古道金 熊建森(西南石油大學(xué)，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(xué)，四川 成都 610036)

隨著石油天然氣資源的不斷開(kāi)發(fā)，石油天然氣運(yùn)輸管道技術(shù)也在不斷改進(jìn)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(duì)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(yùn)輸效率，對(duì)石油天然氣公司的經(jīng)濟(jì)效益也有一定的促進(jìn)作用。對(duì)SCADA系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與其功能進(jìn)行研究分析，并且通過(guò)對(duì)SCADA系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比，對(duì)SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道運(yùn)輸中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程監(jiān)控工作的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。有利于促進(jìn)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(kāi)始是應(yīng)用在電力系統(tǒng)上的，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)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(duì)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(duì)各個(gè)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)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(duì)石油天然氣管道的管理質(zhì)量，同時(shí)能夠保證石油天然氣運(yùn)輸管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)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(jì)六十年代出現(xiàn)的，剛出現(xiàn)的SCA?DA系統(tǒng)使用的專(zhuān)用設(shè)備完成工作。這一時(shí)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(pán)以及打印機(jī)等。剛開(kāi)始應(yīng)用SCADA系統(tǒng)的主要目的是為了對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。到七十年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件系統(tǒng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和完善使SCADA系統(tǒng)出現(xiàn)很大改進(jìn)和創(chuàng)新，提高了SCADA系統(tǒng)的工作效率，但是因?yàn)橛?jì)算機(jī)在當(dāng)時(shí)的價(jià)格較貴，因此應(yīng)用SCADA系統(tǒng)時(shí)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，再加上遠(yuǎn)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(jìn)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(kù)技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析處理，并且還有信息傳輸?shù)墓δ?。系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)工作也趨于簡(jiǎn)單化，因此，這一時(shí)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(jì)算機(jī)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(jí)提供了巨大的便利，現(xiàn)階段SCADA系統(tǒng)已經(jīng)向著標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放性方向持續(xù)發(fā)展。并且現(xiàn)在已經(jīng)可以通過(guò)虛擬私人網(wǎng)絡(luò)（VPN）以及網(wǎng)絡(luò)操作員對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行隨時(shí)隨地訪問(wèn)，極大的提高了SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用效率。與此同時(shí)，將地理信息系統(tǒng)（GISCADA）、管理信息系統(tǒng)（MIS）等與SCADA系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)與集合，能夠促進(jìn)SCADA系統(tǒng)進(jìn)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(duì)SCADA系統(tǒng)的主要內(nèi)容進(jìn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊、軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是該系統(tǒng)最主要的組成部分。其中實(shí)時(shí)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(jī)上和SCADA系統(tǒng)的末站上，為了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和研究，調(diào)度中心對(duì)這3個(gè)遠(yuǎn)程控制內(nèi)容可以實(shí)行實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)分析，在收集的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和分析，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容的展現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)運(yùn)用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合和及時(shí)更新。以此為前提，將數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)最大化的運(yùn)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(lái)說(shuō)，在正常的操作情況下工作人員可以通過(guò)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)石油天然氣管道的監(jiān)控和運(yùn)行進(jìn)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(gè)：采集和處理數(shù)據(jù)的功能；顯示數(shù)據(jù)的功能；啟動(dòng)和停止石油天然氣全線輸氣系統(tǒng)以及各個(gè)站點(diǎn)的功能；對(duì)異常事故進(jìn)行報(bào)警的功能與查詢(xún)事件功能；對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行診斷和維護(hù)的功能；對(duì)故障通信通道進(jìn)行自動(dòng)切換的功能；記錄與保存歷史數(shù)據(jù)的功能；對(duì)其他管理系統(tǒng)提供平臺(tái)接口，實(shí)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(kāi)發(fā)商根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)的PLC組態(tài)編程軟件、模擬仿真軟件集以及辦公軟件等運(yùn)行軟件都會(huì)在一定程度上促進(jìn)SCADA系統(tǒng)的發(fā)展和更新。例如SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)實(shí)體運(yùn)行模式可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行直觀展示，能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)信息和變量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和管理，方便工作人員對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比分析，有利于對(duì)對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，減輕工作人員的工作量。另外，這種數(shù)據(jù)模式還可以對(duì)SCADA系統(tǒng)頁(yè)面上的一些微小細(xì)節(jié)進(jìn)行規(guī)整，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)存與相關(guān)磁盤(pán)信息之間的數(shù)據(jù)交換和應(yīng)用[3]。這樣，同一個(gè)數(shù)據(jù)處理模式就能夠進(jìn)行多個(gè)功能操作，簡(jiǎn)化了SCADA系統(tǒng)的操作步驟，提高對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的處理效率，有利于促進(jìn)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(hù)分析

3.1 對(duì)站場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)

（1）對(duì)下位機(jī)PLC系統(tǒng)維護(hù)。在對(duì)下位機(jī)PLC系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，主要的維護(hù)內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：第一，對(duì)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(jìn)行檢查，確保指示燈處于正常工作狀態(tài)；第二，嚴(yán)格檢查PLC機(jī)柜的接地性能以及CPU模板的電池指示燈，當(dāng)指示燈出現(xiàn)紅色警報(bào)時(shí)，說(shuō)明PLC設(shè)備的電池電量過(guò)低，要進(jìn)行及時(shí)更換；第三，為了保證SCADA系統(tǒng)的通訊狀況良好，要對(duì)以太網(wǎng)交換機(jī)和路由器的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，確保網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定可靠；最后，要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)PLC系統(tǒng)中的一些問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，制定完善的應(yīng)急處理機(jī)制，提高PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）對(duì)上位機(jī)MMI系統(tǒng)的維護(hù)。維護(hù)方面主要包括：其一，對(duì)畫(huà)面中的顯示信息進(jìn)行檢查，確保數(shù)據(jù)信息的正確性和完整性；其二，要進(jìn)行必要的測(cè)試，例如對(duì)聲光報(bào)警系統(tǒng)的測(cè)試、對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和頁(yè)面刷新時(shí)間的測(cè)試等；其三，要確保MMI系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)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(duì)上位機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，確保數(shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定性，防治突發(fā)情況丟失數(shù)據(jù)；最后，要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料進(jìn)行及時(shí)備份，提高數(shù)據(jù)信息保存的安全性。

（3）對(duì)實(shí)際I∕O信號(hào)接入的維護(hù)。主要維護(hù)內(nèi)容包括：第一，檢查各種壓力、溫度等實(shí)際模擬量的輸入點(diǎn)、電動(dòng)閥以及調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的狀態(tài)反饋點(diǎn)與命令點(diǎn)；第二，確保實(shí)際信號(hào)的正常運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)格控制狀態(tài)反饋、控制輸出等工作，確保其準(zhǔn)確性；第三，檢查各個(gè)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(duì)聲音報(bào)警裝置進(jìn)行檢測(cè)，確保其正常運(yùn)行，保證SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定和安全。

3.2 對(duì)閥室進(jìn)行維護(hù)

對(duì)閥室進(jìn)行維護(hù)時(shí)，主要是對(duì)下位機(jī)RTU系統(tǒng)、實(shí)際I∕O信號(hào)接入以及第三方通訊設(shè)備的維護(hù)。對(duì)上位機(jī)系統(tǒng)以及實(shí)際I∕O信號(hào)接入進(jìn)行維護(hù)時(shí)與站場(chǎng)維護(hù)方式相同。而對(duì)第三方通訊設(shè)備進(jìn)行維護(hù)時(shí)，主要是對(duì)第三方設(shè)備采集的信息進(jìn)行檢查，同時(shí)對(duì)第三方設(shè)備和SCADA系統(tǒng)至今的通訊狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，確保通訊的穩(wěn)定性。除此之外，還要對(duì)實(shí)際操作運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行解決。

4 結(jié)語(yǔ)

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(jìn)，尤其是石油天然氣運(yùn)輸管道的相關(guān)技術(shù)對(duì)石油天然氣的運(yùn)輸效益和經(jīng)濟(jì)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(duì)石油天然氣運(yùn)輸管道的管理工作進(jìn)行創(chuàng)新，確保運(yùn)輸管道的良好安全運(yùn)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(dòng)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(shí)際情況對(duì)SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行規(guī)劃，根據(jù)不斷積累的經(jīng)驗(yàn)使SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道中的應(yīng)用更好完善。

[1]藍(lán)維波.SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道上的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)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(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2016,36(14).