石油天然氣管道SCADA系統(tǒng)技術(shù)

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邏輯輸出命令有遠(yuǎn)控開閥、遠(yuǎn)控關(guān)閥、遠(yuǎn)控停閥等。

當(dāng)從調(diào)度控制中心或站控室發(fā)出閥門的遠(yuǎn)控開/關(guān)閥命令時(shí)，當(dāng)下述條件滿足時(shí)，經(jīng)閥門控制主邏輯處理后向遠(yuǎn)控執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出開/關(guān)閥命令：閥在遠(yuǎn)控狀態(tài)，且沒有故障信號(hào)；關(guān)閥、開閥、停閥命令不同時(shí)置位；閥門位置狀態(tài)允許命令輸出，即沒有收到全開狀態(tài)/全關(guān)狀態(tài)信號(hào)。

（1）遠(yuǎn)控開閥命令。

①當(dāng)上述條件滿足時(shí)，閥門控制主邏輯收到開閥命令后，控制邏輯輸出“開閥”命令，閥門執(zhí)行如下動(dòng)作：驅(qū)動(dòng)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（一般簡稱為電動(dòng)頭）開控制回路接通，電動(dòng)頭電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，閥門離開關(guān)限位執(zhí)行開閥動(dòng)作（此時(shí)輸出“正在開”信號(hào)），直到閥門到達(dá)開位置，開限位開關(guān)閉合（此時(shí)輸出閥門“全開到位”信號(hào)），電動(dòng)頭電動(dòng)機(jī)斷電，閥門停止動(dòng)作，同時(shí)復(fù)位開閥“故障”計(jì)時(shí)器。

②如果開閥過程中在邏輯規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有得到“全開到位”信號(hào)，則邏輯產(chǎn)生故障報(bào)警信號(hào)，指示設(shè)備故障，故障期間閥門控制主邏輯的開/關(guān)閥命令將被禁止輸出。

1概述

1.1SCADA系統(tǒng)簡介

1.2SCADA系統(tǒng)的歷史與發(fā)展

1.3SCADA系統(tǒng)架構(gòu)

1.4SCADA系統(tǒng)安全

1.5SCADA系統(tǒng)在石油天然氣管道上的應(yīng)用

2SCADA系統(tǒng)的組成

2.1硬件

2.2軟件

3SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和通信技術(shù)

3.1概述

3.2下位機(jī)的I/O接口

3.3串行通信

3.4現(xiàn)場總線通信

3.5網(wǎng)絡(luò)通信

4石油天然氣管道SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)原則

4.2設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)

4.3系統(tǒng)構(gòu)成和功能

4.4SCADA系統(tǒng)控制模式

4.5調(diào)度控制中心

4.6站控系統(tǒng)

4.7RTU系統(tǒng)

4.8自動(dòng)化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

4.9通信系統(tǒng)

5石油天然氣管道SCADA系統(tǒng)典型控制邏輯

5.1通用控制邏輯

5.2輸油管道SCADA系統(tǒng)典型控制邏輯

5.3輸氣管道SCADA系統(tǒng)典型控制邏輯

附錄

附錄1管道模擬仿真系統(tǒng)

附錄2輸油管道的水擊保護(hù)實(shí)驗(yàn)

附錄3SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

附錄4PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型

附錄5典型石油天然氣管道站場工藝圖

附錄6典型石油天然氣管道SCADA系統(tǒng)自控邏輯圖

附錄7PLC梯形圖程序示例

參考文獻(xiàn)

SCADA系統(tǒng)說明

SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。

由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同 。

SCADA系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平方面有著不可替代的作用。

SCADA在鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化SCADA系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，不同時(shí)期有不同的產(chǎn)品，同時(shí)我國也從國外引進(jìn)了大量的SCADA產(chǎn)品與設(shè)備，這些都帶動(dòng)了鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)向更高的目標(biāo)發(fā)展。

SCADA系統(tǒng)發(fā)展歷程

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)，全名為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。SCADA系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了三代。

第一代是基于專用計(jì)算機(jī)和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)，如電力自動(dòng)化研究院為華北電網(wǎng)開發(fā)的SD176系統(tǒng)以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的H-80M系統(tǒng)。這一階段是從計(jì)算機(jī)運(yùn)用到SCADA系統(tǒng)時(shí)開始到70年代。

第二代是80年代基于通用計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng)，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計(jì)算機(jī)以及其它通用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。在這一階段，SCADA系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）以及網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)合到一起構(gòu)成了EMS系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）。第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是基于集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護(hù)，升級(jí)以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。

90年代按照開放的原則，基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS/SCADA系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國SCADA/EMS系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn)SCADA/EMS系統(tǒng)中。這一階段也是我國對電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)投資最大的時(shí)期，國家計(jì)劃未來三年內(nèi)投資2700億元改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)可見國家對電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)的重視程度。

第四代SCADA/EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營的需要。 SCADA系統(tǒng)在電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，應(yīng)用上也有迅猛的發(fā)展。由于電氣化鐵道與電力系統(tǒng)有著不同的特點(diǎn)，在SCADA系統(tǒng)的發(fā)展上與電力系統(tǒng)的道路并不完全一樣。在電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上已經(jīng)成熟的產(chǎn)品有由我所自行研制開發(fā)的HY200微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)以及由西南交通大學(xué)開發(fā)的DWY微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)性能可靠、功能強(qiáng)大，在保證電氣化鐵道供電安全，提高供電質(zhì)量上起到了重要的作用，對SCADA系統(tǒng)在鐵道電氣化上的應(yīng)用功不可沒。

SCADA系統(tǒng)發(fā)展瞻望

SCADA系統(tǒng)在不斷完善，不斷發(fā)展，其技術(shù)進(jìn)步一刻也沒有停止過。當(dāng)今，隨著電力系統(tǒng)以及鐵道電氣化系統(tǒng)對SCADA系統(tǒng)需求的提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為SCADA系統(tǒng)提出新的要求，概括地說，有以下幾點(diǎn)：

1、SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的廣泛集成

SCADA系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，為EMS系統(tǒng)提供大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)在模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，MIS系統(tǒng)等系統(tǒng)中都需要用到電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而沒有這個(gè)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，所有其它系統(tǒng)都成為“無源之水”。所以SCADA系統(tǒng)如何與其它非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的連接成為SCADA研究的重要課題；現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)與DTS（調(diào)度員模擬培訓(xùn)系統(tǒng)）、企業(yè)MIS系統(tǒng)的連接。SCADA系統(tǒng)與電能量計(jì)量系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)、水調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)以及辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的集成成為SCADA系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。

2、變電所綜合自動(dòng)化

以RTU、微機(jī)保護(hù)裝置為核心，將變電所的控制、信號(hào)、測量、計(jì)費(fèi)等回路納入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護(hù)屏，能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資，提高二次系統(tǒng)的可靠性。變電所的綜合自動(dòng)化已經(jīng)成為有關(guān)方面的研究課題，我國東方電子等公司已經(jīng)推出相應(yīng)的產(chǎn)品，但在鐵道電氣化上還處于研究階段。

3、專家系統(tǒng)、模糊決策、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)研究與應(yīng)用

一、SCADA系統(tǒng)概述

由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。

在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。

SCADA在鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化SCADA系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，不同時(shí)期有不同的產(chǎn)品，同時(shí)我國也從國外引進(jìn)了大量的SCADA產(chǎn)品與設(shè)備，這些都帶動(dòng)了鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)向更高的目標(biāo)發(fā)展。

二、SCADA系統(tǒng)發(fā)展歷程

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)，全名為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。SCADA系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了三代。

第一代是基于專用計(jì)算機(jī)和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)，如電力自動(dòng)化研究院為華北電網(wǎng)開發(fā)的SD176系統(tǒng)以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的H-80M系統(tǒng)。這一階段是從計(jì)算機(jī)運(yùn)用到SCADA系統(tǒng)時(shí)開始到70年代。

第二代是80年代基于通用計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng)，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計(jì)算機(jī)以及其它通用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。在這一階段，SCADA系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）以及網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)合到一起構(gòu)成了EMS系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）。第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是基于集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護(hù)，升級(jí)以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。

90年代按照開放的原則，基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS/SCADA系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國SCADA/EMS系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn)SCADA/EMS系統(tǒng)中。這一階段也是我國對電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)投資最大的時(shí)期，國家計(jì)劃未來三年內(nèi)投資2700億元改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)可見國家對電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)的重視程度。2100433B