站控PLC系統(tǒng)在油氣管道輸送中的應(yīng)用

孫 超，楊國峰，高銳強，李 慧

（廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

站控PLC系統(tǒng)在油氣管道輸送中的應(yīng)用

孫 超，楊國峰，高銳強，李 慧

（廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

在油氣管道輸送領(lǐng)域，利用自動化系統(tǒng)對整個線路運行中的運行參數(shù)實現(xiàn)監(jiān)控尤為重要，其直接關(guān)系到管道傳輸?shù)陌踩约胺€(wěn)定性。本文以西氣東輸二線管道工程為背景，對油氣管道中的站控PLC系統(tǒng)進行研究，以單個場站控制系統(tǒng)為研究對象，描述其系統(tǒng)架構(gòu)及軟件設(shè)計等。

PLC；油氣管道；監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

管道輸送以其經(jīng)濟，可靠等優(yōu)勢，已成為我國目前最主要的油氣輸送方式，在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著極其重要的作用。然而，油氣管道線路長（數(shù)千公里，閥室數(shù)百個）、輸送強度大、地形復(fù)雜、且易受氣候變化影響，這對油氣管道輸送過程的運行、管理與監(jiān)控提出了很大的挑戰(zhàn)。

油氣管道站控PLC系統(tǒng)是指利用各種自動化監(jiān)測儀表、控制設(shè)備等，對油氣管道運輸中的參數(shù)進行監(jiān)測，并對現(xiàn)場設(shè)備進行調(diào)節(jié)和管理。其目的是在保證安全的情況下，用最經(jīng)濟的方式、最快的手段，將油氣產(chǎn)品輸送至用戶手中。此外，自動化系統(tǒng)還可以降低勞動程度，節(jié)省開支和提高環(huán)境水平。

2 站控PLC系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 站控PLC系統(tǒng)功能分析

（1）對進站、出站和站內(nèi)所有電動閘閥開關(guān)控制及狀態(tài)監(jiān)視。顯示電動閥門的開關(guān)狀態(tài)，并在需要時，控制相應(yīng)的電動閥門。

（2）管線流量調(diào)節(jié)功能。通過調(diào)節(jié)閥及變頻器，調(diào)節(jié)管線流量及管線壓力。

（3）對進出場站，以及場站內(nèi)部管線的溫度、壓力、流量進行監(jiān)測。

（4）報警功能。當(dāng)輸油氣管線內(nèi)參數(shù)超過系統(tǒng)設(shè)置的閾值時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生聲光報警。

（5）數(shù)據(jù)傳輸功能。向調(diào)度中心傳輸模擬量、數(shù)字量以及視頻信號，實現(xiàn)在調(diào)度中心對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠程數(shù)據(jù)采集與控制。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用層式控制結(jié)構(gòu)，包括輸油氣站現(xiàn)場的設(shè)備層、PLC現(xiàn)場的控制層、上位機的監(jiān)控層，具體如圖1所示。

（1）場站現(xiàn)場設(shè)備層：包括壓變、溫變、流量計算機、電動執(zhí)行器、泵、調(diào)節(jié)閥、變頻器等現(xiàn)場儀表設(shè)備，主要完成對輸油氣站輸送流程中各現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)測、油氣管線閥門的開關(guān)及管線流量、壓力的調(diào)節(jié)。

（2）PLC現(xiàn)場控制層：主要由PLC控制器構(gòu)成，主要完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集并上傳給上位機監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的要求控制電動閘閥、調(diào)節(jié)閥、外輸泵、變頻器開關(guān)及泵等現(xiàn)場設(shè)備。PLC可連接普通的IO設(shè)備，也可連接現(xiàn)場總線設(shè)備，PLC可通過擴展模塊進行擴展。

多個PLC之間可以互相通信，多個PLC和工作站，以及相關(guān)的現(xiàn)場設(shè)備共同組成控制網(wǎng)絡(luò)，PLC與上位系統(tǒng)的通信支持冗余。

圖1 站控PLC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（3）上位機監(jiān)控層：由工作站及相關(guān)軟件組成，工作站是一臺常規(guī)的工業(yè)控制計算機，也可以是一臺普通的計算機，主要完成對輸油氣站參數(shù)畫面的動態(tài)顯示、參數(shù)顯示、報警提示、數(shù)據(jù)查詢等功能。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)軟件模塊功能

系統(tǒng)軟件功能模塊主要由六大部分組成，包括：控制中心系統(tǒng)、數(shù)據(jù)報表系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)趨勢系統(tǒng)。這六大功能模塊構(gòu)成整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 站控PLC系統(tǒng)監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)

（1）監(jiān)控中心模塊，采用靜態(tài)圖形和動態(tài)畫面相結(jié)合的方式，形象、直觀的反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運行狀態(tài)，實時刷新各站的油氣溫度、壓力等模擬量。

（2）數(shù)據(jù)趨勢模塊，趨勢曲線直觀地描述數(shù)據(jù)隨時間的變化關(guān)系，包括實時曲線和歷史趨勢曲線。實時曲線是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的圖形化表示，歷史趨勢曲線則記錄系統(tǒng)過去的數(shù)據(jù)信息，方便系統(tǒng)管理員對歷史數(shù)據(jù)及事件進行分析。

（3）數(shù)據(jù)報表模塊，既能實時反映系統(tǒng)生產(chǎn)情況，也能對長期的生產(chǎn)過程進行分析、統(tǒng)計，使管理人員能夠?qū)崟r掌握和分析生產(chǎn)情況。

（4）數(shù)據(jù)庫管理模塊，是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。提供實時數(shù)據(jù)保存，數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)輸出等功能。

（5）報警管理模塊，當(dāng)參數(shù)的實際值超出其設(shè)定的報警范圍時立刻彈出報警畫面，并產(chǎn)生聲光報警，提醒管理員及時處理。

（6）用戶管理模塊，是為了保證正常監(jiān)控的需要，防止誤操作造成重大事故，明確操作人員的職責(zé)范圍，同時兼顧軟件本身的安全性，防止非操作人員誤操作。

3.2 系統(tǒng)軟件工作流程

在油氣管道站控PLC系統(tǒng)中，由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，站場常常要做到無人監(jiān)守，這就需要監(jiān)控軟件全天候工作，故而需要采用輪詢的方式讓PLC系統(tǒng)自動進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、現(xiàn)場設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)的遠程通信，當(dāng)有報警事件產(chǎn)生時，根據(jù)報警級別及時提示管理人員采取人工干預(yù)或由PLC直接進行緊急自處理，油氣管道站控PLC系統(tǒng)的監(jiān)控端軟件工作流程見圖3。

圖3 站控PLC系統(tǒng)軟件工作流程圖

4 結(jié)束語

站控PLC系統(tǒng)在油氣管線中的應(yīng)用，不但可以提高工作效率和管理水平，降低管線的運行成本，同時可以減少人為因素造成的不良影響，降低操作人員的工作強度，保證管線生產(chǎn)安全可靠。

[1]唐相凡.珠三角成品油管道SCADA系統(tǒng)應(yīng)用[J].科技資訊，2011，（16）：102.

[2]馬榮所.淺析油氣管道中SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012，（07）：94-95.

[3]楊海燕.長輸油管道站場監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2014.

[4]余峰.油氣管道閥門遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2006.

[5]王文平.SCADA系統(tǒng)在長輸油管道系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子元器件應(yīng)用，2012（Z1）：51-56.

PLC Station Control System Applications in the Oil and Gas Pipeline

Sun Chao，Yang Guo-feng，Gao Rui-qiang，Li Hui

In the field of oil and gas pipeline，using the automation system to realize the process parameters in the operation of the whole line monitoring becomes more and more important.It is directly related to the safety and stability of pipeline transmission.With the second West East Gas Pipeline Project as background，research on oil and gas pipelines with the PLC system.With the single station control system as the research object，describe the system architecture and software design.

PLC；oil and gas pipelines；monitoring system

TE973；TP273

A

1003–6490（2016）04–0044–02

2016–04–16

孫超（1986—），男，河北廊坊人，工程師，主要從事油氣儲運自動化行業(yè)軟硬件研究工作。