横河SCADA在天然气管道输送中的应用.docx

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1、横河SCADA在天然气管道输送中的应用zhangting导语：横河SCADA系统主要包括三大局部：除了传统意义的数据库、人机界面HMI和远程终端单元RTU，还包括平安联锁系统ESD。1、概述1.1横河SCADA系统简介横河SCADA系统主要包括三大局部：除了传统意义的数据库、人机界面HMI和远程终端单元RTU，还包括平安联锁系统ESD。其中数据库和人机界面软件是横河的FAST/TOOLS，该软件包安装于效劳器和一般PC工作站，用于数据的收集存储，流程画面的显示等。远程终端单元是横河的STARDOM控制系统，该系统是由传统PLC控制器的根底上开展而来，用于提供应各种现场仪表接口，收集各种仪表的数

2、据，实现一般逻辑控制，并将数据上传给人机界面或者从人机界面接收操纵命令并将命令实现到现场控制阀等仪表。平安联锁系统是横河的PROSAFE-RS控制系统，该系统符合平安等极SIL3，用于工艺中的平安联锁逻辑和一些紧急关断的执行。当然介于这三个局部之间是必不可少的通讯网络局部，其中FAST/TOOLS和STARDOM之间一般采用光纤以太网通讯，也可以采用卫星、无线等通讯方式。而FAST/TOOLS和PROSAFE-RS之间可以用同轴电缆、串口电缆通讯或者横河专用的Vnet/IP电缆。横河SCADA系统常用于石油、天然气开采，石油、天然气管道输送等上游行业，同时也可以用于水处理，水输送，电厂工业现场

3、。1.2FAST/TOOLS简介从通俗角度讲，FAST/TOOLS是一个HMI软件。FAST/TOOLS意义为Flexible、Advance、System、Techniques、TOOLS，它具有灵敏可靠的特性和先进的技术上风。它可以给用户提供集成的TOOLS工具包解决方案，包括以下功能：list图形化操纵员界面；报警处理与治理；历史数据存储与回装；趋势图显示；面向对象的经过建模；提供与其它应用系统的接口；报表生成；跟踪审计；可编程的顺序控制；用户应用开发；/list1.3STARDOM简介align=center图1.2横河Stardom控制器/align横河Stardom是一个基于网络的

4、控制系统NCS，其定位介于低端的PLC控制器和高端的DCS系统之间。其控制模块上提供直接的RJ45网络接口，因此非常方便用于以以太网为控制网络的系统中。从硬件角度来讲，它是一个模块化的系统，按不同功能分有底板模块、供电模块、CPU控制模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块以及串口通讯模块等。并提供标准的19英寸安装尺寸。其中供电模块、控制模块和网络接口都采用冗余配置。从软件角度来讲，它以IEC61131标准语言作为逻辑编程语言，其中包括功能块FB、梯形图LD、顺控图SFC、构造体文本ST、指令表IL。同时支持多种通讯接口协议：如TCP/IP、OPC、HART、Fo

5、undationFieldbus、Web效劳器和E-mail效劳器。1.4PROSAFE-RS简介align=center图1.3横河Prosafe-RS控制器/align横河PROSAFE-RS是一个紧急关断系统或者平安仪表系统ESD/SIS，符合IEC61508标准国际平安完好性等级SIL3。本系统采用符合国际标准的标准平安编程方式，通过平安软件和硬件的协同工作，保证平安信号收集和处理的可靠性。PROSAFE-RS可用于石油、天然气开采，石油、天然气输送，炼油厂，烯烃厂等工业现场的平安控制。主要负责事故紧急停车，阀门紧急关断，火灾气体检测报警控制等。并通过PC工作站对消费经过中所发生的与平

6、安有关的事件作记录。2、天然气管道输送的应用2.1、天然气管道输送天然气输气管线一般具有管线长、间隔远，控制点分散，控制工艺相对简单等特点。这些特点再综合性价比等因素宜采用SCADA系统。下面举例横河于2005年底投入现场使用的珠海中山天然气管道SCADA系统来具体介绍横河SCADA系统在天然气管道输送中的运用。2.2、珠海中山天然气管道工程大概情况珠海中山天然气输送管线起始于广东省珠海市横琴岛，终止于广东省中山市南朗镇横门，包括一条干线和两条支线，全长64.5公里。全线共设工艺站场5座，截断阀室5座，其中站场包括横琴首站，南屏分输站、南朗分输站，洪湾电厂末站、横门电厂末站，截断阀室包括洪湾分

7、输阀室、坦洲分输阀室、金鼎分输阀室、翠亨分输阀室、横门分输阀室。该管线已于2006年2月全线投产供气，采用横河SCADA系统作为管线自控系统，目前系统运行良好，为客户的消费节约了劳动本钱，进步了平安可靠性，带来了较大的经济效益。2.3、珠海中山天然气管道SCADA系统构造如下列图所示，为珠海中山天然气管道SCADA工程的系统构造图。整个SCADA系统分调度中心、站控系统、阀室RTU、通讯网路几局部。调度控制中心的主要任务是通过各站的站控系统或者RTU/ESD对该站场和阀室进展数据收集及控制，同时实现管道模拟、输送方案、设备运行优化、计量治理、模拟培训等任务。调度控制中心的操纵人员通过计算机系统

8、的操纵员工作站所提供的管道系统工艺经过的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息，完成对管道全线的运行监控和治理。操纵人员还可通过调度治理计算机完成输送方案、贸易结算等调度治理工作。站控系统和阀室的RTU将完成对本工艺站场或者阀室的监控及连锁保护等任务，并承受和执行调度控制中心下达的命令。通讯网络那么是沿线各站控系统、阀室RTU与调度中心互相间交换数据的纽带。2.4调度中心调度中心设有2台SCADA冗余效劳器、1台工程师站、2台双屏操纵员站、1台报表打印机、1台报警打印机、1台彩色趋势图打印机，另外还有1台培训工作站、2台管道仿真和漏点检测LDS工作站、1套大屏幕投影系统、1台GPS网络时间

9、效劳器、1台硬件防火墙，以及冗余的交换机和路由器各2台。SCADA效劳器安装FastTools效劳器端软件，这里收集整个管线的所有实时工艺数据，形成数据库，并将相关数据作历史存储。SCADA效劳器采用冗余配置，即任何情况下只有1台效劳器处于工作状态，另外1台效劳器处于备用状态，一旦处于工作状态的效劳器发生故障，控制功能将立即自动切换到备用效劳器中，而且任何时候两台效劳器上的数据将自动同步一致。操纵员站安装FastTools客户端软件，这里聚集了整个管线的所有动态工艺流程图，作为SCADA效劳器的客户端，它的所有数据取至SCADA效劳器，它只提供图行操纵界面，相当于图行工作站。现场消费操纵人员的

10、所有与消费有关的操纵、调度都将通过这2台操纵员站完成。工程师站安装FastTools客户端软件，同时也安装本SCADA系统中的其它组态软件，如Stardom和Prosafe-RS的编程组态软件。用户工程师可以通过工程师站对SCADA系统的组态、程序等作修改。报表打印机将完成消费日报、月报，调度运行日报、月报，计量日报、月报的容许输出，采用A3激光打印机。报警打印机采用点阵打印机，对消费经过中发生的所有报警信息和事件实时打印输出。彩色趋势图打印机将主要提供趋势图的打印输出功能，同时也知足用户打印相关流程画面的需求。培训工作站将安装横河FastTools、Stardom、Prosafe-RS等软件

11、，那么用于对操纵员怎样使用横河SCADA系统进展日常操纵的培训，也可以用来培训工程师熟悉横河的SCADA软件。管道模拟仿真和漏点检测LDS系统由第三方英国ATMOS公司提供，其主要功能是作为输气管道控制和治理的工具，应完成准确地评价管道的过去、解释管道当前发生的事件、预测管道的将来等任务，为操纵调度人员提供调度和操纵参考，以保证管道平安、平稳、高效、经济运行。同时它能提供漏点检测功能，即假如整个天然气输气管线某一个地方发生泄漏，通过软件能判定出泄漏所在地。该系统采用OPC协议从SCADA效劳器读取数据。大屏幕投影系统那么是完成将操纵员站等图行工作画面放大的功能，以方便操纵员和人员较多时监控。G

12、PS网络时间效劳器是整个SCADA系统的时间同步效劳器，它通过天线定位卫星，获取最准确的时间数据，然后SCADA系统的其它设备，如SCADA效劳器、操纵员站、RTU控制器、流量计量子系统等都可以作为GPS的客户端来完成时间的同步。硬件防火墙测试对整个SCADA网络上的所有设备进展防病毒和防入侵的保护。此外交换机和路由器将连接到第三方公司提供通讯设别上完成通讯功能。2.5、站控系统首站、分输站、末站等5个站场都各设有1套站控系统。站控系统的最主要组成局部是远程终端单元RTU或者称经过控制系统和平安联锁系统ESD。其中还辅以1台操纵员站、打印设备和网络设备等。经过控制系统采用横河Stardom控制

13、器，将收集本站的一般的工艺经过数据。如进站压力、温度，出站压力、温度，过滤器差压，流量撬阀门开关控制，调压撬温度、阀门开关控制，流量调节等，这些信号中模拟量都采用标准的420mA信号，数字量采用干触点或者24VDC有源节点。同时提供RS485接口给站场其它子系统或者智能仪表，如流量计量子系统通过RS485接口采用MODBUS通讯协议将流量数据上传给Stardom控制器，然后再上传至站控操纵员站和调度中心效劳器，流量数据包括瞬时标况体积流量、累积标况体积流量、逐日累积体积流量、每月累积体积流量等。平安联锁系统采用横河Prosafe-RS平安控制器，主要收集一些站场和管线中的重要的压力数据，和进、

14、出站总阀数据，并对进、出站总阀门进展平安联锁逻辑关断控制。如发生紧急情况如管线压力超高，那么系统将自动发出命令关闭进站、出站阀门。同时Prosafe-RS平安控制器还提供应可燃气探测、火灾报警等子系统RS485接口，收集可燃气浓度和火灾报警数据传给站控操纵员站和调度中心。站控操纵员站将只收集和显示本站以及本区域内的阀室的工艺数据和动态流程图。并提供报表、报警打印功能等。站控操纵员站的设置主要是起辅助性作用，即当站场与调度中心的通讯线路发生故障时，操纵人员可以在站场内对本站数据进展监控。下列图为操纵员站流程图例如：2.6、阀室RTU5个截断阀室在消费经过中是无人值守的，每个阀室内都设1套远程终端

15、单元RTU或者称经过控制系统。经过控制系统采用横河Stardom控制器，收集本阀室内的温度、压力、可燃气浓度等数据，并控制本阀室的气液联动阀。Stardom控制器通过交换机、路由器和其它网络设备如光纤等将数据上传至调度中心或者附近的站场操纵员站。2.7、通讯网路由于整个天然气管线的各站场、阀室等都相距较远，有的几公里，有的十几公里甚至二十几公里，所以采用光纤和邮电公网进展通讯。光纤通讯作为主通讯通道，邮电公网作为备用通讯通道。当主通讯通道故障时，应自动切换到备用通讯通道上。该切换应由SCADA系统自动完成并记录备案。IP地址识别和路由转换由设在调度中心、站场和阀室内的交换机和路由器来详细执行和完成。0