川气东送管道SCADA系统运行及维护

王 倩 姜明慧

中油龙慧自动化工程有限公司

川气东送管道SCADA系统运行及维护

王 倩 姜明慧

中油龙慧自动化工程有限公司

川气东送管道自动控制系统使用了以计算机为核心的SCADA系统，该系统在调度控制中心完成对全线的监控、调度、管理，由沿线各场站的控制系统实现对工艺数据采集和监控。下位机系统维护主要是对冗余功能的测试，同时还有I/O模块通道和报警连锁功能的测试。清管球指示器到需要用时才安装电池供电，而站控系统则不需要继续对清管球指示器外供24 V电源，还可以将并联在供电回路中的防浪涌保护器拆下，以待用。气液联动阀执行机构Line Guard报警延时时间设定值理论上定在180 s，但实际应用中可以允许设定的上限值为1 800 s，应综合考虑现场工艺并根据需要进行确定。

川气东送；管道；SCADA系统；通信；维护

我国SCADA系统的应用始于1997年建成的陕京输气管道，之后该技术始终未能得到大范围的应用和普及。西气东输工程中，全程4 000 km的管道全部采用SCADA系统，表明我国天然气运输管道自动化水平走向了一个新的里程。川气东送管道工程西起川东北普光首站，东至上海末站，是继西气东输管线之后又一条贯穿我国东西部地区的管道大动脉。

1 系统设计

川气东送管道自动控制系统使用了以计算机为核心的SCADA系统，该系统在调度控制中心完成对全线的监控、调度、管理，由沿线各场站的控制系统实现工艺数据采集和监控。与此同时，还能把工艺和设备运行情况等重要资料，利用通信系统全部传送到调度控制中心，然后各场站接受由调度中心所传达的命令。在公司的管理和维护下，已建成了川气东送管道SCADA系统，其由1个主调控中心、1个备用调控中心、6个输气管理处监视终端、32个站控系统和36个远程终端装置构成[1]。川气东送管道SCADA系统如图1所示。

图1 川气东送管道SCADA系统

（1）现场监测仪表。川气东送管道站场上传至站控PLC系统或ESD的模拟量，通常涵盖工艺管线压力、温度、差压、流量等相关信号，同时还有过滤分离设备液位以及压力调节阀阀位。投运后证实，这些模拟量信号无论是准确性还是在实时性方面均能满足监控需要。

（2）监控设备。川气东送管道站场站控系统监控设备主要包括气液联动阀、电动阀、电动调节阀、自力式调节阀和安全切断阀等。上述设备的状态监视以及控制命令执行等全部能满足设计需要。

（3）火气消防系统。SCADA系统中所设置的火气消防系统主要功能用于火灾、火焰以及可燃气体检测等方面的控制。其工作原理是，可燃气体探测器和火焰探测器报警信号首先进入到F&G系统所带有的火灾综合显示报警盘中，接着把这些信号全部传送到SCS系统；与此同时，还需要在综合值班室、机柜间、发电机房以及变电所这些重要地方安装感温感烟探头，以便更好地观测和发现火灾综合报警，出现故障后，火灾综合报警系统分区故障点能够及时上传站控系统。

（4）第三方智能设备及阀室通信。实际运行中，可以选择4座站场，对能够表征第三方设备以及服务器通信质量的关键参数，也即是Barometer和%Errors这两个重要数据进行统计，由此可以较为准确地了解到第三方智能设备的情况，掌握上、下游阀室以及站控服务器当前所处的通信情况。经计算，虽然有个别站场Error和其他站场或者设备相比较高，Barometer value却并没有受到影响，由于后者为表征通信质量最为重要的参数，因而通信质量依旧良好。另外，SCADA系统中的低压配电盘以及高压配电盘在本项目中使用的是Modbus TCP/IP通信协议。

2 系统维护

川气东输各站场的ESD系统供电均全部是依照冗余的两路220 V交流设计[2]。但是由于一些站场在设计或者施工方面受到影响，只有一路220 V交流供电，因而无法确保ESD系统的供电冗余，这样使得部分站场的消防水罐液位数据不能够进行准确上传。

根据西气东输SCADA系统维护工程项目特点，为确保该项目能保质、保量、按期完成，使各项责任落实到实处，中油龙慧自动化工程有限公司成立西气东输SCADA系统维护工程项目部，全权负责西气东输SCADA系统维护工程，重点做好以下几个方面工作：

（1）上位机系统维护。作为人机界面，上位机可以充当整个站控系统的“眼睛”，各个站的全部设备状态、参数以及操作记录等都是由它来集中显示的。维护主要有两个内容：一是硬件。需要派出专人对工作站做定期的清洁和除尘，对各种通信接口进行经常性检查。二是软件。需要实施病毒查杀、病毒库更新，对于垃圾文件也应及时清理；同时还要做好趋势记录和报警时间的检查，对工程软件则应注意做好备份。

（2）下位机系统维护。PLC为整个下位机系统的核心，因而对于系统的稳定性与可靠性起着关键作用，所以必须高度重视。维护内容主要是对冗余功能的测试，同时还有I/O模块通道和报警连锁功能的测试。测试时需要严格执行操作流程，同时根据实际开出操作票和连锁保护摘除工作票[3]。进行系统冗余功能测试前需要保证现场全部设备基于就地控制条件，而连锁保护功能则应基于摘除条件，接着根据测试规程依次实施电源、通信以及CPU这些主备模块的切换测试，否则会影响测试效果。进行系统整体联锁情况测试时，应确保场内输气设备停运，且现场设备始终处在一种远程控制中，确保各软、硬连锁功能正处于投运当中。

（3）清管球指示器的防电保护。川气东送各站场设置的清管球指示器借助其自带的电池进行供电，同时也也借助PLC机柜外供24 V直流的方式进行供电。系统处于这种供电模式下，需要采取一定的措施避免雷击导致浪涌尖峰对PLC供电系统造成的破坏[4]。清管球指示器在管道传输中所使用的频率并不高，而场区24 V直流电源回路却极易遭到雷击或者雨淋这些恶劣环境的破坏，进而给系统带来接地、短路、雷击等烧坏系统模块这些负面影响。所以，清管球指示器等到需要用时才安装电池供电，而站控系统则不需要继续对清管球指示器外供24 V电源，还可以将并联在供电回路中的防浪涌保护器拆下，以待用。

（4）UPS和通信设备维护。进行维护时应当着重主机的污染切换以及电池组的后续供电。因而测试时，基本前提就是运行设备正处于就地控制当中，确保各联锁保护功能也正处在摘除当中。注意要将市电电源断开，重点观测切换功能是否良好，对于后续供电的时间做好记录。另外，还要对电池组中单个电池的端电压进行仔细测量，如果测量发现单个电池间端电压已经低于1 V，就要考虑对其充电，必要的话可以更换，防止单个电池故障而造成的整组电池报废。

（5）气液联动阀误触报警维护。现阶段来说，气液联动阀执行机构Line Guard报警延时时间设定值理论上定在180 s，但实际应用中可以允许设定的上限值为1 800 s，应综合考虑现场工艺并根据需要进行确定。通常建议在保障生产安全的基础上，合理地延长延时时间，其目的在于降低气液联动阀误触发几率。站场上位机报警点进行设置时一般不宜过多，如果过多的话反而会让值班人员形成一种麻痹不敏感心理，从而埋下安全隐患。系统在投入运行时，必须根据生产管理的需要合理地设置报警点数量及级别。

3 结语

川气东送管道SCADA系统具有规模庞大、设备繁多、逻辑关系复杂等特点，因而在设计时应将系统特征和项目需求进行有机结合，合理设计；定期维护工作中，不仅要面面俱到，还要重点突出，确保提高维护质量，保证输气生产安全的同时，尽量减轻对正常生产造成的影响。

[1]田家兴，王海峰，赵廉斌，等．HS与ViewStar两种HMI系统在西气东输的应用[J]．自动化与仪器仪表，2011（4）：107-109.

[2]王多才，高鹏，王海峰，等．气液联动执行机构意外关断分析及在西气东输的应用[J]．石油规划设计，2012，23（2）：51-53.

[3]彭太翀，王海峰，王多才，等．关于西气东输ESD系统报错的探讨和可行性优化建议[J]．工业控制计算机，2011，24（11）：28-30.

[4]何礼高．DSPIC30F电机与电源系统数字信号控制器原理与应用[M]．北京：北京航空航天出版社，2007．

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.049