SCADA系统在油气管道中的发展与应用研究

孟韩(中国石油北京油气调控中心,北京 100007)

SCADA系统在油气管道中的发展与应用研究

孟韩(中国石油北京油气调控中心,北京 100007)

本文针对油气管道在运行中可能出现的问题，结合成熟的计算机通信技术，深入研究SCADA系统在国内外的发展历史，分析SCADA系统的基本功能和结构组成，讨论目前SCADA系统在国内外的应用情况，最终得出SCADA系统得到迅速发展的原因。研究表明：基于计算机通讯技术的SCADA系统功能强大、结构简单、使用方便，能快速反馈油气管道运行中出现的问题，并对管道进行简单的保护，使整个油气输送过程实现自动化，能有效的保障油气管道的安全。未来仍需要对SCADA系统的图像化显示功能进行深入研究，简化工作人员判断管道缺陷的方式。

SCADA系统；油气管道；发展；结构；应用

0 引言

SCADA系统(即监控与数据采集系统)主要是在调控中心通过通讯网络实现对远程设备的监控以及控制等功能，其主要功能包括数据采集、危险报警以及简单保护等方面，主要应用与跨度较大的领域，比如电力、油气以及水利等领域。

SCADA系统在油气管道系统和电力系统应用有一定的相似之处，两者的跨度都比较大，通过人力对其进行监控和处理简单故障比较困难；两者都需要24h运行。因此SCADA系统开始在油气管道系统中得到广泛应用[1]。

通过SCADA系统，工作人员只需要在调控中心简单操作就可以得到管道运行中的各种信息。不需要人为监控管道或周期性的检修管道就可以得到管道的缺陷信息，并对运行设备的各种故障发出报警，方便工作人员的维修。同时，SCADA系统还提供简单的保护功能，对油气输送过程中的紧急停站等问题提供保护，增强了油气输送管道的安全系数。但是目前来说，SCADA系统使用中仍存在一定的问题，对该系统进行研究十分必要。

1 SCADA系统在油气管道中的发展

1.1 国外发展状况

SCADA系统最早在20世纪60年代被提出，最初的SCADA系统不够成熟，主要实现对远程设备的监控功能，而设备的管理仍需要相关工作人员进行操作，因此故障较多。在20世纪70年代，随着微型计算机的发展，SCADA系统也得到了一定的发展，到70年代中期，SCADA系统开始实现远程控制功能。在80年代，随着智能化的发展，SCADA系统的功能得到了更大的完善，开始实现人机交互功能[2]。在20世纪90年代，随着自动化技术和智能化技术的相互结合，SCADA系统开始具备集散控制功能，朝着远程分散控制以及集中监控管理的方向发展，此时的主机系统实现了获取远程设备运行数据的功能，并可以对数据进行简单的分析和处理，以及实现对简单故障进行保护。

1.2 国内发展状况

我国对SCADA系统的研究起步较晚，在20世纪80年代开始引进国外的先进系统，在90年代，我国的一些电力公司和油气企业开始自主研发SCADA系统。目前来说，我国的SCADA系统正处于高速发展的关键阶段，但是该系统在国内管道中的应用水平差距较大，甚至某些管道仍然使用人工调度的方式，人工调度耗费人力资源较多，出现问题无法及时处理，无法适应社会的快速发展[3]。在90年代后期建设的管道大多数都采用了先进的SCADA系统。

在20世纪后期，国内的SCADA系统主要有三种结构形式，分别是集中结构、分布结构以及复合结构。这三种结构形式虽然相对来说比较先进，但是仍然不够智能化。进入21世纪以后，市场上出现了基于云技术的SCADA系统。基于云技术的SCADA系统就是将计算机通讯网络与传统的SCADA系统相结合，可以满足用户对灵活性和安全性的要求，这种SCADA系统主要有四个优点：(1)可升级；(2)成本低；(3)能力强；(4)推广快。

2 SCADA系统的结构功能及特点

2.1 结构功能

SCADA系统由两部分构成，一部分是站场设备，包括各种传感器，实现对设备的监控功能，同时存在各种保护装置，对设备出现的简单问题进行保护，站场内装有路由器和各种信息收发器，以便对设备出现的问题反馈给工作人员和得到工作人员的处理信号[4]。另一部分是调控中心，该部分主要由工作人员进行操作，工作人员得到远程传输回来的报警信号和缺陷信息，制定相关对策，反馈给远程终端或人工对管道进行开挖修补。SCADA系统的主要功能如下表1所示。

表1 SCADA系统的功能

2.1 特点

SCADA系统主要有四个优势较大的特点。正是基于这四个特点，SCADA系统才得到了广泛的应用。

(1)通讯准确迅速。SCADA系统主要通过有线光纤进行通讯，这种通讯方式能有效保障数据传输的速度和准确度。

(2)可靠性高。SCADA系统中采用的设备性能较高，使其能在恶劣条件下运行。并对比较重要的监控设备采用了冗余的设计方式，保障了监控的可靠性。每条控制回路除了自动控制外，还设有手动操作的后备选项，当自动控制无法工作或对重要的回路，可以采用手动控制进行操作。

(3)可操作性。SCADA系统操作方便，工作人员不需要具有很强的计算机知识就可以实现操作。同时在SCADA系统升级之后，新的系统基于原有系统，不会做太大改变，方便工作人员适应新系统。

(4)可维护性。SCADA系统在运行过程中也可能会出现故障，但是维修比较简单，只需要采用排除法即可查找到出现问题的部件。同时该系统采用的是模块化的结构，出现故障后只需要对故障模块进行维修即可，同时各模块中都安装有监控指示灯，可以方便工作人员查找故障。

3 SCADA系统在油气管道中的应用

在油气管道中运用的SCADA系统主要由三部分构成。实时数据安装于各站场中和调度中心，调度中心的实时模块可以实现对远程站场的控制，并实现对各项数据进行处理和规范，从上线数据的展现功能，同时，实时模块还可以实现对数据的整合和更新功能；历史模块也安装与各站场和调度中心中，通过该模块可以实现对历史数据的读取和分析，这里所说的历史读取就是对数据进行总结；软件平台是整个系统的核心，也是实现人机交互功能的关键设备，人机交互功能的实现基于实时模块和历史模块，将各种处理后的数据在软件上得以呈现在屏幕上。

油气管道中运用的SCADA系统中还包含有打印机和投影仪等设备。同时，为了保障系统的安全性和可靠性，系统在备份数据时一般采用双备份的模式，同时，调控中心采用正版的windows系统；在设备监控方面，采用较先进的In Touch 8.0软件，实现监控和报警功能。

在一般情况下，SCADA系统可以对运行状态的油气管道实现六个功能：(1)对管道内和站场内的油气输送情况和设备运行情况的数据进行采集，并通过图像显示的方式，使工作人员得到有效数据。(2)控制整条管道和站场的启动和停止；(3)对管道中的各种故障进行报警；(4)对出现的故障进行维护；(5)传输管道数据；(6)实现人机交互。

4 结语

SCADA系统的完善和进步，有利于我国油气产业的发展。油气企业应加快对该系统的研究工作，同时加强在小型管道中的应用。在大型管道中，SCADA系统应逐步完善，使各项功能都得到有效的提升。同时，研究人员应加强对图像化显示的研究，使人机交互功能更加便捷。

[1]郭晓瑛,路艳斌,郑娟.国内外长输管道 SCADA系统标准现状[J].油气储运,2011,30(02)∶36-38.

[2]王文平.SCADA系统在长输油气管道系统中的应用[J].电子元器件,2012,14(11)∶51-55.

[3]燕林斌.SCADA系统在天然气输气系统中的应用[J].中国高新技术企业,2013,19(36)∶37-39.

[4]祁国成,沈国辉,陈鹏,等.油气管道SCADA系统跨平台人机界面的设计与实现[J].天然气工业,2013,27(11)∶92-97.

孟韩(1990-)，男，北京人，助理工程师，2012年毕业于中国石油大学(华东)电气工程及其自动化专业。