普光氣田SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用及管理淺析

劉勤洋 張翼

摘 要：質(zhì)量管理作為企業(yè)管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)上水平、管理上臺(tái)階的根本途徑。本文以普光氣田采氣廠地面集輸應(yīng)用及管理為背景，介紹了中國(guó)第一個(gè)整裝海相型氣田項(xiàng)目中SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用及管理。以集氣總站為例，詳細(xì)描述SCADA系統(tǒng)軟硬件配置、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成;并分別針對(duì)集輸站場(chǎng)的主要生產(chǎn)裝置，包括分離器系統(tǒng)、氣體計(jì)量系統(tǒng)、水洗脫氯裝置系統(tǒng)等的工藝和生產(chǎn)特點(diǎn)，介紹SCADA系統(tǒng)的主要功能、邏輯及控制回路的特性和實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)就如何提高SCADA系統(tǒng)的管理水平，提高自控系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量管理;天然氣;管線;SCADA;遠(yuǎn)程終端單元

普光氣田地面集輸工程主體共19座站場(chǎng)（16座集氣站、1座總站、2座水處理站），30座閥室;大灣區(qū)塊共7座站場(chǎng)，18座閥室。整個(gè)地面集輸工程設(shè)置一套SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)共有一個(gè)中控室（與凈化廠中控室合建），26套站場(chǎng)控系統(tǒng)（主體19套，大灣區(qū)塊7套），48套閥室控制系統(tǒng)（主體30套，大灣區(qū)塊18套）。SCADA系統(tǒng)采用霍尼韋爾公司的產(chǎn)品，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控以及緊急情況下聯(lián)鎖關(guān)斷。其中，集氣總站作為集輸系統(tǒng)終端站，主要負(fù)責(zé)對(duì)各集氣站所采原料天然氣的脫水、分離、計(jì)量、凈化預(yù)處理，最終通過(guò)原料天然氣預(yù)處理將氯離子濃度控制在50mg/L以下，以滿(mǎn)足凈化廠設(shè)備管線安全運(yùn)行要求。以集氣總站為例，簡(jiǎn)要介紹PCS過(guò)程控制系統(tǒng)在SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用及管理優(yōu)化方案。

1 站控系統(tǒng)構(gòu)成

普光氣田地面集輸工程采用SCADA系統(tǒng)，沿線19個(gè)站場(chǎng)均設(shè)站控系統(tǒng)SCS（Station Control System）;30個(gè)閥室設(shè)遠(yuǎn)程終端單元RTU（Remote Terminal Unit）。與凈化廠中控室合建的采氣廠控制中心設(shè)置SCADA系統(tǒng)中心控制室，完成對(duì)管線全線各個(gè)站場(chǎng)和線路閥室的監(jiān)控、調(diào)度、管理等任務(wù)?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性要求，SCADA系統(tǒng)中所有重要部位都為冗余設(shè)置，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)進(jìn)行故障切換，自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。同樣，將RTU所有AO點(diǎn)、DO點(diǎn)和一些重要的AI點(diǎn)按照冗余配置。站控系統(tǒng)還與現(xiàn)場(chǎng)第三方設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所有第三方設(shè)備都具有與RTU通信的能力，通信接口為標(biāo)準(zhǔn)的Modbus485，通訊時(shí)RTU作為主站，第三設(shè)備作為從站，RTU將這些設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)讀入SCADA系統(tǒng)，供生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)維護(hù)參考。RTU與第三方設(shè)備連接時(shí)，采用Terminal Server，它專(zhuān)為串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)無(wú)縫鏈接設(shè)計(jì)，能夠讓串口設(shè)備直接與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通訊而不用對(duì)軟件或硬件做二次開(kāi)發(fā)，為串口設(shè)備連接到以太網(wǎng)提供便捷的傳輸方式，可以進(jìn)行串口和以太網(wǎng)口的雙向數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)集中管理串口設(shè)備。Terminal Server通過(guò)串口連接現(xiàn)場(chǎng)所有分散的Modbus485串口設(shè)備，并通過(guò)TCP/IP連接到工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上。PCS過(guò)程控制系統(tǒng)編程組態(tài)軟件采用BB公司的Controlwave Designer，它是面向Control Wave系列產(chǎn)品的編程組態(tài)軟件。該軟件符合IEC6113123標(biāo)準(zhǔn)。此外Controlwave Designer擴(kuò)展增加了過(guò)程控制、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等新功能。Controlwave Designer提供五種編程語(yǔ)言（ST，F(xiàn)DB，LD，SFC，IL）。

2 站控系統(tǒng)控制功能

普光氣田地面集輸工程所有場(chǎng)站按照有人值守操作設(shè)計(jì)，工藝站場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心遠(yuǎn)控、站控和就地手動(dòng)控制三級(jí)控制模式，采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。在站場(chǎng)SCS對(duì)站場(chǎng)儀表及控制設(shè)備、流量計(jì)量系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)、加熱爐系統(tǒng)、壓力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、儀表風(fēng)系統(tǒng)、污水處理裝置、陰極保護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)控并上傳數(shù)據(jù)，包括通過(guò)Modbus數(shù)據(jù)通信低壓配電盤(pán)、流量計(jì)算機(jī)、燃料氣發(fā)電機(jī)、UPS電源、氣液聯(lián)動(dòng)線路截?cái)嚅y、污水處理系統(tǒng)等信號(hào)，接受并執(zhí)行調(diào)度中心的指令。站控系統(tǒng)操作員工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)該站流程、參數(shù)、狀況等實(shí)時(shí)顯示、記錄、報(bào)表打印，歷史趨勢(shì)和記錄、報(bào)警等功能，具備良好的人機(jī)界面。

3 全氣田SCADA系統(tǒng)組成

SCADA系統(tǒng)采用兩級(jí)管理結(jié)構(gòu)：第一級(jí)設(shè)在凈化廠中心控制室，對(duì)整個(gè)氣田天然氣集輸系統(tǒng)（包括閥室、集氣站、集氣總站、污水站等）進(jìn)行管理、監(jiān)視、控制和調(diào)度;第二級(jí)在各站場(chǎng)設(shè)置站控系統(tǒng)，對(duì)該站站內(nèi)數(shù)據(jù)采集和工藝過(guò)程控制操作;對(duì)所管轄的單井進(jìn)行區(qū)域監(jiān)視和控制;在沿線各閥室設(shè)置閥室控制系統(tǒng)，完成對(duì)閥室以及隧道內(nèi)數(shù)據(jù)的采集以及控制。站控系統(tǒng)SCS包括過(guò)程控制系統(tǒng)PCS和安全儀表系統(tǒng)SIS。

其中，以集氣總站的水洗脫氯裝置PCS系統(tǒng)為例，每套站控設(shè)備裝置都單獨(dú)設(shè)置PCS控制站，通過(guò)冗余的網(wǎng)絡(luò)接口經(jīng)站場(chǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)接入原有SCADA系統(tǒng)。PCS系統(tǒng)采用通用PLC，控制單元的CPU為1：1冗余或容錯(cuò)，控制回路的I/O卡為1：1冗余，PCS電源和通訊總線均按1：1冗余設(shè)置。站控設(shè)備裝置不單獨(dú)設(shè)置操作站，利用凈化廠中心控制室SCADA系統(tǒng)原有操作站;不單獨(dú)設(shè)置歷史服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，利用中心控制室和站場(chǎng)原有設(shè)施。

4 SCADA系統(tǒng)管理

SCADA系統(tǒng)在普光氣田此類(lèi)高酸氣田的惡劣環(huán)境下運(yùn)行，不可避免出現(xiàn)系統(tǒng)故障;為提高系統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí)效，提高設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，增強(qiáng)自控系統(tǒng)的可靠性，在自控系統(tǒng)的管理上普光氣田進(jìn)行大量“制度革新”，提高系統(tǒng)管理效率。

4.1 打造“班組+專(zhuān)業(yè)”兩級(jí)管理的巡檢新模式

編制“自控巡檢圖冊(cè)”，打造“班組+專(zhuān)業(yè)”的自控巡檢新模式，自控管理分為“兩級(jí)”，一是自控技術(shù)組“每日專(zhuān)業(yè)巡檢”;二是在崗人員“每4h崗位巡檢”;做到早發(fā)現(xiàn)、早匯報(bào)、早處置。使得不懂自控系統(tǒng)的崗位人員，也具備了提早發(fā)現(xiàn)自控系統(tǒng)安全隱患的能力。

4.2 轉(zhuǎn)變工作思路，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施“預(yù)防性”管理

轉(zhuǎn)變自控系統(tǒng)管理思路，由以往“故障處置”轉(zhuǎn)變?yōu)椤邦A(yù)防管理”，依據(jù)歷年自控系統(tǒng)故障率的數(shù)據(jù)分析，采取主動(dòng)預(yù)防的工作方式，確保自控系統(tǒng)安全高效。

4.3 常培訓(xùn)、勤演練，提高控制系統(tǒng)故障維護(hù)能力

常態(tài)化組織崗位員工開(kāi)展“自控系統(tǒng)”、“邏輯關(guān)斷”和“快速?gòu)?fù)產(chǎn)”培訓(xùn)，打造一支“懂自控，會(huì)處置，快復(fù)產(chǎn)”高素質(zhì)技術(shù)隊(duì)伍，降低SCADA系統(tǒng)異常事件造成的安全、生產(chǎn)壓力。

綜上所述，普光氣田天然氣項(xiàng)目作為中國(guó)第一個(gè)整裝海相型氣田的集輸工程，其地面集輸系統(tǒng)的安全、可靠、高效運(yùn)行就成為一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，在地面集輸工程SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行中，站控SCS及PCS過(guò)程控制系統(tǒng)起到了舉足輕重的作用。該項(xiàng)目于2009年10月投入運(yùn)營(yíng)，目前已經(jīng)安全平穩(wěn)運(yùn)行十年時(shí)間，氣田采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)整個(gè)氣田的運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、裝置控制精度的提升都有顯著增強(qiáng);經(jīng)過(guò)十年來(lái)對(duì)SCADA系統(tǒng)的管理和應(yīng)用，技術(shù)及操作人員的操作平穩(wěn)率都得到了提高，并減少了操作人員的數(shù)量，大大減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)過(guò)程的安全性，圓滿(mǎn)的達(dá)到酸性氣田的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50251-2 2003.輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2003.

[2] Bristol Babock公司Open BSI Software Manuals[G].Bristol Babcock公司，2005.

作者簡(jiǎn)介：

劉勤洋（1984- ），男，漢族，四川綿陽(yáng)人，工程師，主要從事天然氣市場(chǎng)開(kāi)發(fā)工作。