普光气田SCADA系统的应用及管理浅析

刘勤洋 张翼

摘 要：质量管理作为企业管理的一项基础性工作，是实现生产上水平、管理上台阶的根本途径。本文以普光气田采气厂地面集输应用及管理为背景，介绍了中国第一个整装海相型气田项目中SCADA系统的应用及管理。以集气总站为例，详细描述SCADA系统软硬件配置、网络构成;并分别针对集输站场的主要生产装置，包括分离器系统、气体计量系统、水洗脱氯装置系统等的工艺和生产特点，介绍SCADA系统的主要功能、逻辑及控制回路的特性和实现方法。同时就如何提高SCADA系统的管理水平，提高自控系统的运行可靠性，进行探讨。

关键词：质量管理;天然气;管线;SCADA;远程终端单元

普光气田地面集输工程主体共19座站场（16座集气站、1座总站、2座水处理站），30座阀室;大湾区块共7座站场，18座阀室。整个地面集输工程设置一套SCADA系统，SCADA系统共有一个中控室（与净化厂中控室合建），26套站场控系统（主体19套，大湾区块7套），48套阀室控制系统（主体30套，大湾区块18套）。SCADA系统采用霍尼韦尔公司的产品，主要负责数据采集、监控以及紧急情况下联锁关断。其中，集气总站作为集输系统终端站，主要负责对各集气站所采原料天然气的脱水、分离、计量、净化预处理，最终通过原料天然气预处理将氯离子浓度控制在50mg/L以下，以满足净化厂设备管线安全运行要求。以集气总站为例，简要介绍PCS过程控制系统在SCADA系统的应用及管理优化方案。

1 站控系统构成

普光气田地面集输工程采用SCADA系统，沿线19个站场均设站控系统SCS（Station Control System）;30个阀室设远程终端单元RTU（Remote Terminal Unit）。与净化厂中控室合建的采气厂控制中心设置SCADA系统中心控制室，完成对管线全线各个站场和线路阀室的监控、调度、管理等任务。考虑到整个系统的安全可靠性要求，SCADA系统中所有重要部位都为冗余设置，当发生故障时能自动进行故障切换，自动对系统的数据进行备份。同样，将RTU所有AO点、DO点和一些重要的AI点按照冗余配置。站控系统还与现场第三方设备进行数据通讯，所有第三方设备都具有与RTU通信的能力，通信接口为标准的Modbus485，通讯时RTU作为主站，第三设备作为从站，RTU将这些设备的运行参数读入SCADA系统，供生产运营维护参考。RTU与第三方设备连接时，采用Terminal Server，它专为串口转以太网无缝链接设计，能够让串口设备直接与网络设备通讯而不用对软件或硬件做二次开发，为串口设备连接到以太网提供便捷的传输方式，可以进行串口和以太网口的双向数据传输，同时集中管理串口设备。Terminal Server通过串口连接现场所有分散的Modbus485串口设备，并通过TCP/IP连接到工业以太网网络上。PCS过程控制系统编程组态软件采用BB公司的Controlwave Designer，它是面向Control Wave系列产品的编程组态软件。该软件符合IEC6113123标准。此外Controlwave Designer扩展增加了过程控制、报警、历史数据储存等新功能。Controlwave Designer提供五种编程语言（ST，FDB，LD，SFC，IL）。

2 站控系统控制功能

普光气田地面集输工程所有场站按照有人值守操作设计，工艺站场可实现调度中心远控、站控和就地手动控制三级控制模式，采用SCADA系统进行远程数据采集和监控。在站场SCS对站场仪表及控制设备、流量计量系统、燃料气系统、加热炉系统、压力流量调节系统、仪表风系统、污水处理装置、阴极保护系统等进行监控并上传数据，包括通过Modbus数据通信低压配电盘、流量计算机、燃料气发电机、UPS电源、气液联动线路截断阀、污水处理系统等信号，接受并执行调度中心的指令。站控系统操作员工作站实现对该站流程、参数、状况等实时显示、记录、报表打印，历史趋势和记录、报警等功能，具备良好的人机界面。

3 全气田SCADA系统组成

SCADA系统采用两级管理结构：第一级设在净化厂中心控制室，对整个气田天然气集输系统（包括阀室、集气站、集气总站、污水站等）进行管理、监视、控制和调度;第二级在各站场设置站控系统，对该站站内数据采集和工艺过程控制操作;对所管辖的单井进行区域监视和控制;在沿线各阀室设置阀室控制系统，完成对阀室以及隧道内数据的采集以及控制。站控系统SCS包括过程控制系统PCS和安全仪表系统SIS。

其中，以集气总站的水洗脱氯装置PCS系统为例，每套站控设备装置都单独设置PCS控制站，通过冗余的网络接口经站场以太网交换机接入原有SCADA系统。PCS系统采用通用PLC，控制单元的CPU为1：1冗余或容错，控制回路的I/O卡为1：1冗余，PCS电源和通讯总线均按1：1冗余设置。站控设备装置不单独设置操作站，利用净化厂中心控制室SCADA系统原有操作站;不单独设置历史服务器和网络交换机，利用中心控制室和站场原有设施。

4 SCADA系统管理

SCADA系统在普光气田此类高酸气田的恶劣环境下运行，不可避免出现系统故障;为提高系统安全运行时效，提高设备运行质量，增强自控系统的可靠性，在自控系统的管理上普光气田进行大量“制度革新”，提高系统管理效率。

4.1 打造“班组+专业”两级管理的巡检新模式

编制“自控巡检图册”，打造“班组+专业”的自控巡检新模式，自控管理分为“两级”，一是自控技术组“每日专业巡检”;二是在岗人员“每4h岗位巡检”;做到早发现、早汇报、早处置。使得不懂自控系统的岗位人员，也具备了提早发现自控系统安全隐患的能力。

4.2 转变工作思路，对系统实施“预防性”管理

转变自控系统管理思路，由以往“故障处置”转变为“预防管理”，依据历年自控系统故障率的数据分析，采取主动预防的工作方式，确保自控系统安全高效。

4.3 常培训、勤演练，提高控制系统故障维护能力

常态化组织岗位员工开展“自控系统”、“逻辑关断”和“快速复产”培训，打造一支“懂自控，会处置，快复产”高素質技术队伍，降低SCADA系统异常事件造成的安全、生产压力。

综上所述，普光气田天然气项目作为中国第一个整装海相型气田的集输工程，其地面集输系统的安全、可靠、高效运行就成为一个重要的技术指标，在地面集输工程SCADA系统的运行中，站控SCS及PCS过程控制系统起到了举足轻重的作用。该项目于2009年10月投入运营，目前已经安全平稳运行十年时间，气田采用SCADA系统进行控制，对整个气田的运行参数优化、装置控制精度的提升都有显著增强;经过十年来对SCADA系统的管理和应用，技术及操作人员的操作平稳率都得到了提高，并减少了操作人员的数量，大大减轻操作人员的劳动强度，提高了生产过程的安全性，圆满的达到酸性气田的设计要求。

参考文献：

[1] GB50251-2 2003.输气管道工程设计规范[S].中华人民共和国建设部，2003.

[2] Bristol Babock公司Open BSI Software Manuals[G].Bristol Babcock公司，2005.

作者简介：

刘勤洋（1984- ），男，汉族，四川绵阳人，工程师，主要从事天然气市场开发工作。