普光氣田SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用及管理淺析

1、    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，介紹了中國第一個整裝海相型氣田項(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;并分別針對集輸站場的主要生產(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。

2、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（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，18座閥室。整個地面集輸工程設(shè)置一套scada系統(tǒng)，scada系統(tǒng)共有一個中控室（與凈化廠中控室合建），26套站場控系統(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，最終通過原料天然氣預(yù)處理將氯離子濃度控制在50mg/

3、l以下，以滿足凈化廠設(shè)備管線安全運(yùn)行要求。以集氣總站為例，簡要介紹pcs過程控制系統(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個站場均設(shè)站控系統(tǒng)scs（station control system）;30個閥室設(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，完成對管線全線各個站場和線路閥室的監(jiān)控、調(diào)度、管理等任務(wù)?？紤]到整個系統(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)生故障時能自動進(jìn)行故障切換，自動對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。同樣，將r

4、tu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)營維護(hù)參考。rtu與第三方設(shè)備連接時，采用terminal server，它專為串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)無縫鏈接設(shè)計(jì)，能夠讓串口設(shè)備直接與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通訊而不用對軟件或硬件做二次開發(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，同時集中管理串口設(shè)備。terminal server通過串口連接現(xiàn)場所有分散的modbu

5、s485串口設(shè)備，并通過tcp/ip連接到工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上。pcs過程控制系統(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)展增加了過程控制、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)儲存等新功能。controlwave designer提供五種編程語言（st，fdb，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站按照有人值守操作設(shè)計(jì)，工藝站場可實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心遠(yuǎn)控、站控和就地手動控制三級控制模式，采用scada系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。在站

6、場scs對站場儀表及控制設(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modbus數(shù)據(jù)通信低壓配電盤、流量計(jì)算機(jī)、燃料氣發(fā)電機(jī)、ups電源、氣液聯(lián)動線路截?cái)嚅y、污水處理系統(tǒng)等信號，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)對該站流程、參數(shù)、狀況等實(shí)時顯示、記錄、報(bào)表打印，歷史趨勢和記錄、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)采用兩級管理結(jié)構(gòu)：第一級設(shè)在凈化廠中心控制室，對整個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;第二級在

7、各站場設(shè)置站控系統(tǒng)，對該站站內(nèi)數(shù)據(jù)采集和工藝過程控制操作;對所管轄的單井進(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，通過冗余的網(wǎng)絡(luò)接口經(jīng)站場以太網(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，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)

8、絡(luò)交換機(jī)，利用中心控制室和站場原有設(shè)施。4 scada系統(tǒng)管理scada系統(tǒng)在普光氣田此類高酸氣田的惡劣環(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+專業(yè)”兩級管理的巡檢新模式編制“自控巡檢圖冊”，打造“班組+專業(yè)”的自控巡檢新模式，自控管理分為“兩級”，一是自控技術(shù)組“每日專業(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，對系統(tǒng)實(shí)施“預(yù)防性”管理

9、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)化組織崗位員工開展“自控系統(tǒng)”、“邏輯關(guān)斷”和“快速復(fù)產(chǎn)”培訓(xùn)，打造一支“懂自控，會處置，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)目作為中國第一個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，目前已經(jīng)安全平穩(wěn)運(yùn)行十年時間，氣田采用scada系統(tǒng)進(jìn)行控制，對整個氣田的運(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)過十年來對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強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)過程的