楊松濤

中國石油管道局工程有限公司燃?xì)夥止?，河?廊坊

1.自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1.自動化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺

微軟的Windows系統(tǒng)已成為目前大多數(shù)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺、語言和規(guī)范。隨著IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在商業(yè)和企業(yè)管理中的普及，人機界面已經(jīng)成為主流，特別是基于Windows標(biāo)準(zhǔn)平臺的自動化控制系統(tǒng)以其可視化、靈活性和易于集成的特點正在被更多的工業(yè)用戶所采納[1]。

1.2.長輸油氣管道SCADA系統(tǒng)依托平臺選擇

長輸油氣管道路線長，所經(jīng)區(qū)域地形和社會狀況復(fù)雜，為保證輸送的安全、可靠與平穩(wěn)，長輸油氣管道自動化控制均采用以工業(yè)控制計算機為核心的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即SCADA (supervisory control and data acquisition)系統(tǒng)。

對于SCADA系統(tǒng)在UNIX平臺與Windows平臺之間的選擇，筆者從系統(tǒng)穩(wěn)定性、病毒免疫性、多進(jìn)程處理能力、對陣列磁盤 RAID支持、網(wǎng)絡(luò)和輸入/輸出能力、投資費用 6個方面進(jìn)行了比較分析(表1)，最終選擇UNIX平臺作為長輸油氣管道SCADA系統(tǒng)的依托平臺。

Table 1.The comparison between UNIX and Windows Platforms表1.UNIX平臺與Windows平臺的比較

1.3.長輸油氣管道SCADA系統(tǒng)操作原理

1990年東營-黃島復(fù)線原油管道、1991年鐵嶺-大連輸油管道成功使用SCADA系統(tǒng)之后，該系統(tǒng)在油氣管道輸送中得到了大量使用，目前運行的長輸油氣管道均實行全線自動監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度管理。以呼和浩特-包頭-鄂爾多斯(簡稱呼-包-鄂)成品油管道為例，簡要介紹SCADA系統(tǒng)的操作原理。

呼-包-鄂成品油管道項目在北京油氣主調(diào)度控制中心(簡稱主調(diào)控中心)使用 SCADA系統(tǒng)對管道全線進(jìn)行監(jiān)控，在呼和浩特輸油氣分公司設(shè)置顯示終端。在管道首站、中間站及末站設(shè)置站控系統(tǒng)(SCS,station control system)；在監(jiān)控閥室和末站的界面檢測間，設(shè)置遠(yuǎn)程終端裝置(RTU, remote terminal unit)。

主調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)通過SCS、RTU對該管道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及存儲歸檔、控制、故障處理、安全保護(hù)、報警等，同時具有制定批輸計劃、批量跟蹤、順序輸送、泄漏檢測、全線緊急停車(ESD)及水擊保護(hù)、輸油泵運行優(yōu)化、輸油泵和給油泵故障診斷與分析等功能。全線各個站場的 SCS、RTU將對相應(yīng)站場進(jìn)行監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)，并接受和執(zhí)行主調(diào)控中心下達(dá)的命令。銷售油庫及石化煉廠的溫度、壓力、流量、儲油罐液位及罐前閥門等運行參數(shù)分別傳送給與其相連接的管道工藝站場 SCS，并上傳主調(diào)控中心。

SCADA系統(tǒng)主要由主調(diào)控室計算機網(wǎng)絡(luò)管理控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制單元(SCS或RTU)組成，采用調(diào)度控制中心控制、站場控制和就地控制的3級控制方式。

1) 調(diào)度控制中心控制級。主調(diào)控中心對全線進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，統(tǒng)一調(diào)度管理，實現(xiàn)油氣管道批輸計劃、批量跟蹤、順序輸送、泄漏檢測、ESD及水擊保護(hù)、輸油泵運行優(yōu)化、輸油泵和給油泵故障診斷及分析等功能。

2) 站場控制級。在輸油管線各個站場設(shè)置SCS，對站內(nèi)工藝變量及設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)。在監(jiān)控閥室及界面檢測間設(shè)置RTU，對閥室工藝變量及設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)。

3) 就地控制級。就地控制系統(tǒng)對工藝單體或設(shè)備進(jìn)行手動就地控制。

正常情況下，各站場由調(diào)度控制中心對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、管理；當(dāng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)生故障或主計算機系統(tǒng)發(fā)生故障時，二級控制獲取控制權(quán)，對站內(nèi)生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行全面監(jiān)控，并按照預(yù)先設(shè)定的控制程序運行，確保輸油安全及設(shè)備穩(wěn)定運行；當(dāng)進(jìn)行設(shè)備檢修或事故處理時，采用手動就地控制。

SCADA系統(tǒng)工藝站場、監(jiān)控閥室采用光纜作為主用信道，衛(wèi)星VSAT作為工藝站場備用信道，監(jiān)控閥室通過光纖通信連接到上、下游站場交換機上，作為站場局域網(wǎng)一個節(jié)點設(shè)備，通過站場的通信路由上傳主調(diào)控中心和管道調(diào)控室。調(diào)控室設(shè)置全球定位系統(tǒng)(GPS, global position system)，以全球定位系統(tǒng)提供的時間為基準(zhǔn)，調(diào)控室負(fù)責(zé)周期性地向PLC (programmable logic controller)、RTU發(fā)送時間基準(zhǔn)點來保持整個系統(tǒng)的時間同步。

2.自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及建議

2.1.油氣管網(wǎng)的互聯(lián)互通推進(jìn)了智能化油氣管道建設(shè)進(jìn)程

隨著長輸油氣管道 SCADA系統(tǒng)的不斷發(fā)展，仿真和集成應(yīng)用技術(shù)日漸趨于成熟。國家管網(wǎng)公司的成立，勢必會將更多國家的油氣主干管道納入到集中調(diào)控體系。及時、全面、準(zhǔn)確地掌握全管網(wǎng)動態(tài)情況是保障安全、平穩(wěn)輸送能源的重要手段，管道輸送與監(jiān)測提出了更高要求。控制過程的邏輯與計算復(fù)雜性倍增，而且不限于數(shù)學(xué)公式的表達(dá)和數(shù)值計算，還需要將專業(yè)技術(shù)人員的經(jīng)驗、知識加以融合，能源管網(wǎng)的互聯(lián)互通必將推進(jìn)智能化油氣管道建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程[2]。

2.2.自動化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一

目前，國外公開的 SCADA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中，尚未對長輸油氣管道形成系列配套標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于油氣領(lǐng)域SCADA系統(tǒng)的架構(gòu)、設(shè)計等，更多的出現(xiàn)在非公開發(fā)行的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中。國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要是針對現(xiàn)場儀表的設(shè)計、安裝和驗收，與長輸油氣管道SCADA系統(tǒng)建成后提出的安全維護(hù)要求不相適應(yīng)。鑒于此，長輸管道及管網(wǎng)自動化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一。

2.3.打開自主創(chuàng)新新局面

現(xiàn)有的長輸油氣管道 SCADA系統(tǒng)全部由國外引進(jìn)。國內(nèi)企業(yè)自主生產(chǎn)的自控系統(tǒng)主要面對的是一些中小型項目，技術(shù)水平難以滿足國家大型重點建設(shè)項目。期待國內(nèi)企業(yè)打開自主創(chuàng)新新局面[3]。

2.4.專業(yè)的技術(shù)人才培養(yǎng)

長輸油氣管道SCADA系統(tǒng)的高度智能化和集成化，決定了研發(fā)制造人員必須具有較強的專業(yè)技術(shù)，同時對崗位人員也有著專業(yè)性要求。油氣管道運輸企業(yè)應(yīng)注重員工技術(shù)水平的提升，安排運行崗位人員培訓(xùn)，使其熟悉安裝流程及系統(tǒng)工作原理，避免人為降低系統(tǒng)工程的安全與可靠性。未來的自動化控制系統(tǒng)需要更專業(yè)的技術(shù)人才。

3.結(jié)語

長輸油氣管道 SCADA系統(tǒng)能夠有效提高油氣管道運輸企業(yè)的整體自動化水平、設(shè)備的可靠性和系統(tǒng)安全性；該系統(tǒng)有效地降低了輸油氣能耗，節(jié)約了企業(yè)的管理成本。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的油氣管道SCADA系統(tǒng)將提供更加開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的更高層次發(fā)展。