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1、 毕业设计（论文）报告 共 页 第 1 页 装 订 线 毕业设计(论文)报告 课题名称 SCADA系统在天然气输送 院 /专 业 班 级 学 号 学生姓名 指 导 教 师：2011 年 05 月 20 日 毕业设计（论文）报告 共 页 第 2 页 装 订 线 SCADA系统在天然气输送中的应用 摘要 随着城市现代化建设的发展,城市燃气管网的规模逐步扩大,用户的种类、数量不断增加,传统的人工调度管理方法已不适应于现代化、大规模的生产和管理的要求。为了加快科技进步,保证燃气安全生产、合理分配、优化调度、使决策者能够及时掌握当前管网运行情况,燃气管网优化设计等,自动化应用到天然气的输送中将提高其效率
2、及降低工作难度，以及便于远程控制。SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition System）的出现，大大对分布距离远，生产单位分散的生产系统以及危险区域的一些数据采集、监视和控制得到了很好的改善。因此，本人选择制作输送天然气场站SCADA系统为课题加以研究。关键字：天然气输送 SCADA PLC 远程控制 毕业设计（论文）报告 共 页 第 3 页 装 订 线 Abstract Along with the city modernization development,the city fuel gas pipe network scale ex
3、pands gradually,users type,quantity increase unceasingly,the traditional manual dispatch management did not adapt in modernized,the large-scale production and the management request in order to speed up the advance in technology,guaranteed the fuel gas safety in production,the rational distribution,
4、the optimized dispatch,will enable the policy-maker to keep abreast of the current pipe network movement situation promptly,the fuel gas pipe network optimize the design and so on,the automation apply the natural gas in the transportation to enhance its efficiency and to reduce the work difficulty,a
5、s well as will be advantageous for the long-distance control.SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition System)the appearance,is away from greatly to the distribution far,the production unit disperses the production systematic as well as the dangerous region some data acquisition,the surveillanc
6、e and the control had the very good improvement.Therefore,I choose the manufacture transportation natural gas airfield SCADA system to study for the topic.Key words:Natural gas SCADA PLC Long-distance control 毕业设计（论文）报告 共 页 第 4 页 装 订 线 目录 第 1 章 SCADA系统简介.6 1.1SCADA系统简介.6 1.1.1 SCADA系统概述.6 1.1.2 SCAD
7、A系统发展历程.6 1.1.3 SCADA系统发展瞻望.7 1.2 SCADA系统控制.7 1.2.1 调度控制中心级.7 1.2.2 站场控制级.7 1.2.3 现场控制级.7 1.3 SCADA系统主要功能及构成.8 1.3.1 调控中心功能及构成.8 1.3.2 站控系统功能及构成.9 1.3.3 SCADA系统网络构成.10 1.4 控制系统的实现.10 1.4.1 控制系统结构.10 1.4.2 监控中心组成和功能.11 第 2 章 顾山输气站自控系统设计.12 2.1 设计目标及原则.12 2.2 硬件设计.12 2.2.1 站控系统硬件结构.12 2.2.2 站控系统硬件设备清单
8、.13 2.2.3 站控系统 PLC模块清单.13 2.3 软件设计.14 2.3.1 顾山站控系统 I/O点数分配.15 2.3.2 顾山站站控系统 PLC配置.16 第 3 章 顾山输气站站控 SCADA软件系统.18 3.1 系统软件操作界面.18 3.2 顾山分输站仪表设备清单.19 3.3 顾山站工艺流程图.20 3.4 流量数据显示.21 毕业设计（论文）报告 共 页 第 5 页 装 订 线 3.5 变送器维护与 ESD命令.22 3.6 长输管线图.23 3.7 参数一览.23 3.8 报警显示.25 3.9 参数曲线.25 3.10 数据查询.27 3.11 远程控制的实现.2
9、8 3.12 系统特点.29 第 4 章 SCADA系统的维护.30 4.1 系统备份与维护.30 4.2 数据库备份.30 4.3 系统常见故障分析及注意事项.32 4.3.1 系统常见故障及分析.32 4.3.2 注意事项.33 4.4 PLC维护.34 结束语.36 谢辞.37 参考文献.38 毕业设计（论文）报告 共 页 第 6 页 装 订 线 第 1 章 SCADA系统简介 1.1SCADA 系统简介 1.1.1 SCADA 系统概述 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域
10、很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。1.1.2 SCADA 系统发展历程 SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了四代。第一代是基于专用计算机和专用*作系统的 SCADA系统，这一阶段是从计算机运用到 SCADA系统时开始到 70 年代。第二代是 80 年代基于通用计算机的 SCADA系统，在第二代中，广泛采用 VA
11、X等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的 UNIX操作系统。第一代与第二代 SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。90 年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的 EMS/SCADA系统称为第三代。第四代 SCADA/EMS系统，该系统的主要特征是采用 Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及 JAVA技术等技术，继续扩大 SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。1.1.3 SCADA 系统发展瞻望 SCADA系统在
12、不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对 SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为 SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：1）SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成 SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为 EMS系统提供大量的实时数据。同时在模拟培训系统，MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据，SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为 SCADA系统的一个发展方向。2）变电所综合自动化 以 RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、
13、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。毕业设计（论文）报告 共 页 第 7 页 装 订 线 3）专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用 利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或出来故障的方法，以达到合理、经济地进行电网电力调度，提高运输效率的目的。4）面向对象技术、Internet技术、及 JAVA技术的应用 面向对象技术（OOT）是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适工具，将面向对象技术（OOT）运用于 SCAD
14、A/EMS系统是发展趋势。1.2 SCADA 系统控制 输气管道的 SCADA系统常采用管理集中、控制功能分散的分布式控制方式，一旦通信系统或调度控制中心设备故障，各站仍能独立地运行。一个完整的输气管道 SCADA系统一般可分为三级控制：调度控制中心级、站场控制级和现场控制级。1.2.1 调度控制中心级 调度控制中心是 SCADA系统的核心，承担着对 SCADA系统进行管理、集中数据处理、监控和数据交换控制等功能，同时实现管道在线模拟、运行优化、计量管理、模拟培训等任务，具有良好的适应性、灵活性和扩展性。在调度控制中心可完成对各个增压站、分输站等站场的数据汇总、数据存储、组态显示、远程控制、远
15、程视频监控等工作。调度控制中心能够进行信息发布，授权用户可以通过网络对生产数据进行查看、浏览、甚至控制；技术人员可通过调度控制中心对各站场的生产参数进行远程设置、远程组态，完成对管道全线的远程监控和统一调度管理。调度控制中心主要由 SCADA主机系统、操作员接口、应用计算机系统、通信设备等组成，它通过信道与分布在管道上各站场的控制系统相连。1.2.2 站场控制级 站场控制系统(站控系统)是保证天然气管道系统安全操作的基础，它通过现场仪表或成套控制设备检测和处理压力、温度、流量以及运行状态等相关数据，并控制相应阀门，同时向调度中心传送必要的数据并接受调度控制指令。站控系统以结构简单，控制逻辑修改
16、简单、扩展性好、可靠性高、通讯方便为设计原则。对站控系统来讲保持站内设备与人身安全是特别重要的。自控系统的检测仪表、操作逻辑和控制设备在设计时应充分考虑它们故障或维护时可能带来的危害。站控系统完成以下主要功能：现场数据的采集、存储和处理；各职能子系统的监控；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；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。输气干线首站、支线首站、气体接收站作为调压计量站主要是接收天然气，向输气干线输送符合管输标准的气体。1
17、.2.3 现场控制级 现场控制主要是指对工艺单体或单台(套)设备进行手自动就地独立的操作。输气管道现场 毕业设计（论文）报告 共 页 第 8 页 装 订 线 仪表的性能和正确的设置直接影响对工艺参数检测的准确性和实时性。一个性能优良的检测仪表能及时可靠地反映工艺参数变化，准确无误地提供给控制系统进行运算和判断，它是实施控制策略的依据。输气管道的压力一般都在 10MPa以下，并且在无凝液条件下运行，所以大多数常规仪表都可适用。仪表检测回路一般按隔爆系统设计，也可按本系统设计。1.3 SCADA系统主要功能及构成 1.3.1 调控中心功能及构成 调控中心是 SCADA系统的最高控制层负责整个管道运
18、行的控制和管理。如图 1.3.1所示：图 1.3.1调控中心结构示意 图中调控中心设有工程师站、操作员站、调度员站、模拟仿真工作站、培训工作站、投影仪工作站。工程师站完成整个 SCADA系统的管理、维护和根据生产需要进行的开发工作。不参加生产运行管理；操作员站控制整条管道的运行完成对各个站场生产数据的监控和生产运行管理工作：调度员工作站完成生产调度工作依据生产运行指标通过操作员站下达调度指令并随时控制生产运行情况。处理紧急事件：模拟仿真工作站与模拟仿真服务器配合通过管道高级仿真应用软件对管道运行情况进行模拟仿真。为生产调度提供依据；培训工作站完成对工作人员的培训工作：投影仪工作站控制调度中心大
19、屏幕的控制功能完成各个站的监控电视的呈现和必要事件的大屏幕显示功能。调控中心配有 2 台互为冗余的实时服务器。安装实时 Versant对象数据库通过 SCADA系统 的 TCfyIP LAN从各个输气站服务器上实时读取和发送生产数据。处理能力超过 10000点 I O 的能力，同时具有存储历史数据功能：配有 1 台历史数据服务器安装 Oracle历史数据库管理系统 对历史数据进行存储和管理：配有 WEB服务器用于对外发布系统生产信息WEB服务器通过网络不断与 2台 SCADA实时数据服务器通信将扫描到的参数送人自身数据库中并通过 WEB SERVER实现用户对 SCADA的相关信息的浏览访问。
20、为了确保 SCADA系统各部分实现时钟同步调控中心 毕业设计（论文）报告 共 页 第 9 页 装 订 线 服务器内置 FEP通讯前置实现时钟同步。通过美国 Turetime公司高精度的 GPs系统为 SCADA系统注入标准时钟信号。通过 NTP协议利用 DNP30 通信协议的时间传输功能控制中心和各场站间的时间同步在 10 ms内 调控中心采用了 Invensys公司的 I A SCADA系统软件。它是基于 UNIX的 Solaris操作系统。客户操作端可选择安装在 Windows 2000操作系统下，具有完整的数据库管理功能并具有图形组态编辑器为客户操作端提供结合生产需要的人机交换界面 1.
21、3.2 站控系统功能及构成 站控系统由互为冗余的 PLC、操作站、流量计算机、10 设备和网络通信设备构成。见图 1.3.2：图 1.3.2站控系统结构示意图 结构图中站控系统核心为 PLC。通过 PLC定期扫描流量计算机和 IO 设备获取生产数据 再由PLC通过网络将数据传输给操作站和调控中心：操作站和调控中心的控制命令也是通过网络传给PLC由 PLC执行命令。站控系统 PLC采用了双机热备机构，以提高站控系统可靠性。PLC采用了高性能的机交换界面图 1.3.1调控中心结构示意施奈德的 QuantuIn系列 67160 PLC其中网络模块、PLC内部网络、电源模块全部采用了冗余配置。扫描速率
22、达到 0 3 msK。操作员站由 1台工业计算机构成安装 Wonderware Intouch HMI软件根据各个站的生产和工艺需要进行组态。操作员站与 PLC通信。获取生产数据信息和发送指令，并根据需要显示、记录生产数据，判断生产状况。发出报警。流量计算机为超声波流量计通过串行接口与 PLC通信。IO 设备主要与现场的压力变送器、温度变送器、电动球阀、电动调压阀连接采集数据和执行 PLC命令。毕业设计（论文）报告 共 页 第 10 页 装 订 线 1.3.3 SCADA 系统网络构成 调控中心与各站控系统局域网采用以光缆通信为主通信线路(光缆为管道同沟敷设的光缆)构成光纤网。针对光缆铺设的光
23、纤网星型结构，DDN(公网)通信为辅助通信线路构成有线网。1.4 控制系统的实现 系统包括场站自动化、输配调度自动化系统(SCADA系统)、公司计算机管理系统。其中，场站自动化系统，采用“分散控制，集中管理”的控制原理:调度自动化系统采用分布式控制系统，把直接数字控制(DDC)、监控及数据采集(SCADA)、远程终端(RTU)和调度管理(Management)、MGS通讯、有线电话(备用)等有机地融合为体，组成调度管理自动化系统。1.4.1 控制系统结构 控制系统结构如图 1.4.1所示：图 1.4.1远程 RTU/门站/储配站/指挥中心网络数据连接拓扑图 RTU的系统结构，既可分散式安装、又
24、可集中组屏，其设计思想符合国际电工委员会 IEC关于变电站自动化系统的规定要求，也可满足老站改造，对己经具有远动 RTU和变送器的厂站可以最大限度地保留原有设备，以节约开支，因此可以保证系统很容易进行再开发。集中式结构:交流采样、遥控、遥信子系统集中组屏。间隔级分站:智能电子装置、电度表、微机保护系统等可真正做到功能上的分布和地理上的 毕业设计（论文）报告 共 页 第 11 页 装 订 线 分散。多 CPU结构、多功能的模块化处理，可实现灵活数据处理和高速度的运算，也可非常简单任意组合实现多功能组合。内部网络管理:可靠、高速实现数据的流向，外部公开网络、RS485/232串行口，可实现多种规约
25、，多种动态智能接口。系统由公司调度控制中心和远程外围子站组成。公司调度控制中心站，采用“客户机一服务器”结构的局域网(LAN),网络采用 loom以太网，遵循 TCP/IP传输协议。1.4.2 监控中心组成和功能 天然气管理输配调度无线通信 SCADA系统的控制中心主要由主控机、后备机、服务器、大屏幕多媒体投影机、电台、铁塔及天线等组成。监控中心主要完成以下功能:大屏幕多媒休投影机动态显示 SCADA系统中每一个 RTU地图中所处位置及该站点的工作状态和实时参数(包括各条线路的交流电压、电流、功率、电度表读数、亮灯率等)。根据该城市所处经纬度及日出日落时间，制定出对应全年的每日开/关灯时间曲线
26、以实时控制路灯的通/断;另外可由控制人员结合具体情况，修改开/关灯时间，并传送给 RTU控制。定时巡检/定点检测 RTU，通过无线 Modem获取 RTU返回的开关状态、数据参数及报警码。在 巡 检 过程中，若发现故障或参数越限，可进行声光报警，并在大屏幕土动态显示以该站点位置为中心的放大地图及相应的工况、实测数据及故障形式。数 据 处 理、存储及报表打印功能。毕业设计（论文）报告 共 页 第 12 页 装 订 线 第 2 章 顾山输气站自控系统设计 2.1 设计目标及原则 系统应具备高可靠性和尽可能强的系统能力，包括：数据采集、安全监控、系统调节控制、系统自动诊断、对生产区内可燃气体泄漏进行
27、监测报警等功能。站控系统在实时接受调度中心监控的同时，还应具备足够的自我支持运行能力，以确保系统的可靠性。调度控制中心的调度和操作人员能通过操作员工作站提供的管道系统工艺过程的压力、温度、流量、水分含量等信息，完成对管道全线的监控及运行管理。本系统主要为顾山输气管道而设计，在设计时需要考虑并实现在保证安全可靠的同时，能充分利用原有资源。2.2 硬件设计 2.2.1 站控系统硬件结构 整个系统的软件建立在 Microsoft Windows2003/XP的平台上。在选择所采用的控制设备时，首先要考查现场使用的各种一次仪表。现场采用的仪表主要有：涡轮流量计、超声波流量计、球阀、调压阀、热敏电阻、压
28、力传感器等。对这些一次仪表或控制设备，需考查其量程、信号形式、信号输入/输出范围、数量以确定与其相连的二次仪表，从而确定采用什么样的数据采集和流程控制方式。在最终确定所采用的硬件设备时，需要考虑系统目标。毕竟解决方案要为系统需求服务。进行综合考查后，拟采用由计算机、RTU（远程终端单元)、安全栅、继电器、流量积算仪等设备组成的控制系统!计算机是实现自动化管理的重要设备，其上需要运行监控软件，由它对系统进行统一管理。RTU标准配置为 4 个输入/输出模块(DI、DO、AI、AO),在点数不够时可外接相应的模块；它还带有 2 个以太网口，可实现本地和远程的高速通信；还具备 232/485通信能力。
29、另外，在 RTU中还可以编写简单的程序，实现与计算机的部分冗余控制。它是计算机与现场仪表的中介。流量计算机用于测量管道中的流量，并能提供其他参数及短期历史数据。继电器用于数字量反馈及控制。天然气站控系统硬件结构如图 2.1.2所示。毕业设计（论文）报告 共 页 第 13 页 装 订 线 图 2.2.1 天然气站控系统硬件结构图 系统的工作过程大致为：现场仪表采集数据，经安全栅（及继电器）将信号传递到 RTU,RTU再通过网络接口连接将数据传递给计算机；计算机对数据进行处理（部分数据由 RTU处理）再经RTU实现对现场设备的监视与控制#与流量相关的部分数据经流量计算仪传递给计算机。2.2.2 站
30、控系统硬件设备清单 表 2.2.2 硬件设备清单 设备名称 数量 厂商 设备型号 双联空开 7 正泰 单联空开 3 正泰 行程开关 1 正泰 三芯插座 1 正泰 AC30-250VAC10A 照明灯 1 国产 220V继电器 1 OMRON MY2NJ-24VDC AC/DC电源 1 菲尼克斯 QUINT-PS-100-240AC/24DC/10A AC/DC电源 1 菲尼克斯 QUINT-PS-100-240AC/24DC/5A 220V电源避雷 1 MTL ZD14409 24 伏电源防雷 1 MTL ZB90548 220V电源避雷 1 MTL ZD14409 220V电源避雷 1 MT
31、L MA15 模拟量防雷栅 3 MTL 2B91333 模拟量防雷栅 2 MTL ZB24547 PT100防雷栅 2 MTL 开关量 3 通道防雷栅 13 MTL 2B24542 RS232-RS485转换器 1 ADAM ADAM-4520 2.2.3 站控系统 PLC 模块清单 表 2.2.3 PLC 模块清单 毕业设计（论文）报告 共 页 第 14 页 装 订 线 模块名称 型号 数量 插槽 底板 电源模块 140CPS12420 1 1 主 CPU底板 CPU模块 140CPU11303 1 2 RIO模块 140CRP93200 1 3 以太网模块 140NOE77101 1 4
32、热备模块 140CHS11000 1 5 电源模块 140CPS12420 1 1 从 CPU底板 CPU模块 140CPU11303 1 2 RIO模块 140CRP93200 1 3 以太网模块 140NOE77101 1 4 热备模块 140CHS11000 1 5 电源模块 140CPS12420 2 1,2 I/O底板 RIO模块 140CRA93200 1 3 模拟量输入模块 140ACI03000 2 4,5 开关量输入模块 140DDI84100 3 6,7,8 开关量输出模块 140DRA84000 2 9,10 2.3 软件设计 软件是整个系统的核心，其质量高低关系到系统的
33、安全性、可靠性及扩展性。软件用于处理数据、控制设备，并要实现与调度中心的协作，同时它还是人机交互的接口。在生产工艺和信息处理需求发生变化时，能与需求保持同步。另外还可实现数据在两者间的无缝交换。软件的人机接口部分设计为图 2.1.3所示:图 2.3人机接口结构示意图 毕业设计（论文）报告 共 页 第 15 页 装 订 线 结构示意图中界面上增加导航条，方便各功能间的转换。张家港末站控制中心主要完成对整个长输管线各个站场的调度控制，同时实时监测站场的所有采集参数。设备主要包括数据库服务器、DCC操作员站、DCC工程师站、本地 SCS工作站、交换机、路由器和相应的 DDN、PSTN设备。监控软件使
34、用 Intellution 公司的 iFix3.5，生产管理软件使用 Microsoft VisualStudio.Net，办公软件使用 Microsoft Office2003，数据库软件使用 Microsoft SQL Server 2000。2.3.1 顾山站控系统 I/O 点数分配 顾山分输站站控系统采用 Modicon Quantum系列 PLC控制器，而此类 PLC具有高性能体系、安全可靠性高、良好的兼容性等特点。顾山站控系统 PLC输入量分别有模拟量和数字量，顾山分输站要求 PLC热备冗余，I/O机架不冗余，具体 I/O点数分配如表 2.3.1所示：表 2.3.1 站控系统 I/
35、O点数分配表 AI 序号 位号 变量名称 通道 防雷栅 AI-1 PT101 进口压力 AI1.1 SAI01 AI-2 PT104 出口压力 AI1.2 AI-3 PT105 高压出口压力 AI1.3 AI-4 PDT101 过滤器压差 1 AI1.4 SAI02 AI-5 PDT102 过滤器压差 2 AI1.5 AI-6 阴保 1 AI1.6 AI-7 阴保 2 AI1.7 SAI03 AI-8 阴保 3 AI1.8 AI-9 TE101 进口温度 AI2.2 SPI01 AI-10 TE102 出口温度 AI2.3 SPI02 DI DI-1 PV101 进口电动球阀开 DI1.1 S
36、DI01 DI-2 进口电动球阀关 DI1.2 DI-3 进口电动球阀过扭距 DI1.3 DI-4 进口电动球阀故障 DI1.4 SDI02 DI-5 进口电动球阀手自动 DI1.5 DI-6 PV102 出口电动球阀开 DI1.6 DI-7 出口电动球阀关 DI1.7 SDI03 DI-8 出口电动球阀过扭距 DI1.8 DI-9 出口电动球阀故障 DI1.9 DI-10 出口电动球阀手自动 DI1.10 SDI04 DI-11 PV103 高压旁路电动球阀开 DI1.11 DI-12 高压旁路电动球阀关 DI1.12 DI-13 高压旁路电动球阀过扭距 DI1.13 SDI05 DI-14
37、 高压旁路电动球阀故障 DI1.14 毕业设计（论文）报告 共 页 第 16 页 装 订 线 DI-15 高压旁路电动球阀手自动 DI1.15 DI-16 FV101 流量计 1 电动球阀开 DI2.1 SDI06 DI-17 流量计 1 电动球阀关 DI2.2 DI-18 流量计 1 电动球阀过扭距 DI2.3 DI-19 流量计 1 电动球阀故障 DI2.4 SDI07 DI-20 流量计 1 电动球阀手自动 DI2.5 续表 2.3.1 DI-21 FV102 流量计 2 电动球阀开 DI2.6 SDI08 DI-22 流量计 2 电动球阀关 DI2.7 DI-23 流量计 2 电动球阀
38、过扭距 DI2.8 DI-24 流量计 2 电动球阀故障 DI2.9 DI-25 流量计 2 电动球阀手自动 DI2.10 SDI09 DI 位号 变量名称 通道 防雷栅 DI-26 ZI101 调压器 1 截止阀 DI2.11 SDI09 DI-27 ZI102 调压器 2 截止阀 DI2.12 DI-28 ESD启动 DI3.1 DI-29 ESD确认 DI3.2 DI-30 ESD复位 DI3.3 DI-31 消音 DI3.4 DI-32 DCC控制 DI3.5 DI-33 手动控制 DI3.6 DO DO-1 PV101 开进口电动球阀 DO1.1 SDO1 DO-2 关进口电动球阀
39、DO1.2 DO-3 PV102 开出口电动球阀 DO1.3 DO-4 关出口电动球阀 DO1.4 SDO2 DO-5 PV103 开高压旁路电动球阀 DO1.5 DO-6 关高压旁路电动球阀 DO1.6 DO-7 FV101 开流量计 1 电动球阀 DO1.7 SDO3 DO-8 关流量计 1 电动球阀 DO1.8 DO-9 FV102 开流量计 2 电动球阀 DO1.9 DO-10 关流量计 2 电动球阀 DO1.10 SDO4 DO-11 阴保触发 DO1.11 DO-12 报警指示灯 DO1.12 DO-13 声光报警 DO1.13 DO-14 ESD启动 DO1.14 DO-15 E
40、SD确认 DO1.15 顾山分输站实际配置 I/O点数：模拟输入 16 点，数字输入 48 点，数字输出 32 点。2.3.2 顾山站站控系统 PLC配置 顾山分输站要求 PLC热备冗余，I/O机架不冗余，流量控制采用一备一用。站内含有两台第 毕业设计（论文）报告 共 页 第 17 页 装 订 线 三方智能仪表。根据该站控系统的要求，PLC的配置示意图（图 2.3.2）如下（连接各个机架的双缆是与每个机架上的 RIO 接口模块相连，本图只是连接参考图）：热备系数据同步光纤MB+网络BM85网桥RS485/Modbus设备I/O机架图 2.3.2 PLC配置图 该系统 PLC具有多种强大的处理能
41、力的 CPU处理器，最多可处理六万多点，以及 300个以上的调节回路。CPU处理器内置通讯端口，包括 Modbus 和 Modbus Plus，并有锂电池保存数据。电源失电恢复后，处理器能够自动重新启动。控制系统能够方便地实现电源模板冗余，I/O 网络冗余，以太网通讯冗余及控制器热备冗余；所有模板的平均无故障时间（MTBF）均大于 20 万小时；所有模板都是带电可插拔型模板，而且每块模板都有自诊断功能，自动诊断出系统中各个部件、网络通讯等的状态。PLC能够方便地与第三方产品通讯。易于升级，处理器的版本升级采用 FLASH方式，只需要更新 CPU操作系统即可；支持全开放的工业以太网，应用层使用开
42、发的工业标准 Modbus，可实现“透明工厂”功能。毕业设计（论文）报告 共 页 第 18 页 装 订 线 第 3 章 顾山输气站站控 SCADA软件系统 3.1 系统软件操作界面 操作系统启动（开启计算机）前应仔细检查计算机的各个接口（计算机电源、显示器电源、显示器数据线、网线等）是否正确连接，如果连接正常则按下计算机前面板上的电源开关按钮，系统将进入启动过程。系统启动的最后一个步骤将提示用户输入用户名和口令，输入相应的用户名及口令即可进入系统。监控系统在操作系统启动时自动运行，用户无需作任何操作。监控系统启动的第一个界面是系统加载界面，进度条表示系统加载的进度，此过程中操作员不要做任何操作
43、，以免影响监控系统的正常加载。图 3.1(a)为 SCADA在全线管道的示意图：图 3.1（a）管线示意图 如图 3.1(b)所示，界面的最上面是系统名称和导航菜单：图 3.1(b)界面菜单栏 依次为：管线图，首站工艺图，末站工艺图，参数一览，数据查询，调度指令，曲线显示，操作记录，参数属性，用户切换，关闭系统功能模块，各功能模块的详细操作在将下面论述。导 毕业设计（论文）报告 共 页 第 19 页 装 订 线 航菜单上还提供日期及时间的显示功能。3.2 顾山分输站仪表设备清单 顾山分输站是锡沙线天然气管道的枢纽站承担了向下游供气以及向高压管道输气的重要任务，场站 SCADA系统与场站工艺区设
44、备联系在一起，具体的设备清单如表 3.2所示：表 3.2 场站仪表设备清单 名称 数量 型号 厂家 主要参数 涡轮 流量 计 2 G400.DN100 ANSI600 荷兰 ELSTER INSTROMET公司 Qmax:650 m/h Qmin:32m/h Pmax:100bar T:-20+60 2 G1000.DN150 ANSI600 Qmax:1600 m/h Qmin:80m/h Pmax:100bar T:-20+60 流量 计算机 2 F1N 荷兰 ELSTER INSTROMET公司 2 FC2000 阴极 保护 系统 1 PC-1B 福建省三明市无线电二厂 供电电源：220
45、V、1 相、50HZ、恒电位范围：0V-3V 防电击保护类型：I 类 EPS应急电源 1 ZMS-22KW 潍坊锦天消防电子科技公司 输入频率:50Hz0.5%输出频率：(逆变)50Hz0.5%输出功率：22KW输入电压：380V 输出电压：380/220V 电池电压：492V 工作时间：90 分钟 UPS不间断电源 1 RT3000 APC 铂电阻温度变送器 2 WZP-24SA 上海自动化仪表三厂 测温范围：200500 压力变送器 4 3051S 北京远东罗斯蒙特仪表有限公司 校验量程：0-8000KPa 最大工作压力：27.6MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V
46、 2 校验量程：0-5000KPa 最大工作压力：13.8MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V 2 校验量程：0-100KPa 最大工作压力：25MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V 1 校验量程：0-8000KPa 最大工作压力：27.6MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V 温度变送器 4 3144P 北京远东罗斯蒙特仪表有限 输出信号：4-20mA 电源电压：12.042.4V 毕业设计（论文）报告 共 页 第 20 页 装 订 线 3.3 顾山站工艺流程图 天然气输气场站的工艺流程可概括为进站-调压-过滤-计量-调压
47、-出战，顾山分输站有两个进气口，分别是川气东送和西气东输进气，进站后先经过调压阀调压，接着气体进入卧式过滤分离器过滤掉固体和液体及粉尘杂质，然后气体通过涡轮流量计计量（涡轮流量计显示数值为工程标准状态下的数值,一般跟下游交接流量是以流量计算机的数值为准。），计量过后再次经过调压阀调压，此次调压要将管道内介质压力调到 2.5MP一下以满足下游燃气公司的供气。图 3.3(a)顾山站工艺流程图 绿色表示站场正处于指示灯下方的控制状态，红色指示灯下方的控制状态无效！操作员可以通过SCS对站内的电动阀、电动平板阀进行控制，同时可以设置计量管线、变送器、过滤分离支路等设备的状态。站手动：操作员只能在现场设
48、备边上手动操作设备的启停 图中共设有两类阀门：毕业设计（论文）报告 共 页 第 21 页 装 订 线 ：电动球阀，绿色表示阀开，红色表示阀关；：手动阀，绿色表示阀开，红色表示阀关；图3.3(a)中共有三种颜色的管线：黄色：天然气输送管线；红色：放散管线；黑色：排污管线。电动球阀操作：点击工艺图上的电动球阀，如图3.3(b)所示：图 3.3(b)电动阀界面 手动阀操作：手动阀没有电动执行机构，故无法直接采集到其状态，需要操作员根据现场的实际情况将手动阀的状态实时的回填到系统中，以供南京调度中心和末站控制中心参考。手动阀只有开关操作，同过点击界面上的开关即可完成。3.4 流量数据显示 如图3.4所
49、示，流031流034表示顾山站的四台流量计，流1-流4 都为涡轮流量计。点击相应的流量计，进入流量数据显示界面为计量支路1（流1）：毕业设计（论文）报告 共 页 第 22 页 装 订 线 图3.4 流量计界面 显示了当前流量计1 的实时、累计数据及重要报警，点击“关闭”退出。3.5 变送器维护与ESD命令 当现场的变送器出现故障或需要维护时，操作人员通过变送器维护界面将相应的变送器设置为维护状态，为调度管理提供及时准确的信息。点击“变送器维护”，进入如下界面图3.5(a)：图3.5(a)变送器操作界面 点击“关闭”退出界面。ESD命令 操作员根据实际情况，在重大事故发生时，可以通过此功能启动E
50、SD系统，此命令等同于在 毕业设计（论文）报告 共 页 第 23 页 装 订 线 PLC机柜上按下“ESD”按钮和“ESD”确认按钮。末站控制中心可以远程启动首站的ESD功能，在首站的控制界面上会弹出ESD命令确认对话框，操作员可以确认或取消命令，当命令30秒内没有被确认或取消，在30秒后自动启动。功能界面如图3.5(b)所示：图3.5(b)ESD执行界面 系统还设有出站超压ESD，当出站压力超过限值，系统会自动触发出站超压ESD报警，并在监控界面上弹出确认对话框，操作员可以根据时间情况确认或复位，当点击确认，系统会关闭相应的出站阀门，当点击复位，则系统出站超压ESD报警取消。3.6 长输管线