1、第1页，共38页。1.0 SCADA的基本概念n监测监控及数据采集系统（Supervisor Control And Data Acquisition），简称SCADA，是基于计算机、通讯和控制技术发展起来的一种数据采集与控制系统，是数字化管道的基础。nSCADA系统的概念形成于60年代；70年代，成型的SCADA系统；80年代，微机+PLC(PC),功能强大；90年代，网络拓宽了应用范围，管理自动化，更方便。第2页，共38页。现代化的输油管道形成了以计算机为基础的数据采集与监控系统。SCADA系统承担着管道的压力与流量调节、水击保护、天然气计量、流程切换和阀门开关等几乎所有工作。n自动报警与
2、保护：n自动调节与控制n数据采集、传输、处理SCADA已经成为复杂的远程控制系统。概述：主要内容：第3页，共38页。用可编程控制器实现的管道系统次主站计算机管道控制台数据处理计算机系统主站计算机次主站计算机管道末端管道末端RTURTURTURTURTURTURTURTU管理末站管道控制系统管理信息系统SCADA系统框图第4页，共38页。现代油气长输管道系统是以现代油气长输管道系统是以4C4C（Computer,control,Communication,CRTComputer,control,Communication,CRT）技术为基）技术为基础，网络结构主要有调度控制中心网络（础，网络结构
3、主要有调度控制中心网络（DCCDCC）站）站控系统（控系统（SCSSCS），通信系统（），通信系统（COMMCOMM）三部分组成。）三部分组成。管道管道SCADASCADA系统的配置形式一般有远程控制终端系统的配置形式一般有远程控制终端RTURTU（站控机）、控制中心计算机系统、数据传输及（站控机）、控制中心计算机系统、数据传输及网络系统、应用软件组成。网络系统、应用软件组成。第5页，共38页。SCADASCADA的系统结构：的系统结构：SACDASACDA系统的主要功能是支持整个油气管网的操作系统的主要功能是支持整个油气管网的操作运行。整个系统具有三层结构，它包括系统主计运行。整个系统具有三
4、层结构，它包括系统主计算机、通信处理机和算机、通信处理机和 RTURTU。SCADASCADA系统主机对所系统主机对所有站场的工艺参数在线实时的监视。有站场的工艺参数在线实时的监视。第6页，共38页。网络结构网络结构:主要功能：在网络中的所有用户可以共享全部或部主要功能：在网络中的所有用户可以共享全部或部分信息资源，实现硬件、软件和数据共享。分信息资源，实现硬件、软件和数据共享。硬件配置：硬件配置：SCADASCADA主机、操作员工作站、打印主机、操作员工作站、打印机、通信处理机、网络服务设备。机、通信处理机、网络服务设备。软件：软件：操作系统软件、SCADA系统软件、应用软件。第7页，共38
5、页。调度控制中心DCC及计算系统nDCC作为SCADA 系统最高级别的一层，主要负责采集所有站控RTU的数据及系统数据库的生成，对整个系统的工艺生产进行管理，优化，决策及控制。n调度中心负责对全线进行集中监视、控制和调度管理。第8页，共38页。主站硬件组成n主站计算机通常按冗余配置，以备故障时互为备用。一般SCADA系统主站有以下各项：n主站计算机；中央处理单元；磁盘存储器；n磁带数据存储器；计算机自动故障接口；n操作员接口系统；打印机、报警、报表等；n键盘；数据远传系统；n电源与辅助系统；UPS系统；n空调环境控制系统；防火系统；第9页，共38页。站控系统的组成（1）站控计算机n对站内工艺参
6、数进行集中显示、记录、报警；显示运行状态、动态趋势、工艺模拟流程图；n对流量进行显示和打印制表；报警、事件信息显示及打印；n对需要进行安全保护操作的工艺设备进行安全连锁控制；n遥控电动切断球阀；n控制系统操作方式选择。；第10页，共38页。（2）站控RTUn远程终端单元（RTU）是一个术语，用来描述不仅能用作就地控制层，是实现现场数据采集、计量、报警、停车保护、控制、显示与打印的黑匣子。n作为SCADA系统现场终端能按要求实时向主站发送信息，并接收来自主站的控制指令与信息，实现远距离控制。各种SCADA系统中其RTU的功能与组成各不相同。nSCADA系统站控级设备主要是PLC和RTU。站控级的
7、典型搭配是以RTU作为上位机，负责与中心计算机的数据传输与处理，PLC作为下位机，负责采集现场数据、接受RTU指令、下发现场设备控制指令。第11页，共38页。RTU的功能n检测压力、温度、差压等模拟量。n模拟量定值控制。如进站、出站压力远程控制。n监测工艺、设备报警与状态的开关量。n开关量控制。阀门、压缩机等第12页，共38页。RTU硬件组成n模拟输入通道n数字与开关量通道n模拟输出通道n开关量输出通道n数据处理软件与硬件n通信接口n维护试验箱n供电nRTU外壳第13页，共38页。中间站RTU配置第14页，共38页。nPLC采用模块化结构，具有丰富的I/O 接口模块，通用性强、使用方便、适应面
8、广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。第15页，共38页。PLC 的基本结构的基本结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示：第16页，共38页。通信系统COMMn SCADA系统网络包括控制中心主计算机网络、主计算机对RTU（PLC）网络和就地RTU网络，用于实现系统的通信。n通信方式：公用电话网、高频或甚高频无线电通信、微波通信微波通信、电力载波通信、直达线通信、同轴电缆、卫卫星通信星通信及光纤通信光纤通信。n通信冗余技术，一用一备双信道。常用的通信方式：第17页，共38页。主站软件一般分为三个部分：计算机操作系统软件、SCADA系统软件
9、、应用软件。nSCADA系统软件：远程终端查询软件、数据采集软件、传输指令软件、建立及管理实时数据库软件、CRT显示、记录报警、报告生成软件及运行调度决策指导软件。n应用软件：动态模拟软件、泄漏检测定位软件、水击动态分析软件、优化运行控制软件、清管器 跟踪软件、批量/组分跟踪软件、培训模拟软件等。第18页，共38页。输油管道的应用软件通常包括 n水击控制软件水击控制软件n在线仿真软件在线仿真软件n清管器（球）跟踪软件清管器（球）跟踪软件n运行工况预测软件运行工况预测软件n系统优化运行软件系统优化运行软件n泄漏检测定位软件泄漏检测定位软件n批输控制软件批输控制软件n模拟培训软件模拟培训软件第19
10、页，共38页。输气管道的应用软件通常包括 n实时模拟软件实时模拟软件n在线预测软件在线预测软件n仪表分析软件仪表分析软件n泄漏监测及定位软件泄漏监测及定位软件n输气管道自救能力分析软件输气管道自救能力分析软件n离线培训模拟软件离线培训模拟软件第20页，共38页。2、SCADA系统的功能系统的功能n2.1 控制中心主计算机系统的功能n2.2、站控系统功能n2.3、数据传输系统功能第21页，共38页。2.1 控制中心主计算机系统的功能（1）监视各站的工作状态及设备运行情况，采集数据和信息。主要：n检测量：进出站温度、压力；首站、末站和计量站流量；输气站的有关数据；凝液罐液位、温度及储量；增压站出口
11、阀的开度及阀前后压差；站母线电压、电机电流等。n报警信号：天然气进出站压力过低、出站压力过高；凝液罐液位超限；停电；电动球阀故障停运；进出口压差过大；出站调节阀故障；压缩机组轴承温度过高；安全阀、泄压阀动作等。n状态量：压缩机、出站调节阀和主要阀门的运行状态。第22页，共38页。（2）向RTU发出操作指令n压缩机程序启动、停运n压缩机监控，压缩机出口压力及温度监测与高温报警n阀门开启、关闭n出站压力的控制第23页，共38页。（2）向RTU发出操作指令n根据操作人员的要求在CRT上随时提供管道运行状态的图形显示及历史资料的比较和趋势显示n按规定时间打印主要运行参数及运行状态报告n记录报警、操作指
12、令等n运行有关的应用软件，对压力、温度、清管、批量跟踪、流量、界面检测等操作。第24页，共38页。2.2、站控系统功能n过程变量巡回检测和数据处理n向控制中心发送数据和报警n提供运行状态、工艺流程、动态数据画面、图像显示、报警、存储、记录、打印n执行控制中心命令，或独立实现PID或其他控制n实现流程切换n进行自我诊断n提供操作人员操作记录和运行报告第25页，共38页。2.3、数据传输系统功能n数据传输系统利用各种信道把主站计算机和分布在远处的RTU或SCS连接为一体，完成油气管道的运行调度管理工作。n有线方式：电话线、同轴电缆、双绞线、光纤等n无线方式：甚高频VHF、超高频UHF、微波、卫星等
13、。第26页，共38页。3、输气管道、输气管道SCADA系统设计与实施系统设计与实施n3.1设计思想n利用计算机、通信和自控技术，对管道输送天然气的状态实施检测制并进行数据采集与分析，实现长输管道的自动化控制n3.2 管道SCADA系统的实施 项目实施过程包括项目立项审批、基本设计、详细设计、系统招标、工厂设计、及系统集成组态、工厂测试、现场安装调试、系统验收等各个环节。第27页，共38页。3.1设计思想n安全性：防火防爆、操作程序分级控制、注重网络安全n先进性：选择先进的软硬件n可靠性、可用性：极高的可靠性，双机互备用n冗余性：关键设备很高的容错能力第28页，共38页。3.1设计思想n开放性：
14、开放性设计是当今系统设计的基本要求，要求各厂家遵守共同的国际标准，可以实现不同厂家产品的通讯，增加设备选择的灵活性。n模块化：增加系统灵活性，便于升级。n扩展性：系统的扩展性是对未来要求的反应。n可操作性、可维护性：便于使用维护。n三级控制：远程控制、站场控制、现场手动控制。第29页，共38页。3.2 管道SCADA系统的实施 1）SCADA系统实施应注意的几个问题：n选择好的系统承包商n系统经同类工程的证明可靠、成熟n提供服务的承包商应具有丰富的工程业绩第30页，共38页。3.2 管道SCADA系统的实施（2）对SCADA系统实施建议（3）系统培训n操作人员培训n维护人员培训n管理人员培训第
15、31页，共38页。4、长输管道、长输管道SCADA系统冗余技术系统冗余技术 长输管道SCADA系统要求具有较高的可靠性和安全性，故需要采用冗余技术形成容错控制系统，以保障安全高效生产。长输管道SCADA系统冗余技术以硬件冗余为主，时间冗余和软件冗余为辅。冗余结构应做到可靠性和经济合理性。n4.1SCADA系统控制中心冗余结构第32页，共38页。4.1 管道SCADA系统冗余结构分类n仅控制中心主计算机冗余n控制中心主计算机冗余，站PLC分级冗余n控制中心主计算机冗余，站PLC采用全冗余结构n系统分层多级冗余第33页，共38页。4.2 SCADA系统控制中心冗余结构n服务器冗余n局域网冗余n系统
16、冗余第34页，共38页。5、油气管道、油气管道SCADA系统发展动态系统发展动态n5.1 RTU技术的发展 RTU采集本地数据并进行远传，增加了数据滤波、数据整定、复杂数据计算及过程控制功能。智能仪表，现场总线技术。n5.2 软件的发展n5.3 SCADA 系统功能和结构的发展第35页，共38页。6、SCADA系统在我国的应用系统在我国的应用n80年代末东营-黄岛输油管道n1992年投产的轮南-库尔勒管道n1997年投产的库尔勒-善鄯管道n1997年投产的陕京一线输气管道n2002年投产的兰成渝成品油管道n2004年投产的西气东输管道 第36页，共38页。谢谢！第37页，共38页。演讲完毕，谢谢观看！第38页，共38页。
