韩 波 刘 巍
(中油西南油气田分公司)
摘 要 随着科学技术的进步，特别是电子技术、仪表自动化技术、通信技术的不断创新和发展，国内外油气田开发和管道的自动化管理技术水平也在不断提高和发展。目前在天然气管道领域国外已广泛采用“监控与数据采集系统(Supervis ory C ontrol And Data Acquisition，简称SC ADA系统)”来实现对运行管道的自动监控。西南油气田输气管网SC ADA系统已经投入试运行，中国石油正在酝酿建设中国石油输气管网SC ADA系统。文中介绍了国外输气管网SC ADA系统发展现状，和用于输气管网的两种SC ADA系统建设管理模式，同时还介绍了川渝输气管网SC ADA系统的系统构架、硬件配置和应用软件功能，总结了中油西南油气田输气管网SC ADA系统建设的经验和试运行管理经验，结合现行管理体制提出了，建设中石油输气管网SC ADA系统的构思。
主题词 输气管道 SC ADA系统 自动控制 管理
91人才网赣州招聘网引言
随着科学技术的进步，特别是电子技术、仪表自动化技术、通信技术的不断创新和发展，国内外油气田开
发和管道的自动化管理技术水平也在不断提高和发展。目前，在天然气管道领域国外已广泛采用“监控与数据采集系统(Supervis ory C ontrol And Data Acquisition，简称SC ADA系统)”来实现对运行管道的自动监控。SC ADA系统作为管道建设运营的基础设施，在国外管道公司已成为管道自动控制系统的基本模式。
近年来，伴随着我国天然气工业的不断发展，天然气长输管道事业得到了空前的发展机遇。随着西气东输管道、忠武管线、陕京二线等输气干线的陆续建设和投产，一个横跨大江南北的中国石油国家输气干线管网建成投运已经指日可待。作为一个管网，其抵御事故风险和灵活调配的能力都远远强于单条管道，但随之而来的是其管理的复杂性，对管道的运营管理提出了更高的要求。因此如何利用SC ADA系统来科学、合理的管理国家输气干线管网的生产是一个值得认真研讨的问题。文中通过对国外和国内现有管网SC ADA系统运营现状进行分析，提出对中国石油国家干线管网SC ADA系统的建设构思。
国外输气管网
SCADA系统发展现状
1 SC ADA系统的组成
目前，欧美以及中东地区的输气管道已广泛采用SC ADA系统进行全线的监控和管理。尽管各国各地区由于自身的特点在SC ADA系统硬件的具体配置上存在着一定的差异，但总的原则是基本一致
作者简介 韩波，男,1944年出生,1968年毕业于西南石油学院，高级工程师，现从事天然气集输工程规划设计和天然气生产调度管理工作。地址:(610051)四川省成都市一号桥通美大厦13楼中油西南油气田分公司天然气调度中心。电话:(028)86011722
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的。整个系统采用两级管理体制，包括站控系统(Station C ontrol System，以下简称SCS)和调度控制中心(Dispatch and C ontrol Center，以下简称DCC)以及实现SCS与DCC数据传输的通信系统三部分。
(1)站控系统(SCS)作为SC ADA系统中的基本单元，基本配置包括站控计算机、远程终端(RT U)或是可编程逻辑控制器(P LC)、通信设施以及必需的外部单元。但在有些无人值守的站场，只配置远程终端(RT U)或是可编程逻辑控制器(P LC)、通信设施以及必需的外部单元。
(2)调度控制中心(DCC)作为整个SC ADA 系统的核心单元，管理和协调系统中所有的工艺装置和设备运
行。由于各个管道公司对各自SC ADA 系统结构的要求不尽相同(如，加拿大的NOVA公司采用的是两级控制中心管理模式),DCC的配置取决于相应的系统配置。但一般来讲DCC主要内容包括:SC ADA主机(采用主备双机冗余模式)，操作员工作站，工程师工作站，应用软件仿真PC 机以及相关的网络和通信辅助设施。
(3)目前，在国外SC ADA系统SCS与DCC之间的通信方式主要有卫星通信、微波通信、光缆通信以及公用通信网等几种。选择何种通信方式主要取决于其可靠程度以及经济性。根据目前国外实际运营的SC ADA系统来看，在SCS与DCC之间的通信一般采用主备双通道。两个通道采用不同的通信方式，这样大大提高了系统的可靠性。
2 国外管道公司SC ADA系统的运营管理模式从管道公司的角度来讲,SC ADA系统主要应解决以下三个问题:①站场设备各种参数状态数据的采集和控制信息的发送;②监控参数的图形动画描述;③事故追忆和趋势分析。如何能让SC ADA 系统高效的处理好上述问题呢?我们认为，采用何种生产管理模式是关键所在。根据目前国外的经验来看，主要有两种管理模式：专业化管理模式和混合管理模式。2.1 专业化管理模式
主要是适用于整个管道系统自动化水平较高，无人值守站场较多的输气管网。在这种管理模式里，采用的是“运行—维护—通信—经营”的管理方式。即，设立控制中心、管道设备维修中心、通信中心和经营管理部，各自负责相关的职责。
控制中心承担整个管网的日常生产运行管理工作(包括站场的自控操作和调度指挥)，对全线各站场实行自动监测、自动调节、自动控制和自动保护操作，确保管线的安全平稳运行。同时，还负责SC ADA系统的运行维护管理工作。
管道设备维修中心承担各类设备的维护保养和检修，各类仪表的调校和检查，对故障设备进行故障排除或维修，并负责备用设备的仓储保管工作。
通信中心承担通信系统的运行和维护管理工作。经营管理部负责销售和财务结算管理工作，管理着超过20000km输气管网的加拿大NOVA公司采用的就是这种专业化管理模式。
2.2 混合管理模式
主要适用于有人值守站场较多的管道系统。混合管理模式采用的是专业化管理与站场现场管理相结合的方式。混合管理模式与专业化管理模式不同在于增加了站场一级管理。其调度指挥和自控操作职责主要仍由调度控制中心(DCC)承担，但部分运行操作的职责由相关的输气站场承担。在其他机构的职责界定上，混合管理模式与专业化管理模式基本相同。
管理全意大利输气主干管网和主要分输支线的Snam输气公司和管理全法国燃气输配的法国燃气公司(G as de France)采用的就是混合管理模式。
川渝输气管网
SCADA系统现状
尽管我国输气管道SC ADA系统建设起步较晚，但近几年来发展较快。在新建的跨省域的输气主干
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线上基本都采用了先进的SC ADA 系统，但这些输气干线目前仍处于相互独立的运行状态，并没有形成真正意义上的输气管网。目前国内比较典型的输气管网是中石油西南油气田公司所属川渝管网。自四川盆地第一条长输管道威成线投产以来，经过近40年不断的建设和发展，西南油气田公司已在川
渝地区建成了目前国内最庞大、最复杂的天然气输配气管网系统，该管网承担着向西南三省一市800多家工业用户、200多万户居民的输供气任务。因此分析该管网的SC ADA 系统的结构和组织形式
，对建立我国国家输气管网SC ADA 系统有着重要的
借鉴作用。1 川渝管网概况
四川盆地作为我国最早从事天然气开发利用的地区，目前仍是国内最大的天然气生产和消费基地。经过40多年的不断建设，中石油西南油气田分公司在川渝地区建成了环四川盆地的环形输气管网。该管网所辖集输气管线15000多公里、集配气站场700余座，用户遍及云、贵、川、渝，在西南地区的经济发展中占有重要的地位(图1)。2 川渝管网SC ADA 系统的组成
图1 西南油气田成都输气站鸟瞰图
川渝输气管网SC ADA 系统的设计是以安全可靠、技术先进、经济实用为原则，以实现天然气管输调配自动化、提高生产调度管理水平、优化生产过程为目标。211 系统构架
整个系统的构架是在参照国内外先进SC ADA 系统组织结构的基础上，并充分考虑到目前西南油气田分公司现有的管理体制而确定的。整个系统为三级管理体制，即成都总调度管理中心
(G MC )———华阳和重庆两个地区调度控制中心(DCC )———站控系统(SCS )。站控系统(SCS )负
责数据采集、处理，下达控制现场设备的指令进行PI D 控制；为确保管道生产系统的安全、可靠，由
设置在华阳和重庆的两个DCC 对各自所辖的SCS 站场(目前已建成43座，其中华阳27座站场、重庆16座站场)进行远程监视和控制；设在成都的总调度管理中心(G MC )通过接收来自两个DCC 的数据实现对整个管网的实时监视和管理。
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212 硬件配置
21211 成都总调度管理中心(G MC )
在硬件配置上：考虑到成都总调度管理中心(G MC )作为宏观管理机构，主要以宏观调度为主,
不进行日常的自控操作控制,UNIX 服务器采用单机模式；两台UNIX 操作员工作站采用双屏显示，另有一台UNIX 系统工程师工作站用于系统维护，同时配有用于做管网优化分析的PC 机三台。为确
保系统运行的可靠性,SC ADA 系统网络采用双100m 以太网冗余配置，并通过CISC O2600路由器
与通信设备相连。此外，为了充分发挥G MC 的生产指挥职能，在G MC 还配备了美国科视公司1X3———84”背投影电视墙和网络视频监控系统(监控输气管网上6个主要站场)以及数字录音录
时系统各一套(图2)
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图2 西南油气田成都总调度管理中心(G MC )控制室
21212 重庆和华阳调度控制中心(DCC )由于重庆和华阳调度控制中心在系统配置上相同，以下就以华阳调度控制中心为例进行介绍。由于DCC 具有远程自控操作功能，从系统安全性和可靠性考虑出发，硬件核心SC ADA 服务器选用主从热备份UNIX 服务器，负责对所辖27座站场的生产情况进行实时数据采集和控制。系统采用双以太网将服务器、UNIX 工作站和仿真软件PC 机连接在一起，共享系统资源。为满足对大量数据进行处理的要求，系统采用磁盘阵列进行数据存储。在DCC 同G MC 一样，采用两台CISC O2600路由器与通信设备进行通信。21213 站控系统(SCS )
SCS 的配置有冗余和非冗余配置两种类型。在
川渝管网SC ADA 系统的43座站里，冗余站有18座，非冗余站有25座。冗余站均采用双机双网配置,RT U 、站控计算机、局域网络均为冗余；非冗余站一般采用单机单网配置，对个别无人值守站点，只配置RT U 而没有考虑站控计算机。站控核心硬件RT U 为加拿大TE LVE NT 公司(原名METS O 公司)的S AGE2100。213 软件配置
从系统管理和维护的便利性考虑，川渝管网SC ADA 系统全线监控软件均采用加拿大TE LVE NT
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公司的OASY S系统。站控系统SCS采用的是OASY S610，其运行平台为WI NDOWS2000PRO2 FESSI ONA L。G MC和DCC均采用的是OASY S512，其运行平台为UNIX。OASY S系统是一个开放型结构的SC ADA软件，它由实时数据库C MX、历史数据库XIS、人机交互界面模块X OS等几大模块组成，各模块既相互独立，又可相互通讯，一台计算机可配置和运行一个或一个以上的模块，也可以将模块配置到同一网络的不同计算机。
仿真模拟软件是SC ADA系统的重要组成部分。通过对所采集的数据进行分析、处理，仿真模拟软件可对整个管网的生产运行状况进行分析预测，对管网的优化运行有着重要的指导作用。川渝管网SC ADA系统的仿真模拟软件采用的是英国ESI 公司的ESIPAS。基于WI NDOWS2000运行平台的ESIPAS作为一个功能强大的在线模拟仿真软件，具有良好的开发环境和完善的功能。通过该应用软件可实现对管网运行趋势的预测、预报，实现对气体组分的跟踪以及管道管存量的计算等功能；更换升级版本，还可实现网上贸易结算和在线泄漏检测等功能。根据现有管理体制的特点，分别在成都G MC、华阳DCC和重庆DCC安装了在线ESIPAS仿真软件。
214 通信配置
考虑到川渝管网地域跨度大，管道沿线地理地貌条件较差，整个系统以VS AT卫星通信为主，其他通信方式为辅。在成都G MC设VS AT卫星通信主站1座，华阳DCC、重庆DCC各设VS AT卫星节点站1座，华阳DCC下属28座卫星端站，重庆DCC下属13座卫星端站。
SCS到DCC的通信以VS AT卫星通信为主，在部分条件较好的站点采用光纤、DDN专线等其它通信方式。为保障系统运行的可靠性，在各SCS 还预留电信公网拨号电路作为备用通信通道。两座DCC到G MC采用2m光纤作为通信主通道,VS AT卫星通信作为备用通道。
3 川渝管网SC ADA系统的特点
311 三级管理，两级控制的管理模式
由于西南油气田分公司目前实行的是四级管
理体制，而且考虑到绝大部分站场仍是有人值守，根据中石油股份公司对生产管理扁平化的要求，川渝管网SC ADA系统设计为三级管理，两级控制模式：即控制操作以站场SCS自控操作为主;DCC 对SCS各站场生产运行状况进行实时监视、管理，部分站场在紧急情况下DCC可进行控制操作;
G MC作为决策管理机构，着重于掌握各干线的生产运行动态，并通过对整个管网运行情况的分析预测，合理调配管网生产。
312 网络视频监控系统的应用
为掌握第一时间的现场生产实际情况，目前在G MC建成了一套网络视频监控系统对卧龙河集气总站、成都输配气站等6个重要场站实行现场监控。在事故状态时，监控系统可自动报警，并缓存自动录象。紧急情况下,G MC调度管理人员还可通过语音对话功能对现场人员进行指挥。
4 川渝管网SC ADA系统的扩展
目前的川渝管网SC ADA系统涉及的输气管道约3600km，不到整个管网的三分之一，还不能十分有效的对整个管网进行全面优化管理。随着生产规模的扩大，特别是“川气出川”工程的实施，天然气管道生产过程将愈加复杂。全面、及时、准确地掌握全管网的动态情况将是保障安全平稳生产的重要手段和措施。
根据西南油气田分公司的规划，今后两年将逐步实施对现有输气管网SC ADA系统的扩容工作。主要工作内容包括：再新建SC ADA站控系统137座、新建区域控制中心(DCC)6座，包括达州DCC、江油DCC、泸州DCC、遂宁DCC、长寿DCC 和成都DCC(销售公司)；完善现有的两座DCC和
G MC，增加Web服务器和主要领导(部门)桌面
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