SCADA—石油天然氣管道的全新構(gòu)架探索

古道金 熊建森(西南石油大學，四川 成都 610036)

SCADA—石油天然氣管道的全新構(gòu)架探索

古道金 熊建森(西南石油大學，四川 成都 610036)

隨著石油天然氣資源的不斷開發(fā)，石油天然氣運輸管道技術(shù)也在不斷改進和創(chuàng)新，將SCADA系統(tǒng)應(yīng)用在石油天然氣管道中不僅可以提高工作人員對石油天然氣管道的管控效率和管控質(zhì)量，還能夠在一定程度上提高石油天然氣管道運輸效率，對石油天然氣公司的經(jīng)濟效益也有一定的促進作用。對SCADA系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與其功能進行研究分析，并且通過對SCADA系統(tǒng)在國內(nèi)外應(yīng)用情況進行對比，對SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道運輸中對實時數(shù)據(jù)與遠程監(jiān)控工作的實現(xiàn)進行闡述。有利于促進SCADA系統(tǒng)的推廣和發(fā)展。

SCADA系統(tǒng)；石油天然氣管道；應(yīng)用系統(tǒng)分析

SCADA系統(tǒng)剛開始是應(yīng)用在電力系統(tǒng)上的，經(jīng)過長時間的發(fā)展，現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)中SCADA系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，所以，相對石油天然氣管道中應(yīng)用SCADA系統(tǒng)，電力系統(tǒng)中的SCA?DA系統(tǒng)更加成熟和完善。SCADA系統(tǒng)是電力行業(yè)的主要系統(tǒng)之一，能夠幫助工作人員對各個運行設(shè)備進行監(jiān)控，提高電力調(diào)度工作的效率。而在石油天然氣中應(yīng)用SCADA系統(tǒng)的主要目的就是為了提高對石油天然氣管道的管理質(zhì)量，同時能夠保證石油天然氣運輸管道的安全穩(wěn)定運行，對石油天然氣管道的發(fā)展有全面性作用。

1 SCADA系統(tǒng)的基本概述

1.1 SCADA系統(tǒng)的歷史概述

SCADA系統(tǒng)是在20世紀六十年代出現(xiàn)的，剛出現(xiàn)的SCA?DA系統(tǒng)使用的專用設(shè)備完成工作。這一時期的SCADA系統(tǒng)的主要設(shè)備組成包括硬布線掃描器、固態(tài)邏輯線路、大型模擬顯示盤以及打印機等。剛開始應(yīng)用SCADA系統(tǒng)的主要目的是為了對設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。到七十年代，計算機技術(shù)與軟件系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)和完善使SCADA系統(tǒng)出現(xiàn)很大改進和創(chuàng)新，提高了SCADA系統(tǒng)的工作效率，但是因為計算機在當時的價格較貴，因此應(yīng)用SCADA系統(tǒng)時主要以集中控制為主，限制了SCADA系統(tǒng)的發(fā)展。而到八十年代，SCADA系統(tǒng)經(jīng)過長時間的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，再加上遠程控制系統(tǒng)以及可編程程序控制器的應(yīng)用，使SCADA系統(tǒng)的功能更加多樣，促進了SCADA系統(tǒng)的發(fā)展。到九十年代，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，SCADA系統(tǒng)能夠利用信息處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)對設(shè)備運行的數(shù)據(jù)資料進行分析處理，并且還有信息傳輸?shù)墓δ?。系統(tǒng)的維護和升級工作也趨于簡單化，因此，這一時期的SCADA系統(tǒng)得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。

1.2 SCADA系統(tǒng)現(xiàn)階段的發(fā)展情況

目前，計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)的快速發(fā)展更是為SCA?DA系統(tǒng)的更新升級提供了巨大的便利，現(xiàn)階段SCADA系統(tǒng)已經(jīng)向著標準化和開放性方向持續(xù)發(fā)展。并且現(xiàn)在已經(jīng)可以通過虛擬私人網(wǎng)絡(luò)（VPN）以及網(wǎng)絡(luò)操作員對SCADA系統(tǒng)進行隨時隨地訪問，極大的提高了SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用效率。與此同時，將地理信息系統(tǒng)（GISCADA）、管理信息系統(tǒng)（MIS）等與SCADA系統(tǒng)進行開發(fā)與集合，能夠促進SCADA系統(tǒng)進一步發(fā)展和創(chuàng)新，使SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。

2 SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道中的應(yīng)用分析

2.1 SCADA系統(tǒng)內(nèi)容分析

對SCADA系統(tǒng)的主要內(nèi)容進行分析是保證SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道中得到良好應(yīng)用的最基本要素，歷史數(shù)據(jù)模塊、實時數(shù)據(jù)模塊、軟件開發(fā)平臺是該系統(tǒng)最主要的組成部分。其中實時數(shù)據(jù)模塊以及歷史數(shù)據(jù)模塊主要安裝在調(diào)度中心的主機上和SCADA系統(tǒng)的末站上，為了對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析和研究，調(diào)度中心對這3個遠程控制內(nèi)容可以實行實時控制和數(shù)據(jù)分析，在收集的同時對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一規(guī)劃和分析，然后通過計算機的數(shù)據(jù)再現(xiàn)功能將本地可編程度內(nèi)容、第三方智能數(shù)據(jù)設(shè)備進行數(shù)據(jù)內(nèi)容的展現(xiàn)，對數(shù)據(jù)的實時運用過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合和及時更新。以此為前提，將數(shù)據(jù)實現(xiàn)最大化的運用。

2.2 SCADA系統(tǒng)的功能分析

石油天然氣管道中基礎(chǔ)的調(diào)度系統(tǒng)就是SCADA系統(tǒng)，一般來說，在正常的操作情況下工作人員可以通過調(diào)度控制中心的計算機系統(tǒng)對整個石油天然氣管道的監(jiān)控和運行進行管理。SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道中的應(yīng)用功能包括以下幾個：采集和處理數(shù)據(jù)的功能；顯示數(shù)據(jù)的功能；啟動和停止石油天然氣全線輸氣系統(tǒng)以及各個站點的功能；對異常事故進行報警的功能與查詢事件功能；對SCADA系統(tǒng)進行診斷和維護的功能；對故障通信通道進行自動切換的功能；記錄與保存歷史數(shù)據(jù)的功能；對其他管理系統(tǒng)提供平臺接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的功能。

2.3 SCADA系統(tǒng)的其他功能分析

SCADA系統(tǒng)應(yīng)用在石油天然氣管道中除了上述功能外，還有其他功能。SCADA系統(tǒng)開發(fā)商根據(jù)實際情況設(shè)計的PLC組態(tài)編程軟件、模擬仿真軟件集以及辦公軟件等運行軟件都會在一定程度上促進SCADA系統(tǒng)的發(fā)展和更新。例如SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)實體運行模式可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進行直觀展示，能夠?qū)?shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)信息和變量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一規(guī)劃和管理，方便工作人員對數(shù)據(jù)信息進行對比分析，有利于對對象數(shù)據(jù)進行設(shè)計，減輕工作人員的工作量。另外，這種數(shù)據(jù)模式還可以對SCADA系統(tǒng)頁面上的一些微小細節(jié)進行規(guī)整，實現(xiàn)計算機內(nèi)存與相關(guān)磁盤信息之間的數(shù)據(jù)交換和應(yīng)用[3]。這樣，同一個數(shù)據(jù)處理模式就能夠進行多個功能操作，簡化了SCADA系統(tǒng)的操作步驟，提高對數(shù)據(jù)庫的處理效率，有利于促進SCADA系統(tǒng)功能更加趨于完善。

3 SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道中的維護分析

3.1 對站場進行維護

（1）對下位機PLC系統(tǒng)維護。在對下位機PLC系統(tǒng)進行維護時，主要的維護內(nèi)容包括以下幾點：第一，對PLC系統(tǒng)中的各通訊模板、冗余模塊以及CPU模板、PLC電源模板的狀態(tài)指示燈進行檢查，確保指示燈處于正常工作狀態(tài)；第二，嚴格檢查PLC機柜的接地性能以及CPU模板的電池指示燈，當指示燈出現(xiàn)紅色警報時，說明PLC設(shè)備的電池電量過低，要進行及時更換；第三，為了保證SCADA系統(tǒng)的通訊狀況良好，要對以太網(wǎng)交換機和路由器的工作狀態(tài)進行檢查，確保網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定可靠；最后，要根據(jù)實際情況對PLC系統(tǒng)中的一些問題進行改進，制定完善的應(yīng)急處理機制，提高PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）對上位機MMI系統(tǒng)的維護。維護方面主要包括：其一，對畫面中的顯示信息進行檢查，確保數(shù)據(jù)信息的正確性和完整性；其二，要進行必要的測試，例如對聲光報警系統(tǒng)的測試、對各個數(shù)據(jù)點和頁面刷新時間的測試等；其三，要確保MMI系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定運行，才能保證記錄的數(shù)據(jù)資料的連續(xù)性和有效性；其四，要對上位機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫進行及時檢測，確保數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性，防治突發(fā)情況丟失數(shù)據(jù)；最后，要對數(shù)據(jù)庫中的資料進行及時備份，提高數(shù)據(jù)信息保存的安全性。

（3）對實際I∕O信號接入的維護。主要維護內(nèi)容包括：第一，檢查各種壓力、溫度等實際模擬量的輸入點、電動閥以及調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的狀態(tài)反饋點與命令點；第二，確保實際信號的正常運行狀態(tài)，嚴格控制狀態(tài)反饋、控制輸出等工作，確保其準確性；第三，檢查各個設(shè)備的狀態(tài)指示燈是否處于正常狀態(tài)，尤其是24 V電源的狀態(tài)指示燈；最后，對聲音報警裝置進行檢測，確保其正常運行，保證SCADA系統(tǒng)的運行穩(wěn)定和安全。

3.2 對閥室進行維護

對閥室進行維護時，主要是對下位機RTU系統(tǒng)、實際I∕O信號接入以及第三方通訊設(shè)備的維護。對上位機系統(tǒng)以及實際I∕O信號接入進行維護時與站場維護方式相同。而對第三方通訊設(shè)備進行維護時，主要是對第三方設(shè)備采集的信息進行檢查，同時對第三方設(shè)備和SCADA系統(tǒng)至今的通訊狀態(tài)進行檢測，確保通訊的穩(wěn)定性。除此之外，還要對實際操作運行過程中出現(xiàn)的各種問題進行解決。

4 結(jié)語

綜上所述，石油天然氣的不斷發(fā)展促使與其相關(guān)的技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和改進，尤其是石油天然氣運輸管道的相關(guān)技術(shù)對石油天然氣的運輸效益和經(jīng)濟效益有至關(guān)重要的影響。因此，需要相關(guān)的工作人員根據(jù)不斷發(fā)展的新技術(shù)對石油天然氣運輸管道的管理工作進行創(chuàng)新，確保運輸管道的良好安全運行狀態(tài)。在石油天然氣管道中應(yīng)用SCADA系統(tǒng)，在一定程度上能夠推動石油天然氣管道管理的全面性發(fā)展，這就要求相關(guān)的工作人員必須根據(jù)實際情況對SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用進行規(guī)劃，根據(jù)不斷積累的經(jīng)驗使SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道中的應(yīng)用更好完善。

[1]藍維波.SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道上的應(yīng)用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2016,36(10).

[2]李昌鋒.SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道上的應(yīng)用研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2016,36(14).