天然气长输管线SCADA系统

160煤气与热力第22卷第2期文章编号:1000-44162002)2-0160-04天然气长输管线 SCADA系统曾力张广煜中国市政工程华北设计研究院天津300004)摘要介绍了天然气长输管线三级结构 SCADA系统的组成及主要功能并讨论了光纤和卫星两种通信方式关键词:长输管线 SCADA系统汾输站中图分类号IU996.6TP273.5文献标识码B概述同时具有数据共享能力通信协议建议为嵌入式过程控制OPC天然气长输管线从首站开始经数个分输站至末7)系统应具有操作简易性。应通过探测硬件站其间还有多个截断阀室、阴极保护站等。长输管特征和提示信息来安装预调整和配置数据库环境。线 SCADA系统的设计可借鉴城市燃气输配 SCADA(8)系统应可引入一个开放的、易于使用的方系统的设计经验和研究成果-8]根据长输管线总法来扩展具有多媒体数据类型的数据库应为开发体方案将 SCADA系统设计成三级结构。第一级为人员提供一组全面的应用软件接口AP中央调度管理中心一座),设置在首站天然气集输9)系统应具有安全性。允许根据用户属性控公司内。第二级为调度管理监控站(数座)分别设制用户的访问可限制一个中间层可以连接的用户,置在各分输站、末站内。第三级为远程无人值守监以及将中间层作为一个特殊用户进行审计控站数座)分别设置在各截断阀室內。(10) SCADA系统应具有网络功能。2 SCADA系统的设计原则3系统组成、配置及主要功能(1)系统按安全可靠性、先进性、经济性次序考3.1中央调度管理中心一级站)虑系统的设计指标(1)组成及主要配置2)数据采集及控制采用可编程控制器(PLC)中央调度管理中心一级站)是输气系统的中数据管理及监控采用容错小型机或带有容错功能枢是实现输气系统自动化完成远程计量、故障状的服务器工业控制计算机态处理及排除保证下层分输站、首末站安全运行,3)系统配置先进的软件系统以增强人机对达到管理现代化的核心。主要由一台容错小型计算话功能全系统的操作界面汉化)另外还将采用成机、两个操作员工作站、一个工程师工作站、一个经熟的软件管理系统。理终端及一台通信计算机通过以太网组成的计算机(4)通信系统利用光纤通信系统或卫星通信系网络系缩巩图1涌信谏率建议为100Mb/s统并备用市內或长途电话线作为后备通信手段中国煤化工保证可靠性主要硬(5)软硬件系统应至少具有25%的扩展能力。件热CNMHG充。可带电插拨系统6)系统应能与关系型数据库进行无缝联接,可实现自动故障诊断和定位。内部的存贮系统可以收稿日期2001-05-10修回日期2002-03作者傅分数据(190)女广东东莞人高级工程师学士从事燃气工程自控设计工作2002年4月曾力天然气长输管线 SCADA系统161起到记录站的作用保存全部采集的原始数据和艺流程图动态显示工况和实时参数及各种报表及行调度事件并可供随时调用。附加光盘机可以按曲线。以太网具有较强的可扩展功能视需要可另季度或年度转存数据留作档案供事后分析。挂多台操作员工作站。工程师工作站可被授予特权为了提高通信的可靠性采用一台高可靠性专代码行使其特权即开发、编辑、调试和修改程序和用通信计算机完成内部以太网与下级站的通信。参数完成数据处理和系统维护。经理终端主要用操作员工作站是调度中心的人机界面每个联于管理层统计、管理与决策。为了提高系统的显示网操作员工作站具有同样的功能。工作站屏幕较功能调度中心还设置有大屏幕投影仪、图形拷贝机大可以显示各种画面全局分布、局部组成及各种工及彩色平板绘图仪用自动经理终端拨号系统工作站大屏幕(操作员)〔操作员)(工程师)影仪打印机图形拷贝机」平板绘图仪以太网计算机光电转换器收发器交换机7楼光纤图1中央调度管理中心(一级站坦组成调度中心计算机网络系统配备必要的操作系统机构、大屏幕电视监视系统组成以完成站内数据采软件、 SCADA软件及高级应用软件。高级应用软件集、控制、管理及与上下级站通信见图2采用IFⅨX软件包FⅨ软件可将关键信息送给管理工控机采用奔腾4CPU,BM工控)主板,256者和经理使他们能更快更有效地作出决断并为企Mb内存A0Cb硬盘高分辨彩色显示器。该机具业带来更佳的收益。IFIX广泛用于各行各业,包括备操作员工作站及工程师工作站的功能。可编程控天然气生产及输配它是所有需要采集管理可视化制PC油双机热备CPU模墺热备模块之间需数据的企业的必备工具同时可以控制关键性的过用光纤联接进行热备数据交换)智能模拟量输入程和操作。它具备易开发、易兼容、易升级等优势,输岀模墺(带有预设定功能λ数字量输λ/输岀模是目前国内外广泛应用的软件之一。块、显示模块及通信模块组成。它的主要功能为采(2)主要功能集一次仪表输入的信号、控制电动执行机构同时具1)对全线运行实行监控与调度管理监测沿线备通信机的功能通过通信设备完成站内工控机与各主要运行参数及设备运行状态;上下级及同级站的通信。2)对下级站关键变量进行远方设定与控制次仪表主要为温度、压力、流量检测、计量仪3)对阴极保护电源发出通、断指令表、气质分析、露点检测仪及可燃气体泄漏检测仪4)打印报表绘制曲线及图形等。执行机构主要为电动阀门、液动阀门等。5)数据通信网络的监控与管理;电视监视系统为四通道多功能摄像系统配有6)系统软件管理应用软件开发系统组态等;大屏中国煤化工乍重地7)自诊断。CNMHG件、CADA软件及高3.2调度管理监控站二级站)级应用软件。高级应用软件采用FX软件包,它与(1)组成及主要配置IFⅨ软件系统相似便于开发与升级。调度管理监控站二级站)一台大屏幕大容量(2)主要功能工业控制柄程控制器(PC)一次仪表及执行1)对所辖管道及站内设备监控与调度管理监162煤气与热力第22卷第2期测运行参数及设备运行状态1)执行上级站指令2)日常生产运行管理2)对站内的系统运行参数巡回检测处理、向控3)编制管道系统维护计划制中心发送主要运行参数及状态;4)执行上级站控制指令3)自诊断。5)对电气、消防、阴极保护等辅助系统运行状态进行监视与控制4主要测控内容6)数据通信网络的监控与管理7)站内系统参数在允许范围内的修改与设定(1)分输站8)站内紧急停车,切断系统的自动和顺序控主要测控内容为:①进出站天然气温度、压力制检测及越限报警进出站天然气管路电动截断阀9)自诊断。开/关遥控及阀位检测③站内计量支管、分离器支管的电动切换阀开/关遥控及阀位检测;分离器打印机视系统工业控制机(工业机)后压力测量⑤各计量支管天然气流量测量、记录及累积带温度、压力补偿)⑥收发球筒压力测量及清管球通过检测沏站内必要场所设置可燃气体备用自动可编程控制器{光电转换器泄漏检测报警。(2)首末站次仪表及执行机构主要测控内容为:①进出站天然气温度、压力交换机接光纤检測及越限报警灣进出站天然气管路电动截断阀开/关遥控及阀位检测憑站内计量支管、分离器支图2调度管理监控站(二级站蛆成管的电动切换阀开/关遥控及阀位检测酒分离器后压力测量⑤各计量支管天然气流量测量、记录3.3无人值守监控站及累积带温度、压力补偿)⑥进站天然气水露点(1)主要配置检测⑦进站天然气HS含量在线分析:⑧进站天该站主要由可编程控制器PC入一次仪表、执然气全组分在线分析⑨收发球筒压力测量及清管行机构及通信设备组成。PC主要由C門U模块、智球通过检测⑩站内可燃气体泄漏检测及报警能模拟量输λ/输岀模块、数字量输λ输岀模块及(3)阀门室通信模块组成,见图3。其主要任务是采集站内测主要测控內容为:①截断阀开/关遥控及阀位量参数控制阀门开关并通过通信设备完成与上级检测;截断阀压力降、速率检测;室内可燃气站的通信。体泄漏检测及报警。徼得巯可编程控制器PLC光电转换器5通信系统收发器次仪表及执行机构通信业务内容主要为 SCADA系统数据传输业交换机接光纤务生产调度电话、行政电话、会议电话等通信业务巡线中国煤化工通信或卫星通信作为主要CNMHG备用通信手段。次仪表主要包括压力、阀位、可燃气体泄漏检5.1光纤通信系统测仪表。执行机构为电动或液动阀门。主干网采用100Mb/s全双工交换式光纤环网该站配置操作系统软件及 SCADA软件。采用光纤交换机将整个网络分成了多个不同的网(2)至妻勤罷段连接到网络上的各台计算机和PLC均分属于不2002年4月曾力天然气长输管线 SCADA系统163同的冲突域从而保证了数据传输的实时性速率不能满足需求时无须增加设备投资只需增加(1)主干网卫星转发器信道带宽即可④可利用非对称信道结主干网采用单模光纤传输距离长无需中继,构,节省卫星频道;可采用室内外单元⑥节点两个交换机之间的距离可达到40km站天线直径约为3.7m小站天线直径约为2.4mo(2)光纤交换机室内外收发器及其转换设备采用冗余配置收采用冗余光纤交换机可以做成具有线路冗余发机适合各种工业环境内置测试设施便于维护功能的光纤环网。特点为:①可靠性高如果光缆频率灵活设置有断裂网络系统自愈时间<500ms②具有故障报5.3备用通信系统警、故障定位、故障自诊断功能③可带电插拔④备用通信系统采用邮电公网在各级站内同时导轨安装⑤无风扇设计工业级保护等级配备电话自动拔号系统当光纤或卫星通信发生故(3)收发器障时自动切换到邮电公网通信系统中。总公司、各收发器具有一个双绞线端口和一个光纤端口,分输站及首末站在当地申请安装邮电公网电话单确保工业环境中数据传输的安全性。具有如下特机以解决各现场与当地有关部门的联系。点:①自动传输识别全/半双工)使安装简便快巡线及抢险通信采用购置可全线漫游的公网移捷②冗余电源供应确保最终传输路径的可靠性;动通信用户手机来解决。③功能控制实现远程诊断④导轨安装无风扇设计⑥工业级保护等级参考文献:(4)光电转换器光电转换器具有如下特点①协议完全透明;[1]方熊.煤气输配调度业务远动装置合理方案的选择J煤②网络用户之间传输距离可达2.5km③液晶显气与热力,1982(1)25-292〕陆均洪.压力遥测系统J].煤气与热力,1986(6)28-33示诊断信号利于快速投交和缩短维护时间可带【3]金志刚城市煤气输配的监控与调度J煤气与热力,192电插拔⑤抗闪电(2)32-375.2卫星节点通信系统4]常琳严铭卿石影等.燃气管网 SCADA研究J]煤气拟租用卫星通信频道大约0.8MHz带宽。在中与热力,1993(1)28-33央调度管理中心一级站内设置卫星通信节点站,[51王涤波陆新张炳蔚昆明市燃气管网管理信息系统的开分别在调度管理监控站二级站及无人值守监控站发J.煤气与热力,1999(5)32-346]石峰金华.城市燃气管网计算机遥测调度系统J]煤气三级站讷内设置卫星通信小站。拓扑为一个节点站与热力,2000(5):380-382对多个小站的星状网。节点站到小站之间只需经过[7]李英玉袁亮.宝鸡天然气储配 SCADA系统设计方案探讨次上星即所谓一跳”)保证数据实时传输。[J].煤气与热力,198(5)10-12设备选择原则:①通信速率高,可靠性高;[8]李炜卢炳义许涛,CADA系统在城市燃气供应中的②数据往返应答时间短:当今后信息量增加而应瓶J]煤气与热力,2001(4)315-316SCADA System of Long Distance Transmission Pipeline of Natural GasZENG Li, ZHANG Guang-yuNorth China Municipal Engineering Design Resea200074., China中国煤化工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