天然气长输管道基础知识三——自动控制系统

随着电子计算机、仪表自动化技术、通信技术及信息技术的发展，目前已广泛采用“监控与数据采集系统（Supervisory Control And Data Acquisition,简称SCADA系统）”来完成对天然气管道输送的自动监控和自动保护，并已成为管道自动控制系统的基本模式。川气东送管道工程自动控制系统就采用了以计算机为核心的监控及数据采集（下 简称SCADA）系统。

正常情况下调度控制中心负责全线自动化控制和调度管理，在调度控制中心故障或发生战争、自然灾害等情况下后备控制中心接管全线SCADA系统监控。

管道SCADA系统对各站实施远距离的数据采集、监视控制、安全保护和统一调度管理。调度控制中心可向各站控系统发出调度指令，由站控系统完成控制功能；调度控制中心通过通信系统实现资源共享、信息的实时采集和集中处理。川气东送管道采用全线调度中心控制级、站场控制级和就地控制级的三级控制方式。

第一级为中心控制级：对全线进行远程监控，实行统一调度管理。在正常情况下，由调度控制中心对全线进行监视和控制。沿线各站控制无须人工干预，各工艺站场的SCS和RTU在调度控制中心的统一指挥下完成各自的监控工作。

第二级为站场控制级：在首站、各分输站、压气站、末站，通过站控SCS系统对站内工艺变量及设备运行状态进行数据采集、监视控制及联锁保护。在无人值守的清管站设置远程终端装置（RTU），对站内工艺变量及设备运行状态进行数据采集、监视控制。站场控制级控制权限由调度控制中心确定，经调度控制中心授权后，才允许操作人员通过SCS或RTU对各站进行授权范围内的操作。当通信系统发生故障或系统检修时，用站控系统实现对各站的监视与控制。

第三级为就地控制级：就地控制系统对工艺单体或设备进行手/自动就地控制。当进行设备检修或紧急切断时，可采用就地控制方式。

SCADA 系统配置及功能：

1、调度控制中心

配置硬件部分包括各类服务器和工作站等，软件部分包括操作系统软件、SCADA系统软件、数据库管理、 警和事件管理和专用软件包（收发球跟踪、模拟仿真软件及气体管理系统 (GMS)软件等）。

主要功能包括：数据采集和处理；下达调度和操作命令；显示动态工艺流程； 警和事件管理；历史数据的采集、归档和趋势显示； 表生成和打印；标准组态用软件和用户生成的用软件的执行；时钟同步；具有对输气过程实时模拟及对操作人员进行培训的能力；压力和流量调节；输气过程优化；仪表和系统的故障诊断和分析； 络监视及管理；主备通信通道的自动切换；贸易结算管理；全线紧急关断；管线泄漏检测。

2、后备控制中心

配置硬件部分包括各类服务器和工作站等，软件部分包括操作系统软件、SCADA系统软件、数据库管理、 警和事件管理和专用软件包（收发球跟踪、模拟仿真软件及气体管理系统 (GMS)软件等）。

主要功能包括：数据采集和处理；下达调度和操作命令；显示动态工艺流程； 警和事件管理；历史数据的采集、归档和趋势显示； 表生成和打印；标准组态用软件和用户生成的用软件的执行；时钟同步；压力和流量调节；仪表和系统的故障诊断和分析； 络监视及管理；主备通信通道的自动切换；全线紧急关断；管线泄漏检测。

3、输气管理处监视终端

管理处分别设置2个监视终端，只能实现数据监视，不能进行控制。

监视终端主要功能如下：动态工艺流程显示； 警和事件显示；历史数据的趋势显示；仪表的故障诊断和分析显示。

4、站控系统

各站场均设置SCS，设置不同数量的工作站、站控系统PLC、ESD系统PLC。

站控系统完成以下主要功能：数据采集与传输功能、控制功能、显示功能、打印功能、ESD关断功能和数据管理等其它功能。

5、远控终端 RTU

全线设置远控线路截断阀室RTU，RTU可实现如下主要功能：数据采集和处理；逻辑控制；接收调度控制中心发送的指令；向调度控制中心发送带时间标签的实时数据；自诊断功能；故障 警。

6、流量计量和贸易管理

1）贸易计量

贸易交接流量计选用气体超声流量计或气体涡轮流量计，涡轮流量计的口径一般小于DN100。气体超声流量计在5%Qmax~ Qmax之间（Qmax为流量计固有最大流量范围）保证测量准确度优于±0.5%。气体涡轮流量计在20% qmax～qmax的范围内保证测量准确度优于±0.5%；气体涡轮流量计在qmin～20% qmax的范围内保证测量准确度优于±1%。计量系统采用独立的流量计算机作为流量累加单元，并将数据传给SCS系统。

首站设置在线色谱、H2S和水露点分析仪，用于对天然气气质和参数进行检测。

其他计量站场设置在线色谱分析仪，用于对天然气气质和参数进行检测。

调度控制中心配置气体管理系统 (GMS)，对现场天然气流量、温度、压力数据进行计算，并为贸易管理系统提供数据。

2）自用气计量

站场安装站内自用气处理橇，自用气计量采用涡轮流量计。站场自用气包括放空火炬点火用气、天然气发电机用气和生活用气。

7、气体管理系统 (GMS)

气体管理系统 (GMS)为气量／能量贸易管理系统，可自动进行天然气交接、销售及输送的管理，为公司财务提供所需的数据，提供用户查询所需的数据，完成贸易结算所需的功能并将数据存档。

气体管理系统 (GMS)软件结构分为以下几个部分：实时数据和历史数据库管理平台、管道运行计划、管理和财务信息系统、气体计量系统等。

8、模拟仿真系统

为准确地评价管道的过去、解释管道当前发生的事件、预测管道的未来等任务。川气东送管道采用实时模拟仿真软件，为操作、调度人员提供调度和操作参考，并可为操作员的培训提供平台，以保证输气管道安全、平稳、高效、经济运行。

模拟仿真软件根据管道的实际情况组态形成管道的模型。根据需要计算所得出的结果，如管线的泄漏 警、天然气组份跟踪、各管段流量、管储气量、压力分布状态、清管器在管道中的位置等，由模拟仿真软件写入到SCADA的实时数据库中，并在操作员工作站上显示，作为操作员对管道运行调度的参考。

模拟仿真系统组成包括：实时瞬态、水力特征、气体组分跟踪、仪表分析、管充管理、管道效率、清管器跟踪、工艺预测、SCADA培训等。