输气管线SCADA系统的应用

辛连仲

摘要：SCADA系统是基于计算机、通讯和控制技术发展起来的，是实现管道数字化的基础。主要作用是：自动采集管道运行的工艺参数，调节与管道安全运行密切相关的变量，在站控室和控制中心监控现场设备的运行，提供所需的各种数据。

关键词：SCADA系统;数据采集与控制;数据通讯

1. 系统的基本配置

SCADA系统的主要组成包括远程终端设备（RTU）、主站计算机（包括软硬件）、操作装置、数据显示装置及有关外围设备。

第一级控制系统是现场检测压力 、差压、温度、气体组份分析仪，分析仪，露点分析仪等仪表。

第二级为就地控制系统，主要为就地控制，亦包括清管站的〔RTU）远程终端设备。可以完成就地阀门的开关，对场站设备的监控等。

第三级由中央控制室的主站计算机构成.主要完成对各站的指挥调度，它是全系统的控制中心。

2. 远程终端的配置

根据各站的用途不同，输气管线的终端配置也不相同，主要功能是：

1）模拟输入主要是压力、差压、温度以4～20mA电流形式提供给RTU，RTU处理后存入到RTU的数据库。

2）离散输入，主要指阀门的开/关状态的输入，当由RTU读入时首先检查报警状态并存入数据库：

3）串行输入，主要对分析仪，气体色谱仪，露点分析仪传来的数据进行分析后存入数据库。

4）控制输出，对SCADA各级控制操作员发出的命令经RTU输出相应的控制动作

3. SCADA系统的数据通讯

输气管道的SCADA系统通讯主要采用光缆，传输的数据（字）必须以“1"和“0”同样的顺序来接收，以防止远程终端传输有误。

由于SCADA系统就其主站和远程终端装置之间信息交换和应答，就信息交换顺序的特点来说属于半双工系统。因此以电话线方式传输就可满足数据交换的要求。

4. 输气站站控部分

4.1 功能与特点

（1）计量功能：

本系统采用流量积算仪作为天然气计量仪表，测量显示精度0.5%，完全能够满足天然气计量需要。

（2）人性化生产操作界面：

根据输气站场的操作界面具有简明、直观和便于操作的特点，值班人员通过查看计算机操作界面便可全面了解现场生产情况。通过操作界面可以對现场重要电动球阀进行控制。

（3）报警功能：

系统中采用声光结合的报警方式，在第一时间通知值班人员报警产生的原因和位置。报警包括：站场可燃气体超标报警;进出站压力超标报警;计量支路差压值超标报警;重要电动球阀开关动作报警;计量仪表连接状态报警。

（4）历史曲线：

系统中提供了各计量支路中的压力、差压、温度、瞬时流量计量参数和进出站压力等参数的趋势曲线，通过曲线可分析某时段计量参数变化趋势、输差，调配气量。

（5）按时自动生成生产报表：

根据生产需要，系统每小时自动生成一份生产报表，报表中包括重要电动球阀状态、各支路计量参数数值及进出站压力值等参数。作为生产重要资料，报表可连续保存一个月，并可根据实际需要延长保存时间。

（6）参数设定功能：

由于天然气组分的不定性，需要定时的根据天然气气体组分检测报告修改流量计算仪中的天然气组分确保计量的准确，因此系统提供了天然气组分设定界面，通过计算机通信接口与流量计算仪进行通信，直接将操作界面设定的参数写入流量计算仪，完成流量计算仪中的天然气组分设定。

4.2 流量计量系统

计量系统是SCADA系统中的一个重要组成部分，它直接关系到公司与客户的利益。为保证计量的准确性，计量应用自动计量系统，防止人为因素造成的误差。

温度变送器主要把温度转换成4～20mA的标准电流信号。

压力变送器，原理是利用谐振元件随压力变化改变其固有频率的特性测量压力。由于这种变送器依靠测量频率来确定压力，而频率信号在传输过程中可忽略线阻、电感、电容影响，因此精度可达0.01级。

差压变送器其原理根据力平衡原理。当测量膜片的两侧分别通以和使测量膜片在差压△P的作用下产生一个测量力F=f△P。测量力通过杠杆作用带动差动变压器的铁芯运动，从而改变差动变压器的磁藕合使得副边绕组输出电压改变，把气室两侧的差压转换成电流信号。

5.远程终端单元（RTU）

.5.1 远程测量

远程测量也就是模拟量输入，传感器是把物理信号变为可电测量信号的设备。一般的都变成4～20mA的信号输出。

5.2 远程调节

远程调节主要是模拟量输出，模拟量输出主要形式是通过远程控制来控制阀门的开度。正方向开关量给电时间越长，阀门开度就越大，反方向，开关量给电时间越长，阀门开度就越小。

5.3 电源系统

对于RTU设备来说，电源系统是相当重要的。其电源系统一般包括一次电源和二次电源。

一次电源是把市电转换成直流24V或者12V电源，

二次电源一般由小功率的DC/DC，转换成CPU的电源和其它电源。

5.4 通信接口

通信接口对于RTU很重要。因为很多的数据采集都可以通过远程模块和IED（智能电子设备）完成。为了提高传输速度，都采用平衡传输方式，差分发送和差分接收。

5.5 系统软件

现在的RTU设备都是由微处理器构成的，软件自然必不可少。系统包括如下软件模块：通讯协议模块，开关量采集模块、模拟量采集和处理模块、模拟量输出模块、脉冲量采集模块、可编程逻辑等。

为了实现复杂的功能，RTU软件可能需要操作系统的支持，其特点是图形界面非常强大，操作系统的应用，这里不再赘述。.

总结

本论文主要说明SCADA系统在油气管道系统中的应用，叙述了主站硬件功能及上位机图形界面、实时/历史趋势曲线、事务事件处理、报警信息查询等内容。对现有的接口软件进行更加友好的界面及定制功能介绍，如动态显示实时据的趋势曲线、定时存储实时数据等功能。对现有调度控制丰富的界面进行阐述，满足不同情况的需要。对现场控制系统描述不够详细，但对控制过程进行了详细的描述。

参考文献：

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