1 　大天池SCADA 系统简介
　　大天池SCADA 系统工程是中国石油天然气集团公司“九五”重点建设工程———大天池输气管道工程的一子工程。大天池SCADA 系统是四川石油管理局、MOTOROLA 公司、澳大利亚MITS 公司、北京塞特雷特科技有限责任公司共同开发的项目。该系统于1999 年8 月开始安装调试,调试过程中即开始临时试运行,2000 年6 月15 日投入正式试运行,2000 年10 月15 日正式交工。
　　1.1 　大天池SCADA 系统组成[1 ]
　　大天池SCADA 系统(一期工程) 由41 个RTU(远程终端) 、9 个SCS(区域控制站) (南雅、讲治站、天东12 井、天东9 井、七桥站、天东29 井、月东1井、卧龙河站、渡舟站) 、1 个MCC(七桥监控中心) 和1 个VDT(大石坝显示终端) 组成。分为三个层次结构:监控中心和显示终端、区域控制站、远程终端。
　　1.2 　系统网络结构[1 ]
　　监控中心、显示终端、区域控制站均为冗余的10Base2T 总线结构局域网,TCP/ IP 协议;由微波、一点多址通信线路和有线电缆将各个局域网连接成星型广域网。
　　1.3 　系统的主要设计功能[1 ]
　　主要采集温度、压力、流量、液位、阴保电位、电流等参数。各种控制功能、产(输) 气量、产水量的计算由RTU 实现,单井集气站RTU 带LCD 液晶显示,具有显示重要数据、输入重要参数、手/ 自动切换及手动开关阀门等功能。
　　1.3.1 　监控中心(MCC) 功能
　　实时数据的显示(流量、压力、温度等) ;阀门的远程控制、远程关井;调节回路P、I、D 值,调节参数的修改及手/ 自动切换;计量参数(孔板直径、组分等) 的修改及下载;仪表量程的修改及下载;控制回路高低限的修改及下载;RTU 报警限的修改及下载;MCC 报警限的修改;生产报警、事件和设备事件的显示及打印;历史数据的存储;趋势曲线的调用;报表的生成和打印;SIROGAS 模拟软件对实际生产进行模拟;权限及密级的划分;培训计算机可在线、离线操作;SCADA 系统自动备份,一旦系统出现问题,可立即恢复使用等。
　　1.3.2 　站控(SCS) 功能
　　实时数据的显示(流量、压力、温度等) ;阀门的远程控制、远程关井;调节回路P、I、D 值,调节参数修改及手/ 自动切换;计量参数的修改及下载;仪表量程的修改及下载;控制回路高低限的修改及下载;RTU 报警限的修改及下载;SCS 报警限的修改;生产报警、事件和设备时间的显示及打印;历史数据的存储;趋势曲线的调用;报表的生成和打印;权限及密级的划分等。
　　1.3.3 　远程终端(RTU) 功能
　　流量的计算;分离器的自动排污;水套炉的水温控制;历史数据的存储;程序的下载;带LCD 单井站还可进行实时数据的显示、手/ 自切换;水套炉水温高低限修改;远程关井、阀门远程控制;孔板内径的修改等。
　　1.4 　数据采集、控制和传输过程(见图1)

　　1.5 　站控对RTU 轮询周期[2 ]
　　南雅SCS 轮询时间为8～9 min ,天东9 井SCS轮询时间为2～3 min ,其他SCS 轮询时间为15～30s。在微波通讯正常的情况下, SCS 的数据更新与MCC 数据更新仅差几秒钟,同步时间较快,系统能充分保证实时跟踪记录现场数据。
　　1.6 　主要硬、软件[2 ]
　　硬件:RTU、MCP/ T、计算机、打印机、GPS (卫星时钟同步) 、通讯设备等。软件: MOSCAD、MITS MOSAIC、Windows NT、SIROGAS(管网模拟软件) 等。
　　2 　大天池集输工程简介
　　2.1 　概述
　　大天池构造带是目前国内最大的整装气田之一控制工程网版权所有,包括五百梯气田、龙门气田和沙坪场气田。分布在重庆市开县、梁平县、垫江县及四川开江县境内。现有生产规模为:单井29 口,干线集气站2 座(南雅站、讲治站) ,脱水装置9 套(国产5 套、引进4 套) ,干气输气站4 座,集输支干线330 km ,设计最大日输气量810 ×104 m3/ d。
　　2.2 　集输工艺流程简介
　　单井采气树采出的天然气经井口针阀节流降压至20～25 MPa 以上控制工程网版权所有,然后通过站内的水套加热炉加热后,由抗硫高压调节阀节流至6～715 MPa 左右,经卧式气液分离器分离、计量,进入集气支干线。在集输站集中分离、计量,进入脱水站脱水、计量后进入大天池干气输送干线,送到天然气净化厂处理。
　　3 　SCADA 系统[3 ] 在大天池集输工程中的主要应用
　　3.1 　实时采集显示生产数据
　　大天池SCADA 系统是一个远距离计算机实时监视、控制、数据采集系统。监控中心、显示终端、区域控制站、远程终端的操作人员均可以通过系统对现场生产同时进行监视和控制,实现多层次监视、控制生产。
　　3.2 　实时显示装置运行状态、阀门开度
　　操作员在计算机上进入GUI 画面,可以看到单井、脱水站、集输站工艺流程及远程控制阀门的状态,机泵运行状态,各种加热炉火焰燃烧情况。在进行远程操作时,一边操作,一边可以看到被操作设备、阀门的动作情况,一旦发现操作有误,可以立即纠正,保证操作过程顺利安全进行。
　　3.3 　用天然气流量自动计量代替双波纹管差压流量计
　　RTU 内部采用AGA3、AGA8 美国石油流量计量标准,每秒钟自动计算一次实际流量,再进行累加。由于变送器精度为1 ‰,双波纹管差压流量计精度仅为1 % ,而且双波纹管差压流量计需要人工用求积仪计算静、差压,人工读取温度计,再用计算器进行计算,人为误差难免存在。显然利用自动计量,大大提高了计量精度。
　　3.4 　主要生产过程自动控制
　　大天池构造带各气田的生产井均属于高压、高含硫气井,SCADA 系统投用后CONTROL ENGINEERING China版权所有,井站分离排污、水套加热炉水温控制实行自动控制,分离器分离出来的污水按设定的高度进行自动排放,水套加热炉的水温自动保持在设定的范围内。气井生产气量采用流量压力串级控制,它是一个PID 调节回路,能确保安全、平稳地对气井实施流量调节。对于水套加热炉熄火、集气站进出站压力超低实行连锁控制,使生产更加安全。在俗称为“小型化工厂”的脱水站,更是离不开自动控制,否则,是无法对运行背压、三甘醇液位、重沸器三甘醇再生温度等参数进行控制。在国产或进口脱水装置上采用的控制有:过滤分离器自动排污等控制回路;吸收塔背压调节、湿气进站压力调节、吸收塔甘醇液位调节、吸收塔分离段液位调节、闪蒸罐液位调节、闪蒸罐压力调节、燃料气分离罐压力调节、重沸器温度调节、灼烧炉温度调节等PID 调节回路;干气露点超高连锁、吸收塔甘醇液位超低连锁、重沸器温度高或液位低及熄火保护等连锁回路。
　　3.5 　利用高精度仪表自动采集生产数据
　　大天池SCADA 系统采用的现场仪表在精度方面远高于常规生产所用仪表,比如普通压力表的精度为115 % ,而压力变送器的精度为1 ‰。系统对主要生产数据的采集周期比常规生产时人工录取周期短,比如对井口油压、套压资料的采集,系统实时采集,每10 min 保存一次数据,而人工录取仅每小时一次。在录取方式上,只要现场仪表及系统运行正常,系统将不分昼夜、睛雨、寒暑进行自动采集,消除了人工录取时受环境条件和人为自身因素影响。由此可见,SCADA 系统自动准确地采集生产数据,大大提高了资料的准确性和可靠性。
　　3.6 　自动生成报表
　　以前,井站职工每小时记录生产数据,填写采气日报、输气日报和脱水日报等报表,月底再手工处理后生成月报表。在SCADA 系统投运后,上述生产日报及相关月报表和管网运行情况报表均自动生成,减少了资料收集、统计处理、数据录入等工作量,且花费时间短,工作效率明显提高。报表采用统一的A4 幅面的打印纸,通过激光打印机打印输出,报表既美观又规范。
　　3.7 　事件处理与异常情况报警
　　根据生产实际需要,在系统运行软件中设定各种生产参数的低限、紧急低限、高限、紧急高限等门限值,一旦系统检测到实时值达到门限值,系统立即进行报警,同时将报警原因显示在LCD 或计算机屏幕上,操作员根据报警内容作出相应处理,避免事故的发生。在RTU、SCS、MCC 各级门限值设定中,可以根据生产管理需要,各级门限值取不同值,让不同管理层次的操作员依照轻重缓急对生产异常情况进行处理。
　　3.8 　生产参数远程下载,实现高效规范管理
　　在SCADA 系统投运前,计量技术人员必须将某套计量装置计量管直径、孔板直径及天然气组分等参数输入装有计量软件的计算机进行计算,得出一份计量参数表CONTROL ENGINEERING China版权所有,然后下发到各个站上,用于计算器进行流量计算。一旦需要更换孔板或组分参数时,都必须重复以上工作。在SCADA 系统投运后,计量技术人员可以将孔板直径或组分参数在MCC 或SCS输入后下载到RTU ,系统立即按新的参数进行流量计算。同样,对于现场仪表量程、控制回路参数等CONTROL ENGINEERING China版权所有,均可以进行远程下载。这样,为及时调整生产参数和对生产参数的规范管理提供了条件。
　　3.9 　产气量、产水量补偿
　　在天然气生产过程中,有时会遇到仪表故障,系统局部终端故障以及停电等情况,将造成产气量、产水量停止计量,对于这种情况,SCADA 系统允许操作员将这段时间的产气量、产水量补偿进去,保证了历史数据的准确性。