Super RTU系列在合江输气作业区SCADA系统中的应用

1、 项目背景        西南油气田分公司“十二五”信息与通讯规划，结合分公司现状，为满足生产信息化建设需求，实现“六统一”的目标，西南油气田分公司于2011年起对其下属主要天然气生产单位有7家，包括：重庆气矿、川东北气矿、川西北气矿、蜀南气矿、川中油气矿等5家气矿，及专业从事净化天然气长输管道管理和运营的输气管理处，实现信息化管理。全面实现数据管理正常化、生产指挥实时化，基本实现项目研究协同化、经营管理桌面化、决策支持集成化，逐步建成全国一流的数字化油气田。        合江输气作业区位于泸州市合江县内，隶属于中国石油西南油气田分公司输气管理处，根据西南油气田分公司信息化要求，本次对合江输气作业区所辖1个合江作业区调控中心，安澜输气站、江津输气站、赤水输气站等11个输气站以及慈云阀室、龙车阀室等13个阀室，共计24个建设单元进行SCADA建设，实现生产数据实时监控，减少人员日常工作量。从而实现西南油气田分公司信息化管理要求。 2、系统构成        合江输气作业区SCADA建设单元，按其生产运行功能分为：调控中心，输气站，阀室。输气站和阀室都是实现现场数据采集，在数据传输方式上，输气站采用光纤通信将本地监测的生产运行数据传送到作业区调控中心；阀室采用无线CDMA通信方式先将数据传输到二级单位输气管理处，作业区调控中心通过已建数据网络再从二级单位输气管理处读取相应生产运行数据。合江输气作业区SCADA系统结构及通信参见图2-1。

 图2-1合江输气作业区SCADA系统结构及通信

2.1输气站        输气站在生产运行中实现天然气集中输运及计量的作用，主要监测数据有进、出站气体压力、可燃气体浓度、孔板流量计数据、电动阀阀位状态监测及控制以及工艺区实时生产视频监控。输气站系统构成参见图2-1中输气站部分，主要包括生产数据监测包括数据采集功能、人机交互界面和生产运行实时视频监测。 2.1.1  数据采集功能        输气站使用天然气流量计算机（HC601）通过采集孔板计量装置孔板前静压压力、孔板前后差压压力以及输送天然气气体温度，计算出天然气输送流量值，并传送到SUPER E50 RTU主控制器内。SUPER E50 RTU 主控制器通过扩展相应的I/O模块以及通信模块实现对现场其余变送仪表的数据采集。SUPER E50 RTU 主控制器使用标准 MODBUS TCP协议经过交换机网络将输气站内生产数据传送到上级单位数据服务器。图2-2 为输气站数据采集系统。

 图2-2 输气站数据采集系统

2.1.2  人机交互界面及功能特点        输气站人机交互界面使用标准 MODBUS TCP协议，通过输气管理处数据平台实现对其站内RTU以及所辖阀室生产数据实时监控。图2-3为输气站生产运行人机交互界面。

图2-3 输气站生产运行人机交互界面

主要特点：      （1)）实时监测功能        作业区、输气站能够实时监测站内及所辖阀室生产运行的全部生产数据，如进/出站压力、外输流量，电动阀状态，可燃气体浓度等数据。      （2）自动控制功能        根据生产需要，在RTU人机界面发送远程操作命令，自动将指定电动阀打开或关闭，减少危急事件响应时间，增强了人员安全系数。      （3）曲线功能        曲线功能包括实时曲线和历史曲线。实时曲线能够反映监测点随时间的变化情况和趋势。历史曲线能够形象的反映前一段监控时间里监测点数值的变化情况，有助于分析测控点报警原因。      （4）报表功能        人机界面可根据RTU监测生产运行数据自动生成生产所需报表，并可连接网络打印机实现打印，减少人员繁琐的手动录入共组，避免了由于人员疏忽造成记录错误的失误。      （5）报警与联锁功能        数据采集点报警，如压力高报警、天然气泄漏浓度高报警等；        设备故障报警，如电动阀故障判断与报警、计量流程异常等；        危险报警点可与设备联动，实现联锁控制。      （6）生产运行历史数据功能       RTU控制器可独立工作，并可存储数百条历史计量数据，供查询和打印。 2.1.3 视频监测        输气站监控视频采集通过摄像机、硬盘录像机以及显示器实现视频的就地显示和存储，并通过数据交换网络将视频传送至作业区监控电脑。 2.1.4 主要设备简介        输气站数据采集功能中重要设备包括SUPER E50 RTU 、HC601天然气流量计算机和孔板流量计，分别做简要介绍。 Super E50 RTU        Super E50 系列RTU 是安控科技集多年的控制系统研发、工程经验设计的新型模块化RTU 产品，可实现对工业现场信号的采集和设备的控制。该产品采用了32 位处理器和高效的嵌入式操作系统，整个系统功能强大、操作方便、集成度高，不仅能完成数据采集、定时、计数、控制，还能完成复杂的计算、PID控制、通讯联网等功能，其程序开发方便，可与上位机组成控制系统，实现集散控制。Super E50 系列RTU 产品具有多种配置和可选功能，可根据工程的实际需求，设计开发成各种控制系统。 HC601天然气流量计算机        HC601天然气流量计算机，是安控科技股份有限公司研发的新型天然气专业计量RTU产品。该产品既可以独立组成天然气计量系统，又可以无缝嵌入Super E50系统，组成具有燃气计量、调节控制、信号采集于一体的智能站控系统。该产品采用32位处理器，实现两路孔板计量，两路涡轮计量，符合国家标准GB/T21446-2008 、GB/T17747-1999 和 GB/T21391-2008，独立运算速度每路小于75毫秒，两路系统运算速度小于150毫秒，而且在进行多路（多于两路）计量、组合计量时不会加重系统的运行负荷。 孔板流量计        孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器（或差压变送器、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及引的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。孔板流量计又称为差压式流量计，是由一次检测件（节流件）和二次装置（差压变送器和流量显示仪）组成广泛应用于气体。蒸汽和液体的流量测量。 2.2 阀室        阀室在生产运行中实现站外输气管道中关键电动阀开关阀操作以及外销天然气计量的作用，其主要监测数据有进、出阀室管线输气压力、阀室内可燃气体浓度、电动阀开关阀位监测以及外销天然气流量计的数据。根据所采集生产数据的需求在阀室数据采集中使用 SUPER32 L201，阀室系统结构参见图2-1阀室部分，主要完成现场数据采集功能。 2.2.1 数据采集功能        阀室使用SUPER32 L201 RTU 通过编程对自定义协议天然气流量计计量数据进行采集，并增加相应防浪涌设备对现场变送仪表进行采集。阀室数据采集控制器SUPER32 L201 RTU 通过无线数据终端（CDMA）将阀室内生产数据传送到输气管理处内数据服务器。图2-4 为阀室数据采集系统。

 图2-4 阀室数据采集系统

2.2.2 主要设备简介        阀室数据采集功能中使用的主要设备是SUPER32 L201属于北京安控SUPER32 L RTU系列。SUPER32 L系列是面向工业现场信号采集和对现场设备控制的通用RTU。该系列RTU 采用先进的32 位处理器，不仅能完成现场信号的数据采集、控制输出，还能实现数据处理、PID 运算、通信联网等功能。与同类RTU 相比，具有更大的存储容量、更强的计算功能、更简便的编程与开发能力、更强大的通讯组网能力和卓越的环境指标特性。Super32-L 系列RTU 专为恶劣环境下高可靠的工业应用设计，可应用于包括油气田、油气储运、煤层气、页岩气、市政燃气、热网、水务、水利、农业、气象、环保、路灯监控等各个领域 2.3 作业区调控中心        作业区调度中心在生产运行中实现作业区安全生产调度的作用，其主要监测数据有作业区所辖输气站、阀室生产数据实时监控，用于生产调度。 2.3.1 数据监控        作业区人机交互界面采用标准 MODBUS TCP协议，通过交换机直接读取输气站生产运行实时数据。作业区所辖阀室采用从二级单位输气管理处数据服务器读取的方式实现阀室生产运行数据实时监控。图2-5为作业区调控中心人机交互界面。

图2-5 作业区调控中心人机交互界面

2.3.2 视频监控        输气站监控视频采集通过摄像机、硬盘录像机以及显示器实现视频的就地显示和存储，并通过数据交换网络将视频传送至作业区监控电脑，实现作业区对所辖输气站视频实时监控的功能。图2-6 为合江输气作业区视频监控图。

图2-6  合江输气作业区视频监控图

3、 实现效益        合江输气作业区SCADA系统投运以来，工作稳定可靠，达到了预期的设计目标。生产管理人员在中控室即可对站内乃至数十公里外的阀室生产运行数据进行掌握，大大减轻了生产人员的工作负担，增加了安全生产的可靠性，从而实现西南油气田分公司信息化管理要求。