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摘要：SCADA系统的概念形成于20世纪60年代中期，此前已存在多种形式的监控与数据采集系统。20世纪80年代，以16位微处理器为基础的智能RTU，功能更强的PC以及容量更大、价格更低廉且功能强大的微型计算机的出现；使得人机接口（HMI）设备性能和数据检索能力更为改善。本文分析了SCADA系统在长输管道的应用和发展。
关键词：SCADA系统；长输管道；应用；发展
长输管道工程是一个系统性和网络性很强的工业系统。当今世界上许多油气输送公司所建设的长输管道几乎都同步建设管道自动化系统(即SCADA系统),与此同时许多公司对原已建的管输自动化系统进行了更新改造。实时掌握管网的运行数据,进行科学分析处理,提供优化决策,不仅能合理分配能源,同时可以得到可观的经济回报,这已成为国外输气公司的共识。
一、SCADA系统应用
1.长输管道自控系统的特点。长输管道自动化控制的特点是站场、监控阀室众多、线路长、涉及区域广袤。而PLC或PC多应用于单体设备和工艺流程较为简单的生产过程的监控，如：加热炉、污水处理、鹤管装车等；DCS适用于生产对象密集、连续而又比较复杂的场合，如：联合站或集中处理站，原油稳定及天然气处理、炼油化工等领域。SCADA系统适用于点多、线长、面广的生产对象，因此SCADA系统在长输管道自动化系统中得到广泛应用。下面以某管道工程为例介绍SCADA系统在长输管道中的应用。
2.SCADA系统。西段干线设14座压气站、5座分输站和1座联络站，66座线路截断阀室（其中13座RTU阀室）；东段干线设工艺站场27座，其中压气站12座，12座分输站和3座分输清管站，另外，88座线路截断阀室（其中12座RTU阀室）。采用SCAD系统对全线生产运行情况进行集中监视、控制和管理。整条管线建成后将纳入中石油油气调控中心，（即北京、廊坊主备调控中心）统一调度和管理。SCADA系统主要由调控中心的计算机控制系统、站场站控系统、监控阀室RTU、通信系统构成。SCADA系统的控制和管理分3级：调控中心监视、控制及调度管理；站控系统控制；就地手动控制。在正常情况下，由调控中心对管线全线进行监视和控制，在调控中心授权下或数据通信系统发生故障时，通过站控系统或阀室RTU实现各站的监控。当进行设备检修或事故状态时，可采用就地手动控制。各工艺站场均设置站控系统（SCS—StationControlSystem），监控阀室设置RTU系统，以完成对站场和阀室工艺设备的控制和运行。通过局域网将站控系统、监控阀室RTU连接起来，在调控中心通过已建立的计算机控制系统分别控制站场和阀室的工艺设备，实现顺序启站、顺序停站和紧急停站。在控制中心授权的情况下，站控系统和阀室的RTU才能够控制和运行本站的工艺设备。作为远程终端单元的站控系统SCS及监控阀室RTU与主/备调控中心间的通信系统采用光缆作为主通信信道；卫星作为备用通信信道。这里谈到的工艺站场及监控阀室都可以认为是广义上的RTU，而狭义上的RTU是指不仅能数据（模拟量和数字量）采集，而且可以提供（模拟量和数字量）远程控制能力的黑匣子。
不同数据库间的历史查询，避免了数据库的复制，同时避免了控制层ＰＬＣ控制器数据的双重响应。实时数据、报警、操作日志只有在发生变化时才会递交给调度中心服务器；没有设置内部系统的轮询机制，也降低了对通信系统的要求。虽然目前工业用分布式数据库系统还处于中小型阶段，能否向更大数据库的规模化发展，受到通信系统、计算机和软件应用系统的可用性、可靠性及数据的存取效率等的直接影响，有待理论的进一步突破。假设集中式和分布式在中心和站点服务器的可靠性不考虑负荷影响，可以看到，根据不同的数据库容量和站点的数量，选取不同系统结构的SCADA系统是可以择优选取的，可靠性很近似，平均故障修复时间对于维护工作量也有差别，且并不影响远控站的运行。因此，根据工艺流程和输油工艺，灵活的系统结构配置方式是实现长输成品油管道监控功能的基础，同时也可以提高可靠性。
二、发展方向
1.SCADA系统的功能发展。目前的SCADA系统主要包括控制系统以及相应的软件两部分。控制系统通常采用分散控制结构,一般包括控制中心、站控和单体设备三级控制层次,某些大型输气系统中还设有子控制中心。除了由控制中心对各个场站及其单体设备进行集中控制外,站控级和单体设备控制级均具有独立的控制功能,这样就保证了SCADA系统具有很高的可靠性,控制技术的通用性也比较强。由于SCADA系统软件功能必须与管道运营的实际需求相符合,因而成熟产品的数量相对较少,软件主要有以下几个发展趋势。采用更逼真的三维彩色图形显示,操作人员可以从显示器上观察到压缩机泵组、控制网等工艺设备的三维图象。采用人工智能和专家系统技术,可支持复杂的管网运营分析和优化。
2.SCADA系统的配置。管道SCADA系统采用完全冗余的方式配置。控制中心包括以太网、数据服务器、操作员工作站、远程通讯设备都冗余配置。远程通讯一种是采用DDN作为主通讯信道,拨号电话线作为备用通讯信道;另一种是采用卫星作为主通讯信道,拨号电话线作为备用通讯信道。两种方式的选择主要是根据管线所经过地区的地理条件决定。站控系统PLC设备采用功能强、数据转换精度高(16位)、处理速度快、具备自诊断功能、可以带电插拔的产品构成处理器,并对处理器和电源进行冗余配置。SCADA系统采用广域网通讯方式,从控制中心、站控计算机到PLC设备均连接到以太网上,运行维护工程师不仅可以通过控制中心的计算机对各站站控系统的计算机进行管理和维护,而且可以在控制中心的计算机上实现对各站PLC系统的编程、组态、监视、维护等,方便技术人员对沿线各站系统的管理维护,缩短故障处理时间,减少维护的费用支出。
管道SCADA系统深层次的应用目前正处在起步阶段,SCADA系统在不断完善,不断发展。它的成功实施需要管道企业多专业、多部门的协同配合,可以按照统一规划,分步实施,先易后难的原则,坚持循序渐进、稳扎稳打,实施优化工程,从而达到提升企业管理水平,增加效益、降低成本的目的。
参考文献
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