屬性控公司內(nèi)。第二級為調(diào)度管理監(jiān)控站(數(shù)座)分別設(shè)制用戶的訪問可限制一個中間層可以連接的用戶,置在各分輸站、末站內(nèi)。第三級為遠程無人值守監(jiān)以及將中間層作為一個特殊用戶進行審計控站數(shù)座)分別設(shè)置在各截斷閥室內(nèi)。(10) SCADA系統(tǒng)應具有網(wǎng)絡(luò)功能。2 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計原則3系統(tǒng)組成、配置及主要功能(1)系統(tǒng)按安全可靠性、先進性、經(jīng)濟性次序考3.1中央調(diào)度管理中心一級站)慮系統(tǒng)的設(shè)計指標(1)組成及主要配置2)數(shù)據(jù)采集及控制采用可編程控制器(PLC)中央調(diào)度管理中心一級站)是輸氣系統(tǒng)的中數(shù)據(jù)管理及監(jiān)控采用容錯小型機或帶有容錯功能樞是實現(xiàn)輸氣系統(tǒng)自動化完成遠程計量、故障狀的服務(wù)器工業(yè)控制計算機態(tài)處理及排除保證下層分輸站、首末站安全運行,3)系統(tǒng)配置先進的軟件系統(tǒng)以增強人機對達到管理現(xiàn)代化的核心。主要由一臺容錯小型計算話功能全系統(tǒng)的操作界面漢化)另外還將采用成機、兩個操作員工作站、一個工程師工作站、一個經(jīng)熟的軟件管理系統(tǒng)。理終端及一臺通信計算機通過以太網(wǎng)組成的計算機(4)通信系統(tǒng)利用光纖通信系統(tǒng)或衛(wèi)星通信系網(wǎng)絡(luò)系縮鞏圖1涌信諫率建議為100Mb/s統(tǒng)并備用市內(nèi)或長途電話線作為后備通信手段中國煤化工保證可靠性主要硬(5)軟硬件系統(tǒng)應至少具有25%的擴展能力。件熱CNMHG充?？蓭щ姴鍝芟到y(tǒng)6)系統(tǒng)應能與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行無縫聯(lián)接,可實現(xiàn)自動故障診斷和定位。內(nèi)部的存貯系統(tǒng)可以收稿日期2001-05-10修回日期2002-03作者傅分數(shù)據(jù)(190)女廣東東莞人高級工程師學士從事燃氣工程自控設(shè)計工作2002年4月曾力天然氣長輸管線 SCADA系統(tǒng)161起到記錄站的作用保存全部采集的原始數(shù)據(jù)和藝流程圖動態(tài)顯示工況和實時參數(shù)及各種報表及行調(diào)度事件并可供隨時調(diào)用。附加光盤機可以按曲線。以太網(wǎng)具有較強的可擴展功能視需要可另季度或年度轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)留作檔案供事后分析。掛多臺操作員工作站。工程師工作站可被授予特權(quán)為了提高通信的可靠性采用一臺高可靠性專代碼行使其特權(quán)即開發(fā)、編輯、調(diào)試和修改程序和用通信計算機完成內(nèi)部以太網(wǎng)與下級站的通信。參數(shù)完成數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)維護。經(jīng)理終端主要用操作員工作站是調(diào)度中心的人機界面每個聯(lián)于管理層統(tǒng)計、管理與決策。為了提高系統(tǒng)的顯示網(wǎng)操作員工作站具有同樣的功能。工作站屏幕較功能調(diào)度中心還設(shè)置有大屏幕投影儀、圖形拷貝機大可以顯示各種畫面全局分布、局部組成及各種工及彩色平板繪圖儀用自動經(jīng)理終端撥號系統(tǒng)工作站大屏幕(操作員)〔操作員)(工程師)影儀打印機圖形拷貝機」平板繪圖儀以太網(wǎng)計算機光電轉(zhuǎn)換器收發(fā)器交換機7樓光纖圖1中央調(diào)度管理中心(一級站坦組成調(diào)度中心計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配備必要的操作系統(tǒng)機構(gòu)、大屏幕電視監(jiān)視系統(tǒng)組成以完成站內(nèi)數(shù)據(jù)采軟件、 SCADA軟件及高級應用軟件。高級應用軟件集、控制、管理及與上下級站通信見圖2采用IFⅨX軟件包FⅨ軟件可將關(guān)鍵信息送給管理工控機采用奔騰4CPU,BM工控)主板,256者和經(jīng)理使他們能更快更有效地作出決斷并為企Mb內(nèi)存A0Cb硬盤高分辨彩色顯示器。該機具業(yè)帶來更佳的收益。IFIX廣泛用于各行各業(yè),包括備操作員工作站及工程師工作站的功能?？删幊炭靥烊粴馍a(chǎn)及輸配它是所有需要采集管理可視化制PC油雙機熱備CPU模墺熱備模塊之間需數(shù)據(jù)的企業(yè)的必備工具同時可以控制關(guān)鍵性的過用光纖聯(lián)接進行熱備數(shù)據(jù)交換)智能模擬量輸入程和操作。它具備易開發(fā)、易兼容、易升級等優(yōu)勢,輸岀模墺(帶有預設(shè)定功能λ數(shù)字量輸λ/輸岀模是目前國內(nèi)外廣泛應用的軟件之一。塊、顯示模塊及通信模塊組成。它的主要功能為采(2)主要功能集一次儀表輸入的信號、控制電動執(zhí)行機構(gòu)同時具1)對全線運行實行監(jiān)控與調(diào)度管理監(jiān)測沿線備通信機的功能通過通信設(shè)備完成站內(nèi)工控機與各主要運行參數(shù)及設(shè)備運行狀態(tài);上下級及同級站的通信。2)對下級站關(guān)鍵變量進行遠方設(shè)定與控制次儀表主要為溫度、壓力、流量檢測、計量儀3)對陰極保護電源發(fā)出通、斷指令表、氣質(zhì)分析、露點檢測儀及可燃氣體泄漏檢測儀4)打印報表繪制曲線及圖形等。執(zhí)行機構(gòu)主要為電動閥門、液動閥門等。5)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控與管理;電視監(jiān)視系統(tǒng)為四通道多功能攝像系統(tǒng)配有6)系統(tǒng)軟件管理應用軟件開發(fā)系統(tǒng)組態(tài)等;大屏中國煤化工乍重地7)自診斷。CNMHG件、CADA軟件及高3.2調(diào)度管理監(jiān)控站二級站)級應用軟件。高級應用軟件采用FX軟件包,它與(1)組成及主要配置IFⅨ軟件系統(tǒng)相似便于開發(fā)與升級。調(diào)度管理監(jiān)控站二級站)一臺大屏幕大容量(2)主要功能工業(yè)控制柄程控制器(PC)一次儀表及執(zhí)行1)對所轄管道及站內(nèi)設(shè)備監(jiān)控與調(diào)度管理監(jiān)162煤氣與熱力第22卷第2期測運行參數(shù)及設(shè)備運行狀態(tài)1)執(zhí)行上級站指令2)日常生產(chǎn)運行管理2)對站內(nèi)的系統(tǒng)運行參數(shù)巡回檢測處理、向控3)編制管道系統(tǒng)維護計劃制中心發(fā)送主要運行參數(shù)及狀態(tài);4)執(zhí)行上級站控制指令3)自診斷。5)對電氣、消防、陰極保護等輔助系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視與控制4主要測控內(nèi)容6)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控與管理7)站內(nèi)系統(tǒng)參數(shù)在允許范圍內(nèi)的修改與設(shè)定(1)分輸站8)站內(nèi)緊急停車,切斷系統(tǒng)的自動和順序控主要測控內(nèi)容為:①進出站天然氣溫度、壓力制檢測及越限報警進出站天然氣管路電動截斷閥9)自診斷。開/關(guān)遙控及閥位檢測③站內(nèi)計量支管、分離器支管的電動切換閥開/關(guān)遙控及閥位檢測;分離器打印機視系統(tǒng)工業(yè)控制機(工業(yè)機)后壓力測量⑤各計量支管天然氣流量測量、記錄及累積帶溫度、壓力補償)⑥收發(fā)球筒壓力測量及清管球通過檢測沏站內(nèi)必要場所設(shè)置可燃氣體備用自動可編程控制器{光電轉(zhuǎn)換器泄漏檢測報警。(2)首末站次儀表及執(zhí)行機構(gòu)主要測控內(nèi)容為:①進出站天然氣溫度、壓力交換機接光纖檢測及越限報警灣進出站天然氣管路電動截斷閥開/關(guān)遙控及閥位檢測憑站內(nèi)計量支管、分離器支圖2調(diào)度管理監(jiān)控站(二級站蛆成管的電動切換閥開/關(guān)遙控及閥位檢測酒分離器后壓力測量⑤各計量支管天然氣流量測量、記錄3.3無人值守監(jiān)控站及累積帶溫度、壓力補償)⑥進站天然氣水露點(1)主要配置檢測⑦進站天然氣HS含量在線分析:⑧進站天該站主要由可編程控制器PC入一次儀表、執(zhí)然氣全組分在線分析⑨收發(fā)球筒壓力測量及清管行機構(gòu)及通信設(shè)備組成。PC主要由C門U模塊、智球通過檢測⑩站內(nèi)可燃氣體泄漏檢測及報警能模擬量輸λ/輸岀模塊、數(shù)字量輸λ輸岀模塊及(3)閥門室通信模塊組成,見圖3。其主要任務(wù)是采集站內(nèi)測主要測控內(nèi)容為:①截斷閥開/關(guān)遙控及閥位量參數(shù)控制閥門開關(guān)并通過通信設(shè)備完成與上級檢測;截斷閥壓力降、速率檢測;室內(nèi)可燃氣站的通信。體泄漏檢測及報警。徼得巰可編程控制器PLC光電轉(zhuǎn)換器5通信系統(tǒng)收發(fā)器次儀表及執(zhí)行機構(gòu)通信業(yè)務(wù)內(nèi)容主要為 SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)交換機接光纖務(wù)生產(chǎn)調(diào)度電話、行政電話、會議電話等通信業(yè)務(wù)巡線中國煤化工通信或衛(wèi)星通信作為主要CNMHG備用通信手段。次儀表主要包括壓力、閥位、可燃氣體泄漏檢5.1光纖通信系統(tǒng)測儀表。執(zhí)行機構(gòu)為電動或液動閥門。主干網(wǎng)采用100Mb/s全雙工交換式光纖環(huán)網(wǎng)該站配置操作系統(tǒng)軟件及 SCADA軟件。采用光纖交換機將整個網(wǎng)絡(luò)分成了多個不同的網(wǎng)(2)至妻勤罷段連接到網(wǎng)絡(luò)上的各臺計算機和PLC均分屬于不2002年4月曾力天然氣長輸管線 SCADA系統(tǒng)163同的沖突域從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性速率不能滿足需求時無須增加設(shè)備投資只需增加(1)主干網(wǎng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器信道帶寬即可④可利用非對稱信道結(jié)主干網(wǎng)采用單模光纖傳輸距離長無需中繼,構(gòu),節(jié)省衛(wèi)星頻道;可采用室內(nèi)外單元⑥節(jié)點兩個交換機之間的距離可達到40km站天線直徑約為3.7m小站天線直徑約為2.4mo(2)光纖交換機室內(nèi)外收發(fā)器及其轉(zhuǎn)換設(shè)備采用冗余配置收采用冗余光纖交換機可以做成具有線路冗余發(fā)機適合各種工業(yè)環(huán)境內(nèi)置測試設(shè)施便于維護功能的光纖環(huán)網(wǎng)。特點為:①可靠性高如果光纜頻率靈活設(shè)置有斷裂網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自愈時間<500ms②具有故障報5.3備用通信系統(tǒng)警、故障定位、故障自診斷功能③可帶電插拔④備用通信系統(tǒng)采用郵電公網(wǎng)在各級站內(nèi)同時導軌安裝⑤無風扇設(shè)計工業(yè)級保護等級配備電話自動拔號系統(tǒng)當光纖或衛(wèi)星通信發(fā)生故(3)收發(fā)器障時自動切換到郵電公網(wǎng)通信系統(tǒng)中?？偣尽⒏魇瞻l(fā)器具有一個雙絞線端口和一個光纖端口,分輸站及首末站在當?shù)厣暾埌惭b郵電公網(wǎng)電話單確保工業(yè)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。具有如下特機以解決各現(xiàn)場與當?shù)赜嘘P(guān)部門的聯(lián)系。點:①自動傳輸識別全/半雙工)使安裝簡便快巡線及搶險通信采用購置可全線漫游的公網(wǎng)移捷②冗余電源供應確保最終傳輸路徑的可靠性;動通信用戶手機來解決。③功能控制實現(xiàn)遠程診斷④導軌安裝無風扇設(shè)計⑥工業(yè)級保護等級參考文獻:(4)光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器具有如下特點①協(xié)議完全透明;[1]方熊.煤氣輸配調(diào)度業(yè)務(wù)遠動裝置合理方案的選擇J煤②網(wǎng)絡(luò)用戶之間傳輸距離可達2.5km③液晶顯氣與熱力,1982(1)25-292〕陸均洪.壓力遙測系統(tǒng)J].煤氣與熱力,1986(6)28-33示診斷信號利于快速投交和縮短維護時間可帶【3]金志剛城市煤氣輸配的監(jiān)控與調(diào)度J煤氣與熱力,192電插拔⑤抗閃電(2)32-375.2衛(wèi)星節(jié)點通信系統(tǒng)4]常琳嚴銘卿石影等.燃氣管網(wǎng) SCADA研究J]煤氣擬租用衛(wèi)星通信頻道大約0.8MHz帶寬。在中與熱力,1993(1)28-33央調(diào)度管理中心一級站內(nèi)設(shè)置衛(wèi)星通信節(jié)點站,[51王滌波陸新張炳蔚昆明市燃氣管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的開分別在調(diào)度管理監(jiān)控站二級站及無人值守監(jiān)控站發(fā)J.煤氣與熱力,1999(5)32-346]石峰金華.城市燃氣管網(wǎng)計算機遙測調(diào)度系統(tǒng)J]煤氣三級站訥內(nèi)設(shè)置衛(wèi)星通信小站。拓撲為一個節(jié)點站與熱力,2000(5):380-382對多個小站的星狀網(wǎng)。節(jié)點站到小站之間只需經(jīng)過[7]李英玉袁亮.寶雞天然氣儲配 SCADA系統(tǒng)設(shè)計方案探討次上星即所謂一跳”)保證數(shù)據(jù)實時傳輸。[J].煤氣與熱力,198(5)10-12設(shè)備選擇原則:①通信速率高,可靠性高;[8]李煒盧炳義許濤,CADA系統(tǒng)在城市燃氣供應中的②數(shù)據(jù)往返應答時間短:當今后信息量增加而應瓶J]煤氣與熱力,2001(4)315-316SCADA System of Long Distance Transmission Pipeline of Natural GasZENG Li, ZHANG Guang-yuNorth China Municipal Engineering Design Resea200074., China中國煤化工CNMHGAbstract: The composition and main functions of the SCADA systerMa aung distance transmissionation methods of optical fibre and satelliteKey words: long distance transmission pipeline SCADA system i gas distributing station