1 SCADA 系统概况
　　西气东输管道工程的自动控制系统, 是目前国内长输管道自动化水平最高的一套系统。采用以计算机为核心的监控和数据采集( SCADA———SupervisoryControl And Data Acquisition) 系统, 操作人员在调度控制中心可完成对管道的监控和运行管理, 全线各站场达到无人操作, 有人值守的管理水平。各个工艺站场的站控系统( SCS———StationControl System) 与调度控制中心之间的通信采用DDN 为主、卫星为备用的通信方式, 当主通信通道故障时, 自动切换到备用通信通道上; 与远程终端装置( RTU———Remote Terminal Unit) 之间采用卫星通信, 无备用通信信道。全线由1 个调控中心( 上海) 、6 个管理处只读监视终端、37 个站控系统( SCS) 和146 个远程终端装置( RTU) 构成。目前, 除了管理处的只读监视终端没有投用外CONTROL ENGINEERING China版权所有, 全线各站和上海调控中心均已投用。
　　调控中心利用SCADA 系统远程监控全线, 各站利用站控系统监控本站。自动化系统的投用, 提供了运行参数的在线采集、数据趋势和设备状态的显示, 提供了多种管道运行报警手段, 并启动了管道运行的各类保护系统, 如管道压降速率保护、高低压保护、ESD 紧急停站保护等, 全面提高了管道运行的安全程度。
　　2 SCADA 系统的设计原则
　　( 1) 系统具有高可靠性、稳定性、灵活性和强大的人机对话能力, 保证生产安全可靠地运行。
　　( 2) 调度控制中心的服务器采用UNIX 实时多任务操作系统; 中心与站控系统的通信服务器采用Linux 多任务操作系统; 调度控制中心操作员工作站和站控系统上位机的操作系统均采用Windows操作系统。
　　( 3) 调度控制中心的硬件、网络和软件具有100%的扩展能力。站控系统本身具有20%的扩展能力。
　　( 4) 调度控制系统的硬件和软件的可利用率( 可用性) 应达到99.99%。当系统同时须完成打印、编程、画面显示时www.cechina.cn, 实时采集系统不能被中断。
　　( 5) SCADA 系统软件允许其他的应用程序和用户存取其数据库的数据。以安全要求为条件, 数据能够在SCADA 系统和其他系统之间传输。
　　( 6) 系统对重要部位做热备冗余配置, 当发生故障时, 能自动进行故障切换, 自动对系统的数据进行备份, 为运行管理提供可靠保障。
　　( 7) 站控系统中的ESD 系统采用相对独立的、符合IEC61508 要求的控制设备。
　　( 8) SCADA 系统的软件是模块化的, 以便于SCADA 系统组态时增加、删除和定位。
　　( 9) 硬件应在性能上是模块化的, 允许将来在容量和功能上的扩展。系统应容易增加磁盘驱动器、存储器、终端和外部设备等, 且不中断其他在线网络设备的运行。
　　( 10) 在调度控制中心的任何一个操作员工作站都可完成其所要求的功能。
　　3 SCADA 系统的组成和配置
　　西气东输管道SCADA 系统采用三级控制, 即中心控制级、站场控制级及就地控制级( 本文对就地控制级不再赘述) 。正常情况下, 对于有人值守站场采用站场控制, 对清管站及阀室采用中心控制, 紧急情况下调度控制中心可接管站场控制权。各分输站场控制系统, 均装备有流量计算机, 部分站场装有气质分析仪、H2S 分析仪和水露点分析仪。站控系统自动采集温度、压力、流量等数据,在设有压力控制系统的站场, 采用电动调节阀控制出站压力, 同时对下游最大用气量进行控制。PID调节由站控系统的PLC 完成。
　　3.1 调度控制中心SCADA 系统
　　上海调度控制中心是西气东输管道SCADA 系统的中枢, 它将对管道进行连续的监控和管理。主要功能有:
　　数据采集和处理、工艺流程的动态显示、报警显示、报警管理、事件的查询、打印、实时数据采集、归档、历史数据管理及趋势显示、生产统计报表的生成和打印、标准组态应用软件和用户生成的应用软件的执行、清管器跟踪、组份追踪、模拟培训、安全保护、输气过程优化、SCADA 系统诊断、仪表的故障诊断和分析、网络监视及管理、数据通信信道监视及管理。
　　3.2 调度控制中心计算机系统的配置
　　上海控制中心SCADA 系统配置2 台实时服务器( Real- time Server) 、2 台历史服务器( HistoricalServer) 、2 台EFM服务器、2 台工程师工作站、5 台操作员工作站( 一机双屏) 、1 台Web 服务器、1 台模拟仿真服务器、2 交换机、2 台路由器、2台主RCI ( Remote Communication Interfaces) 及冗余磁盘阵列( RAID) 、打印机等。服务器均采用UNIX 操作系统。SCADA 实时数据服务器负责处理、存储、管理从现场的PLC 和RTU 采集的实时
　　数据, 并为网络中的其他服务器和工作站提供实时数据。主RCI 运行通信管理软件, 采用IEC104 协议完成与沿线各站的RCI 通讯, 沿线各站的RCI与PLC 和RTU 采用ModBus TCP/IP 协议进行通信。历史数据服务器主要完成历史数据的存储、管理,并为网络中的其他服务器和工作站提供数据。服务器运行标准关系型数据库软件Oracle, 提供开放软件接口和标准物理接口。工作站采用Windows 操作系统。实时数据服务器、历史数据服务器及交换机、路由器、主RCI 均采用热备冗余配置。调控中心SCADA 系统软件采用德国Cegelec 公司开发的ViewstarICS 系统, 该系统提供图形化的操作界面,可方便快捷地进行报表制作、数据查询等功能。
　　3.3 站控系统
　　站场采用以计算机为核心的站控系统( SCS) ,完成站场内生产过程中的数据采集和监控任务, 并将设备运行状况和各种参数通过通信系统传送至上海调度控制中心, 同时接受调度控制中心下达的命令, 由调度控制中心SCADA 系统对该管道进行统一监控与管理, 实行一级调度指挥体系, 保证生产安全、平稳运行。当站场与调控中心之间通信中断时, 由站控系统完成对本站的监视控制。站控系统配置1 台操作员工作站、2 套站控PLC 系统( 冗余备用) 、1 套ESD PLC 系统、2 台路由器、2 台交换机。站控系统可完成以下主要功能:现场数据的采集、存储和处理, 各智能子系统的监控, 包括电气、阴极保护、消防、流量计算机等系统和设备, 显示动态工艺流程、有关参数和报警、人机对话窗口, 显示实时趋势曲线和历史曲线, 压力、流量控制, ESD、站控逻辑控制, 包括压缩机组的监控、打印报警和事件报告、打印生产报表、执行控制中心发送的指令、向控制中心发送带时间标志的实时数据、数据通信管理。
　　本工程的中间独立清管站和远控线路截断阀室, 均采用RTU 进行数据采集和监控。RTU 不设置操作员工作站, 与SCADA 系统调度控制中心进行通信。在出现异常情况时, 远控线路截断阀可由调度控制中心将其关闭。其主要功能如下:
　　数据采集和处理、逻辑控制、接收控制中心发送的指令、向控制中心发送带时间标志的实时数据、自诊断功能、故障报警。
　　4 SCADA 系统的特点及有待改进的方面
　　西气东输管道工程的自动控制系统首次应用了多项长输管道控制的先进技术, 并在方案的设置上充分考虑了系统的可靠性。下面就系统的先进性和可靠性分以下几点阐述。
　　4.1 站控系统采用基于LINUX 的冗余通讯服务器(RCI)
　　在以往的管道站控系统中都是采用单站控主机( 如涩宁兰管道站控系统) 或双站控主机( 陕京输气管道的站控系统) 直接与PLC 或RTU 设备进行通讯连接, 同时站控主机还要连接第三方智能设备, 并进行各设备通讯数据的处理, 这样加大了站控主机的CPU 负担, 使站控主机不堪重负; 另外,中心SCADA 系统不仅要与PLC、各站控主机连接, 还有许多第三方设备也需要连接, 这必将增大中心SCADA 系统的扫描时间。在本工程中增加了冗余通讯服务器( RCI) , 这样所有的通讯处理就可由RCI 分担。RCI ( 远程通讯接口) 选用的是DELL AS- PE650 ( 西段为AS- PE750) , 作为站控SCADA 系统的通讯服务器, 它承接着与PLC 控制系统和第三方设备之间的通讯, 其中第三方设备包括: 流量计算机、色谱分析仪、低压配电盘电力参数采集、UPS、发电机、空压机等。它们之间的通讯采用MODBUS RTU 协议, 连接方式RS232 或RS485, 同PLC 之间的连接方式为以太网。中心SCADA 系统对各站场的通讯只需针对RCI 这唯一的一个接点, 大大降低了系统扫描时间。RCI 的另一强大功能就是能由用户自己编程进行各种通讯协议的转换, 这解决了以往工程中采用固定协议通讯模板而不能灵活编程的问题。
　　4.2 站控系统采用符合SIL3 标准的紧急停车系统( ESD)
　　站控系统设1 套完整的安全保护系统紧急停车系统( ESD) , 用以完成站场安全逻辑控制控制工程网版权所有, 由独立的、符合IEC61508 SIL 要求的控制单元构成控制工程网版权所有,通过网络和硬线与SCS 连接。ESD 系统动作可手动( 站控控制室、现场的ESD 按钮) 或自动( 调度控制中心、站控系统) 触发。无论ESD 命令从何处下达及SCS 处于何种操作模式, ESD 控制命令均可直接到达被控设备, 并使它们按预定的顺序动作。所有ESD 系统的动作将发出闭锁信号, 使分输站在未接到人工复位的命令前不能再次启动。任何ESD 命令均为最优先的工作模式。具体来说, 在压气站站控系统ESD 有两种工作模式。第一, 压缩机组单独停车控制工程网版权所有, 它根据机组ESD 信号来完成。第二, 根据站场ESD 手动按钮或火灾报警信号, 除站上相关阀门切断、放空外, 还能进行压缩 。