文/陳志勇

0 引言

成品油管道作為當前成品油資源大范圍調(diào)配的主要方式，因其大量、高效、節(jié)能的特性，在國家能源配置中發(fā)揮重要作用，因此管道運行的安全平穩(wěn)意義重大。管道企業(yè)自動控制系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）作為成品油管道的神經(jīng)控制中樞，其安全性、穩(wěn)定性和可靠性，決定了成品油管道控制及運行的安全。隨著部分油氣輸送管道進入運營中晚期，配套SCADA 系統(tǒng)在軟件和硬件方面都無法匹配運行需要，部分管道企業(yè)嘗試國產(chǎn)化改造，取得較好的應用效果，但現(xiàn)有文獻較多關注系統(tǒng)設計和基礎架構，關于改造實施過程的內(nèi)容很少。本文通過闡述某成品油管道首站自動控制系統(tǒng)改造實施過程，總結改造過程中的經(jīng)驗，為今后開展類似改造提供參考借鑒。

1 某成品油管道首站自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

項目改造的成品油管道首站SCADA 系統(tǒng)原采用美國Honeywell PKS 系統(tǒng)，型號為C200和C300（后增）的站控系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)于2004年投用，使用期已超過17年，可靠性和穩(wěn)定性降低；加之該系統(tǒng)在已經(jīng)停止安全支持更新的微軟Windows2000平臺上運行，安全性和兼容性矛盾凸顯。同時，Honeywell PKS 系統(tǒng)原廠硬件已停止生產(chǎn)，沒有足夠的備件開展維護和維修，也無法滿足進一步擴大生產(chǎn)的需要，且受中美貿(mào)易摩擦影響無法順利進口，給將來的運行生產(chǎn)帶來隱患。綜上，必須對首站SCADA 系統(tǒng)進行改造，以滿足現(xiàn)有和擴大生產(chǎn)的需要。但實施改造面臨以下難點：

（1）數(shù)據(jù)點多。該首站經(jīng)過多次擴容改造，SCADA 系統(tǒng)數(shù)據(jù)點達到3000多點，逐個梳理工作量大；由于投用時間較長，信號線的線標出現(xiàn)老化褪色甚至存在錯誤，重新拆裝時容易發(fā)生接線錯誤。

（2）接線混亂。由于前期對于自控機房布線沒有進行科學規(guī)劃，導致機柜內(nèi)接線混亂；改造施工時增加的信號線隨意擺放，層層擠壓，清理難度極大。

（3）拆分難度大。該首站屬于兩條長輸管道的聯(lián)絡站，本次改造的是其中一條管道的首站部分，在改造同時另一條管道仍在生產(chǎn)；同時由于機構改革，該首站原有的站場與油庫分屬不同公司，需要在本次改造中進行拆分，增加了工作的難度。

（4）改造工況時間短。由于該條長輸管道輸量非常飽滿，因此，停輸改造工況時間短，進一步增加了改造的難度。

2 改造過程

改造項目實施主要流程如圖1所示。

圖1 SCADA系統(tǒng)改造實施流程

2.1 前期調(diào)研設計

前期工作重點梳理包括報警聯(lián)鎖表、聯(lián)鎖邏輯及人機界面（HMI）位號關聯(lián)、操作習慣等內(nèi)容。同時，對于復雜控制，采用將廠家解讀后整理的控制方案與由管道運營方自控、工藝人員編寫相關的操作說明相結合的方式，來保證復雜控制方案的正確性。

自控人員對現(xiàn)有系統(tǒng)中的工藝流程圖采用截屏、拍照等方式獲取流程圖樣張，同時由工藝人員簽字確認是否需要進行修改。

硬件在生產(chǎn)之前，運營方和設計院需認真審核廠家提交的設計圖紙及設備清冊。

2.2 詳細設計工作

考慮到項目改造的特殊性，一般前期90%的設計工作需要安排在廠家完成。為了保證項目上電后一次成功，在聯(lián)合組態(tài)階段，運營方自控、工藝相關人員必須深度參與，完成對現(xiàn)有系統(tǒng)控制程序解讀、新系統(tǒng)控制程序編寫和仿真、HMI 繪制等工作。

（1）詳細設計過程。

詳細設計過程包括：依據(jù)相關規(guī)則編制項目文控編碼；依據(jù)相關規(guī)則編制項目設備編碼；依據(jù)現(xiàn)有方案完成項目總體設計及實施方案；按照現(xiàn)有站控進行輸入輸出測點（IO）分配；編制現(xiàn)有組態(tài)和設備編碼規(guī)則，完成機柜設計；完成原有機柜數(shù)字輸出控制（DO）部分轉接端子設計并提交審查（需再次確認原有機柜空間）；完成機柜間端子接線表；完成機柜間電纜預制設計。

（2）站控SCADA 與可編程邏輯控制器聯(lián)合組態(tài)。

擬定的聯(lián)合組態(tài)工作內(nèi)容包括：討論、制定功能設計規(guī)格-人機界面（FDS-HMI）；根據(jù)FDS-HMI，完成HMI 圖例；根據(jù)終版流程圖樣張，完成靜態(tài)流程圖畫面；根據(jù)IO 分配表生成IO 位號表，核對位號名、量程、單位、報警值等信息；根據(jù)終版控制方案，在組態(tài)軟件中完成程序；對已完成的靜態(tài)流程圖添加動態(tài)鏈接；對聯(lián)鎖、順控等復雜控制，在流程圖上進行仿真，并形成仿真測試記錄；完成第三方系統(tǒng)通信組態(tài)；將通信測點加到流程圖；逐一審核每張流程圖，并對問題項進行匯總，供后續(xù)銷項，閉環(huán)管理；根據(jù)報表樣張及要求，制作報表；完成歷史趨勢組態(tài)；設置監(jiān)控賬戶權限。

聯(lián)合組態(tài)需要重點關注的內(nèi)容包括：認真仔細解讀原有組態(tài)；分析原有組態(tài)，畫出聯(lián)鎖邏輯圖、功能塊圖（關鍵控制點）；分析各控制功能塊，并進行轉化，編寫通用控制系統(tǒng)（GCS）平臺下控制功能塊；分析組態(tài)編制設備列表；按照聯(lián)鎖邏輯圖編寫新系統(tǒng)平臺聯(lián)鎖控制程序；根據(jù)原有SCADA 系統(tǒng)導出導入數(shù)據(jù)庫清單，并設置位號屬性；根據(jù)原有SCADA 系統(tǒng)編制新系統(tǒng)用戶模板（1∶1制作），保證操作習慣；根據(jù)原有SCADA系統(tǒng)編制新系統(tǒng)用戶畫面（1∶1制作），保證操作習慣；多人交叉核對控制程序（關鍵控制點）。

（3）調(diào)控中心SCADA 組態(tài)及測試。

改造后的首站站控新系統(tǒng)要通過用于過程控制的對象鏈接和嵌入（OPC）接入原有SCADA 平臺，前期設計編制《調(diào)控中心SCADA-站控點位對應關系表》，并按此對調(diào)控中心進行組態(tài)，現(xiàn)場實施前在調(diào)控中心進行模擬測試，測試完畢后方可實施。

2.3 出廠驗收測試

出廠驗收測試（FAT）的好壞決定了現(xiàn)場調(diào)試時間的長短和質(zhì)量，需要認真對待、高度重視。在系統(tǒng)出廠前，運營方自控、工藝人員與廠家共同完成系統(tǒng)的出廠測試，共同制定項目出廠測試大綱，明確測試的方法、內(nèi)容。

出廠測試重點對以下內(nèi)容進行測試：系統(tǒng)配置檢查、硬件安裝質(zhì)量、控制系統(tǒng)上電；模擬工程應用環(huán)境，進行軟硬件功能測試、性能測試；與第三方設備的集成測試等，力爭將所有設計問題在系統(tǒng)出廠前解決，以減少現(xiàn)場工作量，保證現(xiàn)場調(diào)試進度。

出廠FAT 測試應重點關注：是否符合設計要求；機柜供電測試是否符合設計要求；新系統(tǒng)控制器冗余測試是否符合設計要求；機柜IO 通道測試是否存在異常；檢查預制電纜是否與設計相符并核對、檢查電纜標識是否正確；檢驗控制程序運行是否正確，調(diào)試控制邏輯是否達到預期要求；檢驗SCADA 組態(tài)是否正確，調(diào)試SCADA 組態(tài)與可編程邏輯控制器（PLC）連接；組態(tài)聯(lián)調(diào)模擬現(xiàn)場實際運行，檢驗數(shù)據(jù)監(jiān)控及聯(lián)鎖控制是否符合要求；調(diào)控中心SCADA 組態(tài)模擬測試是否正常。

2.4 現(xiàn)場實施過程

運營企業(yè)對于施工作業(yè)項目應建立從方案審批到現(xiàn)場監(jiān)管一系列管理制度，以規(guī)范施工過程管理、分析作業(yè)存在風險并加以管控，確保作業(yè)安全。由于項目首站功能復雜，改造施工時邊生產(chǎn)邊作業(yè)，存在的風險因素更多，因此施工方案的編制和過程管理必須按要求落實到位。

（1）審批手續(xù)辦理。

首先開展變更審批。由于對長輸管道的首站控制系統(tǒng)進行改造，屬于重大變更，因此運營方需提前完成變更管理。運營方成立包括申請單位業(yè)務分管負責人、相關專業(yè)人員及基層站場人員在內(nèi)的變更評估小組，對變更內(nèi)容以及可能帶來的影響進行安全評估，報請公司安全總監(jiān)和業(yè)務主管副總工程師審核，由公司分管領導審批后實施。

然后完成施工方案審批。運營方與作業(yè)施工單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況和施工需要，共同開展作業(yè)安全分析，評估確定存在的危害和風險，提出針對性的控制措施，編制施工及安全技術方案。方案內(nèi)容主要包括：制定依據(jù)和說明、工程概況、組織機構及職責、作業(yè)資源配置、作業(yè)實施步驟、風險分析及安全技術措施、應急措施或應急預案（消防、逃生及應急保障措施、環(huán)境保護措施、人員健康措施）、檢查驗收標準。公司級施工及安全技術方案，由基層單位申請，經(jīng)二級單位專業(yè)、安全管理部門會簽，由二級單位負責人審簽后，報公司業(yè)務主管部門、安全管理部門和有關部門審核，最后由公司分管領導批準實施。

最后完成工況請求。項目改造站場為長輸管道首站，改造期間管道無法正常輸油，施工窗口期既要滿足現(xiàn)場施工的基本要求，確保安全，又要兼顧煉廠、客戶庫容和需求，避免造成煉廠停產(chǎn)、市場脫銷，必須提前規(guī)劃。運營單位一方面與廠家共同優(yōu)化施工工序，壓縮施工工期；另一方面與上下游各方協(xié)調(diào)，提前做好油品儲備調(diào)整，滿足接收上游油品、保障下游供應的準備，以確定施工工期。

（2）施工前準備工作。

施工前準備工作包括人員、材料機具及標記檢查、現(xiàn)場組態(tài)等（見表1）。

表1 施工前準備工作內(nèi)容

（3）施工過程管理。

正式施工開展前，要對施工條件再次確認。運營方確認現(xiàn)場設備已停運，采取有效的能量隔離及鎖定措施，確保在改造實施過程中不會因為設備誤動作導致異常事件發(fā)生。運營方與廠家共同開展施工前現(xiàn)場安全確認，組織對照作業(yè)安全分析（JSA）結果，對存在風險及措施落實情況進行核實，辦理相關票證。運營方現(xiàn)場指揮簽字確認后，方可開展施工作業(yè)。

施工作業(yè)分為兩個階段。第一階段為硬件拆裝，包括拆除原有接線并進行整理、拆除原有機柜、安裝新機柜并接線，具體內(nèi)容見表2。新機柜安裝完畢后，開始進行第二階段系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為兩個部分，包括站控的單體和聯(lián)合調(diào)試以及調(diào)控中心的聯(lián)合調(diào)試。

表2 硬件拆裝工作內(nèi)容

系統(tǒng)調(diào)試的工作內(nèi)容主要包括：通信協(xié)議調(diào)試，含流量計算機、密度計、電氣SCADA、遠程終端單元（RTU）以及采用其他協(xié)議的輔助儀表（如含水分析儀等）；設備單體調(diào)試，對現(xiàn)場所有的遠控設備進行控制測試，如閥門開關動作、狀態(tài)反饋；調(diào)節(jié)型閥門的調(diào)節(jié)測試；輸油泵單體的啟動、停止控制；儀表信號測試等；聯(lián)合調(diào)試，含控制邏輯和調(diào)節(jié)控制（PID）、聯(lián)鎖保護、緊急停車裝置（ESD）、油品上載、閥室數(shù)據(jù)上傳及調(diào)試等。

系統(tǒng)調(diào)試完畢，站場SCADA 系統(tǒng)改造基本完成，具備投用條件。為確保管道啟輸一次順利，避免發(fā)生

意外事件，要認真落實啟輸前檢查、啟輸過程監(jiān)護以及后續(xù)的保運工作。啟輸前檢查工作包括：聯(lián)鎖狀況復查，按照設計給出的聯(lián)鎖表，對系統(tǒng)聯(lián)鎖狀態(tài)進行復查；網(wǎng)絡狀況復查，對SCADA 系統(tǒng)的通信狀態(tài)進行復查，保證通信正常；PLC 狀況復查，對PLC 設備進行檢查，確認是否運行正常。

系統(tǒng)運行正常，管道開始啟輸，此時需要注意觀察系統(tǒng)狀態(tài)，廠家應全程跟蹤啟輸過程，查看系統(tǒng)運行狀態(tài)；運營方調(diào)度操作及監(jiān)護人員，加強對系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)異常；對啟輸過程中存在的問題，影響安全運行的必須立即處理，不影響生產(chǎn)的，可做好記錄后續(xù)分析處理。

3 主要經(jīng)驗

通過采取上述有效的過程管理措施，提高了項目的完成效率和可靠性，項目現(xiàn)場實施時間由計劃的84小時縮短為63小時，效率提升25%，系統(tǒng)調(diào)試正常，管道啟輸一次成功。主要經(jīng)驗包括如下。

（1）前期準備必須充分。項目實施前，運營方與廠家進行充分的溝通，了解現(xiàn)有系統(tǒng)狀態(tài)和操作方法，深刻理解和解讀設計原理，按照設計要求、滿足客戶需求進行系統(tǒng)架構設計。運營方專業(yè)人員深度介入設計和FAT 關鍵環(huán)節(jié)，提前發(fā)現(xiàn)存在的問題并解決，避免問題在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)。

（2）注意施工全過程風險管理。項目從啟動到現(xiàn)場實施，運營方按照內(nèi)部管理規(guī)定開展了變更、方案審批、現(xiàn)場管理，每個環(huán)節(jié)都有風險評估，參與人員包括運營方和廠家的現(xiàn)場人員、專業(yè)人員、管理人員，各層級人員利用風險評價工具，識別存在風險、制定管控措施，確保了施工的安全順利。

（3）提前制定有針對性的解決方案。針對項目線標褪色、脫落、錯誤情況，提前進行檢查、完善、拍照留存并打印線標，拆線時逐個線纜更換線標，保證接線準確。針對線路層疊問題，通過人工逐條、逐層梳理，避免硬拉拖拽損傷線纜。

（4）運營方與廠家協(xié)作提高效率。項目改造過程中，廠家和運營方的管理層在現(xiàn)場統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，專業(yè)負責人在現(xiàn)場提供技術支持，各小組成員按施工組織機構分工協(xié)作，遇到技術問題現(xiàn)場研究解決，保證了施工進度。

4 研究建議

4.1 SCADA去操作系統(tǒng)化

現(xiàn)有SCADA 系統(tǒng)軟件運行在電腦操作系統(tǒng)上，一旦操作系統(tǒng)停止軟件支持，還是會給安全運行帶來一定的隱患，需要國產(chǎn)化廠商開發(fā)國產(chǎn)的電腦操作系統(tǒng)，避免操作系統(tǒng)對SCADA 系統(tǒng)的影響。

4.2 機房布線規(guī)范化管理

項目中存在的問題主要來源于早期施工和擴容改造過程不規(guī)范，在今后的設計和施工中，必須規(guī)范化布線，既方便日常的維護和故障排查處理，也為將來可能實施的更新改造預留空間和提供便利。