SCADA系統(tǒng)培訓(xùn)

1、輸氣管道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控SCADA系統(tǒng) 第1頁，共38頁。1.0 SCADA的基本概念監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Supervisor Control And Data Acquisition ） ，簡稱SCADA ，是基于計算機、通訊和控制技術(shù)發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，是數(shù)字化管道的基礎(chǔ)。SCADA系統(tǒng)的概念形成于60年代；70年代，成型的SCADA系統(tǒng)；80年代，微機+PLC(PC),功能強大；90年代，網(wǎng)絡(luò)拓寬了應(yīng)用范圍，管理自動化，更方便。 第2頁，共38頁?，F(xiàn)代化的輸油管道形成了以計算機為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)承擔(dān)著管道的壓力與流量調(diào)節(jié)、水擊保護、天然氣計量、流程

2、切換和閥門開關(guān)等幾乎所有工作。自動報警與保護：自動調(diào)節(jié)與控制數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理SCADA已經(jīng)成為復(fù)雜的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。概述：主要內(nèi)容：第3頁，共38頁。用可編程控制器實現(xiàn)的管道系統(tǒng)次主站計算機管道控制臺數(shù)據(jù)處理計算機系統(tǒng)主站計算機次主站計算機管道末端管道末端RTURTURTURTURTURTURTURTU管理末站管道控制系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)框圖第4頁，共38頁?，F(xiàn)代油氣長輸管道系統(tǒng)是以4C（Computer,control,Communication,CRT）技術(shù)為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有調(diào)度控制中心網(wǎng)絡(luò)（DCC）站控系統(tǒng)（SCS），通信系統(tǒng)（COMM）三部分組成。管道SCADA系統(tǒng)的配

3、置形式一般有遠(yuǎn)程控制終端RTU（站控機）、控制中心計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件組成。第5頁，共38頁。SCADA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：SACDA系統(tǒng)的主要功能是支持整個油氣管網(wǎng)的操作運行。整個系統(tǒng)具有三層結(jié)構(gòu)，它包括系統(tǒng)主計算機、通信處理機和 RTU。SCADA系統(tǒng)主機對所有站場的工藝參數(shù)在線實時的監(jiān)視。第6頁，共38頁。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):主要功能：在網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶可以共享全部或部分信息資源，實現(xiàn)硬件、軟件和數(shù)據(jù)共享。硬件配置：SCADA主機、操作員工作站、打印機、通信處理機、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備。軟件：操作系統(tǒng)軟件、SCADA系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。第7頁，共38頁。調(diào)度控制中心DCC及計算系統(tǒng)DCC作為S

4、CADA 系統(tǒng)最高級別的一層，主要負(fù)責(zé)采集所有站控RTU的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的生成，對整個系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)進行管理，優(yōu)化，決策及控制。調(diào)度中心負(fù)責(zé)對全線進行集中監(jiān)視、控制和調(diào)度管理。第8頁，共38頁。主站硬件組成主站計算機通常按冗余配置，以備故障時互為備用。一般SCADA系統(tǒng)主站有以下各項：主站計算機；中央處理單元；磁盤存儲器；磁帶數(shù)據(jù)存儲器；計算機自動故障接口；操作員接口系統(tǒng)；打印機、報警、報表等；鍵盤；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)；電源與輔助系統(tǒng)；UPS系統(tǒng)；空調(diào)環(huán)境控制系統(tǒng)；防火系統(tǒng)；第9頁，共38頁。站控系統(tǒng)的組成（1） 站控計算機對站內(nèi)工藝參數(shù)進行集中顯示、記錄、報警；顯示運行狀態(tài)、動態(tài)趨勢、工藝模擬流

5、程圖；對流量進行顯示和打印制表；報警、事件信息顯示及打??；對需要進行安全保護操作的工藝設(shè)備進行安全連鎖控制；遙控電動切斷球閥；控制系統(tǒng)操作方式選擇。；第10頁，共38頁。（2）站控RTU遠(yuǎn)程終端單元（RTU）是一個術(shù)語，用來描述不僅能用作就地控制層，是實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、計量、報警、停車保護、控制、顯示與打印的黑匣子。作為SCADA系統(tǒng)現(xiàn)場終端能按要求實時向主站發(fā)送信息，并接收來自主站的控制指令與信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。各種SCADA系統(tǒng)中其RTU的功能與組成各不相同。SCADA系統(tǒng)站控級設(shè)備主要是PLC和RTU。站控級的典型搭配是以RTU作為上位機，負(fù)責(zé)與中心計算機的數(shù)據(jù)傳輸與處理，PLC作為下

6、位機，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、接受RTU指令、下發(fā)現(xiàn)場設(shè)備控制指令。 第11頁，共38頁。RTU的功能檢測壓力、溫度、差壓等模擬量。模擬量定值控制。如進站、出站壓力遠(yuǎn)程控制。監(jiān)測工藝、設(shè)備報警與狀態(tài)的開關(guān)量。開關(guān)量控制 。閥門、壓縮機等第12頁，共38頁。RTU硬件組成模擬輸入通道數(shù)字與開關(guān)量通道模擬輸出通道開關(guān)量輸出通道數(shù)據(jù)處理軟件與硬件通信接口維護試驗箱供電RTU外殼第13頁，共38頁。中間站RTU配置第14頁，共38頁。PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有豐富的I/O 接口模塊，通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。第15頁，共38頁。PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 實質(zhì)是一種

7、專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖所示： 第16頁，共38頁。通信系統(tǒng)COMM SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括控制中心主計算機網(wǎng)絡(luò)、主計算機對RTU（PLC）網(wǎng)絡(luò)和就地RTU網(wǎng)絡(luò)，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的通信。通信方式：公用電話網(wǎng)、高頻或甚高頻無線電通信、微波通信、電力載波通信、直達線通信、同軸電纜、衛(wèi)星通信及光纖通信。通信冗余技術(shù)，一用一備雙信道。常用的通信方式：第17頁，共38頁。主站軟件一般分為三個部分：計算機操作系統(tǒng)軟件、SCADA系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。SCADA系統(tǒng)軟件：遠(yuǎn)程終端查詢軟件、數(shù)據(jù)采集軟件、傳輸指令軟件、建立及管理實時數(shù)據(jù)庫軟件、CRT顯示、記錄報警、報告生成軟件

8、及運行調(diào)度決策指導(dǎo)軟件。應(yīng)用軟件：動態(tài)模擬軟件、泄漏檢測定位軟件、水擊動態(tài)分析軟件、優(yōu)化運行控制軟件、清管器 跟蹤軟件、批量/組分跟蹤軟件、培訓(xùn)模擬軟件等。第18頁，共38頁。輸油管道的應(yīng)用軟件通常包括 水擊控制軟件在線仿真軟件清管器（球）跟蹤軟件運行工況預(yù)測軟件系統(tǒng)優(yōu)化運行軟件泄漏檢測定位軟件批輸控制軟件模擬培訓(xùn)軟件第19頁，共38頁。輸氣管道的應(yīng)用軟件通常包括 實時模擬軟件在線預(yù)測軟件儀表分析軟件泄漏監(jiān)測及定位軟件輸氣管道自救能力分析軟件離線培訓(xùn)模擬軟件第20頁，共38頁。2、SCADA系統(tǒng)的功能2.1 控制中心主計算機系統(tǒng)的功能2.2、站控系統(tǒng)功能2.3、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)功能第21頁，共38

9、頁。2.1 控制中心主計算機系統(tǒng)的功能（1）監(jiān)視各站的工作狀態(tài)及設(shè)備運行情況，采集數(shù)據(jù)和信息。主要：檢測量：進出站溫度、壓力；首站、末站和計量站流量；輸氣站的有關(guān)數(shù)據(jù)；凝液罐液位、溫度及儲量；增壓站出口閥的開度及閥前后壓差；站母線電壓、電機電流等。報警信號：天然氣進出站壓力過低、出站壓力過高；凝液罐液位超限；停電；電動球閥故障停運；進出口壓差過大；出站調(diào)節(jié)閥故障；壓縮機組軸承溫度過高；安全閥、泄壓閥動作等。狀態(tài)量：壓縮機、出站調(diào)節(jié)閥和主要閥門的運行狀態(tài)。第22頁，共38頁。（2）向RTU發(fā)出操作指令壓縮機程序啟動、停運壓縮機監(jiān)控，壓縮機出口壓力及溫度監(jiān)測與高溫報警閥門開啟、關(guān)閉出站壓力的控制第

10、23頁，共38頁。（2）向RTU發(fā)出操作指令根據(jù)操作人員的要求在CRT上隨時提供管道運行狀態(tài)的圖形顯示及歷史資料的比較和趨勢顯示按規(guī)定時間打印主要運行參數(shù)及運行狀態(tài)報告記錄報警、操作指令等運行有關(guān)的應(yīng)用軟件，對壓力、溫度、清管、批量跟蹤、流量、界面檢測等操作。第24頁，共38頁。2.2、站控系統(tǒng)功能過程變量巡回檢測和數(shù)據(jù)處理向控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)和報警提供運行狀態(tài)、工藝流程、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面、圖像顯示、報警、存儲、記錄、打印執(zhí)行控制中心命令，或獨立實現(xiàn)PID或其他控制實現(xiàn)流程切換進行自我診斷提供操作人員操作記錄和運行報告第25頁，共38頁。2.3、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)利用各種信道把主站計算機和

11、分布在遠(yuǎn)處的RTU或SCS連接為一體，完成油氣管道的運行調(diào)度管理工作。有線方式：電話線、同軸電纜、雙絞線、光纖等無線方式：甚高頻VHF、超高頻UHF、微波、衛(wèi)星等。第26頁，共38頁。3、輸氣管道SCADA系統(tǒng)設(shè)計與實施3.1設(shè)計思想利用計算機、通信和自控技術(shù)，對管道輸送天然氣的狀態(tài)實施檢測制并進行數(shù)據(jù)采集與分析，實現(xiàn)長輸管道的自動化控制3.2 管道SCADA系統(tǒng)的實施 項目實施過程包括項目立項審批、基本設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、系統(tǒng)招標(biāo)、工廠設(shè)計、及系統(tǒng)集成組態(tài)、工廠測試、現(xiàn)場安裝調(diào)試、系統(tǒng)驗收等各個環(huán)節(jié)。第27頁，共38頁。3.1設(shè)計思想安全性：防火防爆、操作程序分級控制、注重網(wǎng)絡(luò)安全先進性：選擇先

12、進的軟硬件可靠性、可用性：極高的可靠性，雙機互備用冗余性：關(guān)鍵設(shè)備很高的容錯能力第28頁，共38頁。3.1設(shè)計思想開放性：開放性設(shè)計是當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計的基本要求，要求各廠家遵守共同的國際標(biāo)準(zhǔn)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的通訊，增加設(shè)備選擇的靈活性。模塊化：增加系統(tǒng)靈活性，便于升級。擴展性：系統(tǒng)的擴展性是對未來要求的反應(yīng)。可操作性、可維護性：便于使用維護。三級控制：遠(yuǎn)程控制、站場控制、現(xiàn)場手動控制。第29頁，共38頁。3.2 管道SCADA系統(tǒng)的實施 1）SCADA系統(tǒng)實施應(yīng)注意的幾個問題：選擇好的系統(tǒng)承包商系統(tǒng)經(jīng)同類工程的證明可靠、成熟提供服務(wù)的承包商應(yīng)具有豐富的工程業(yè)績第30頁，共38頁。3.2 管道

13、SCADA系統(tǒng)的實施（2）對SCADA系統(tǒng)實施建議（3）系統(tǒng)培訓(xùn)操作人員培訓(xùn)維護人員培訓(xùn)管理人員培訓(xùn)第31頁，共38頁。4、長輸管道SCADA系統(tǒng)冗余技術(shù) 長輸管道SCADA系統(tǒng)要求具有較高的可靠性和安全性，故需要采用冗余技術(shù)形成容錯控制系統(tǒng)，以保障安全高效生產(chǎn)。長輸管道SCADA系統(tǒng)冗余技術(shù)以硬件冗余為主，時間冗余和軟件冗余為輔。冗余結(jié)構(gòu)應(yīng)做到可靠性和經(jīng)濟合理性。4.1SCADA系統(tǒng)控制中心冗余結(jié)構(gòu)第32頁，共38頁。4.1 管道SCADA系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)分類僅控制中心主計算機冗余控制中心主計算機冗余，站PLC分級冗余控制中心主計算機冗余，站PLC采用全冗余結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分層多級冗余第33頁，共38頁。4.2 SCADA系統(tǒng)控制中心冗余結(jié)構(gòu)服務(wù)器冗余局域網(wǎng)冗余系統(tǒng)冗余第34頁，共38頁。5、油氣管道SCADA系統(tǒng)發(fā)展動態(tài)5.1 RTU技術(shù)的發(fā)展 RTU采集本地數(shù)據(jù)并進行遠(yuǎn)傳，增加了數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)整定、復(fù)雜數(shù)據(jù)計算