SCADA系统安全联锁误动作的原因分析及改进方法

胡勇，张权，高炬

（中国石化有限公司管道储运分公司聊城输油处，山东聊城252000）

数据采集与监控系统SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

SCADA系统作为生产运行的重要保障，理应达到安全、可靠的运行状态，系统安全联锁尤为重要。如果系统不能正常联锁或者出现联锁误动作，轻则造成关联运行设备损坏、生产停运，重则将造成输油管线全线的联锁反应，从而带来安全事故和较大的经济损失。

1 临濮输油管线概况

临濮线全长241km，共有8个输油站。2003年对全线进行自动化改造，SCADA系统正式投用。因赵寨子、莘县为常开泵站，采用常温输送方式，其重点设备为输油泵。为保障输油泵安全运行，对泵和电机相关参数都加装了安全联锁保护功能，即实现在异常情况下（如温度超高或压力超低等）实施停机保护的自动响应，避免设备损坏。例如：输油泵及其配套电机在运行过程中需要保证压力、温度参数在规定的范围内；如果运行参数超过联锁停机值，SCADA系统则执行联锁停机，达到保护设备的目的。

表1 输油泵各部分参数及联锁报警和停机示值

续 表 1

2 联锁误动作原因分析及整改措施

2.1 原因分析

SCADA系统的运行由现场仪表、电缆及端口连接、控制系统三个环节组成。现场输入信号有Pt100热电阻信号，其他4～20mA模拟量信号；电缆及接口连接包括仪表系统电缆连接、电缆连接的各种接口等；控制系统包括现场信号进入IO模块进行信号转换，转换后的信号由控制器进行处理、分析、响应等。

2009年11月，对临濮线SCADA系统及管道检漏系统实施了升级改造。在对莘县站SCADA系统进行现场功能测试时，发现温度、压力检测值出现异常情况，温度检测值为200℃，压力检测值为0，系统产生了报警，并发出了停机指令。但通过现场检查发现，设备并未出现温度超高或压力过低的现象。因此，判定这是SCADA系统产生的一种联锁误动作。

针对该问题，笔者与相关技术人员从系统处理方法、系统回路和运行环境三个方面，结合SCADA系统的组成原理及现场实际情况，通过列表的方式找出主要原因，如图1所示。

图1 SCADA系统联锁误动作的原因

针对可能造成SCADA系统安全联锁保护误动作的9个末端因素，笔者通过检查、测试、分析并逐一确认。

2.1.1 检测方法不合理

如果系统回路断路，则温度检测值为最大、压力检测值为零。在测试过程中出现的温度检测值为200℃，压力检测值为0，这些数值均不是现场真实值。而SCADA系统会认为这时传输到系统的数值超过了联锁保护值，导致了系统执行联锁动作，说明SCADA系统的检测方法有缺陷。结论：是。

2.1.2 控制逻辑不合理

SCADA系统能对现场的信号作出正确的响应并通过了功能测试。结论：否。

2.1.3 热电阻损坏

误动作发生时，现场热电阻工作正常，无故障。结论：否。

2.1.4 压力变送器故障

联锁误动作发生时，现场压力变送器工作正常，无故障。结论：否。

2.1.5 连接端子松动

经现场查看，现场设备运行时产生的振动，对与设备连接的端子产生了干扰振动，导致部分连接端子产生松动，从而使SCADA系统回路发生断路故障。结论：是。

2.1.6 IO模块损坏

经现场检查，发现模块均正常工作。结论：否。

2.1.7 电缆断路

电缆通过出厂检验，现场对电缆进行检验、检测，无故障现象。结论：否。

2.1.8 电缆短路

电缆通过出厂检验，现场安装后进行了绝缘测试合格，对电缆进行检验、检测，未发现故障现象。结论：否。

2.1.9 设备温度过高

功能测试时现场温度不高，并且环境温度对设备运行影响可以忽略不计。结论：否。

2.2 改造措施

2.2.1 在SCADA系统中增加数据有效性判断

a）针对系统进行技术分析。站控系统采用CITECT公司的产品，使用Pipeleak3.0监控软件，在原有基础上进行功能扩展，利用IO采集模块的自诊断信息，增加了数据有效性分析与处理功能，达到最终功能目标。

每个IO采集模块在采集现场实际数据的同时，有单独一个字节（可从SCADA系统读取）的模块采集综合状态信息，在方案实施时，需要对综合状态信息进行采集、整理，并分别对应到每个通道（即对应每个现场远传仪表的采集点），最终从每个通道分别得到一个有效性判断信息，将该信息和每个通道的示值进行整合，嵌入联锁保护程序中，达到预期的结果。

b）软件流程分析及流程图制订。该系统原处理逻辑流程：现场变送器—IO采集模块—采集数据报警与联锁；改进后系统处理逻辑：现场变送器—IO采集模块—数据分析处理（含有效性分析）—数据有效—采集数据有效，进行正常报警与联锁，如果数据无效，则只进行报警，不进行联锁。同时对相关软件中的部分保护数据进行必要的调整与修改。

c）功能测试。笔者对修改后的SCADA系统进行功能测试，内容包括：正常有效信号联锁动作、在异常情况下（如回路断路等）的联锁动作。测试结果：SCADA系统安全联锁无误动作。

2.2.2 对站场仪表连接端子使用弹簧垫片进行紧固

在站场功能测试的同时，完成对现场仪表连接端子的检查与紧固，并且增加弹簧垫片，提高连接端子的抗振动能力，连接端子紧固率达到100%。

3 结束语

通过对SCADA系统的调整改造，解决了SCADA系统在异常情况下产生安全联锁误动作的问题，避免了停机停运、设备损坏等安全事故的发生，也避免了因一站安全联锁误动作带来全线运行状态改变等一系列联锁反应造成的不必要经济损失，大大提高输油生产的安全性，保障输油生产平稳运行，降低了泵站岗位一线值班人员的劳动强度。SCADA系统到目前为止运行情况良好，未发现安全联锁误动作，运行达到了安全可靠的要求。

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