摘要：文章介绍了松南气田工程SCDA系统的设计原则、组成和配置，阑述了调控中心、站场和井口控制系统的构造及主要功能，分析了SCADA系统的特点.

关键词：松南气田；SCADA系统；RTU系统；DCS系统；数据库

0前言

松南气田位于吉林省松原市的南部，地处边远、环境条件恶劣。气田项目包括气田井场、集气站、集气处理厂、外输管道及站场、管理基地工程五部分，为中石化东北地区最主要的油气产能区块，担负着为东北重工业城市长春生活生产用气的重要任务。考虑当地的自然条件，为减少工人的劳动强度，实现对整个气田科学调度管理和确保安全生产，需要建设一个现代化运营管理模式的SCADA系统，保证气田供气的稳定和可靠性。

1控制系统概述

松南气田工程控制系统采用SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition System）系统，即数据采集系统。SCADA系统可以实时实现采集站场（井场）数据，为整个松南气田的管理、调度提供必要的综合数据库平台。又可以对站场（井场）工艺流程进行本地或远程的自控控制、进行全面和实时监控。

2控制系统的设计原则

松南气田工程的控制系统的控制水平可以实现在调控中心完成对整个松南气田工艺流程的监控、调度、管理的任务，并满足生产运行需要。该系统的主要设计原则如下：

1）系统的硬件和软件设计考虑具有高度的可靠性和可用性。

2）系统的容量按100%可扩展性考虑，以满足将来工程扩建的需要。

3）系统的硬件在性能上考虑模块化设计，支持热插拔。

4）站控系统、井口远程控制终端（RTU）与调控中心之间的数据传输采用支持“逢变则报”的IEC60870-5-104通信协议。

5）SCADA系统、DCS系统和站控系统的重要设备考虑冗余热备设置。

3控制系统的组成和功能

松南气田工程稴CADA系统以4C （computer，control，com munication，CRT）

术为基础，由调度中心、站控系统、现场测控设备及数据通信网络组成。调度中心是整个气田的管理、指挥枢纽，站控系统包括：1套集气处理站DCS系统、4套集气站及外输站控系统、I4套井场RTU系统，是SCADA系统的控制核心，负责现场测控的集中检测和控制生产。

根据现场控制及操作要求，松南气田工程SCADA系统采用中心控制级、站场控制级和就地控制级的三级控制模式。一级为中心控制：对全松南气田进行远程监控，实现统一调度管理：二级为站场控制：在井口、集气站、外输站场、集气处理厂站通过站场（井场）控制系统对站内工艺流程进行数据采集、监控和联锁，站场控制级权限由调控中心设置确认：三级为就地控制：对工艺单体或设备进行手/自动就地控制。

3.1 SCADA系统调控中心

松南气田调控中心通过采集的现场数据及设备运行状况，动态分析气田的生产状况、为调节控制提供参数数据。在调控中心服务器上及各操作员站上，可以组态系统流程图画面，包括各种要求的温度、压力、流量等参数，阀门开度控制、机泵的工作状态、参数报警，并实现数据存储及故障诊断。

因此松南气田SCADA系统采用技术比较成熟的HoneyWell的Experion PKS（ProcessKnowledge System）过程知识系统，Experion PKS系统拥有强大的SCADA数据采集功能，它将实时数据库和SCADA数据库整合在同I对互为冗余的数据服务器上，实现数据的统一性。此外，每一台操作站都可以组态和操作实时数据及SCADA数据。生活管理调度中心和集气管理站调控中心在一个网络平台上，通过DSA技术能够方便的对调控中心进行全局访问。

3.1.1系统强大的通信接口功能

SCADA通信接口设计既是Experion PKS系统设计的必要组成部分，同时也是体现了控制系统对于第三方设备采集多年的专业经验。

Experion PKS采用最新的MODBUS系统集成技术，通过终端服务器方式与采用Modbus RTU串口设备的第三方设备进行通讯和数据采集。这些终端服务器在RS-232/485和Ethernet之间起到协议转换的桥梁作用。

采用最新的AB Ethernet/IP系统集成技术，通过以太网交换机与采用Ethernet，/IP协议的AB PLC进行通讯和数据采集，组态快捷方便，数据通讯安全稳定。

3.1.2强大的自诊断技术

PKS系统能够对硬件，软件，网络和其它系统故障都做出报警，包括服务器的故障，操作员站的故障，控制器的故障，通讯故障，SCADA采集设备的故障等。一旦检测到故障，就会立刻产生报警，通知操作员。

操作员可以在操作员站上集中实时监控系统的自诊断画面，可以对系统内外设备进行全面状态的检查。

3.2井场RTU系统

松南气田井场设有RTU系统，安装在室外。RTU系统网络连接采用无线数传电台，通信接口为RS-232。采用一点对多点的轮询通信方式与控制中心通信。

RTU硬件采用MOSCAD--M远程终端单元，此模块化的RTU采用该行业都认可的通用协议，其通讯端口可以扩展或升级为多个同时运行的通讯端口。其通信功能可以满足基于本地和广域网的安全通讯。RTU不但满足井场工艺参数的监控及紧急关断功能，还适应安装现场-35℃的环境条件，满足生产需求。RTU系统除完成对各自井口的数据采集、处理、控制和关断外，还作为SCADA系统的井场的现场控制单元，将井场的数据传送给调控中心，并接受、执行调控中心的操作指令。

3.3集气站及分输站控系统

松南气田各外输站场和集气站站控系统由可编程控制器（PLC）和上位机操作站组成，为满足安全和可靠稳定性的要求，站控系统控制器采用经过SIL2认证的安全PLC。PLC作为SCADA系统集气站及分输站的现场控制器，将集气站及分输站的数据传送给调控中心SCADA系统，实现远程监控操作。

PLC硬件设备均选用罗克韦尔Control1ogix1756系列模块构造系统，系统软件采用国际上流行的冗余RSVIEW SE组态软件，能够实现监控调度、数据通讯、值班监控操作、调度指令下发、数据及趋势显示、报警、向网络数据库提供历史数据等。所选用的的模板是具有自诊断功能的模板，且可带电插拔。处理器升级采用FLASH方式，而不需要更换新的处理器。站控系统满足热备冗余配置要求，对硬件的I/O的量化、地址分配设置等采用组态方式来实现。

通讯采用ControlNet网络将控制器和IO端子柜连接在一起，I0端子柜采集外部设备的工作状态。RSVIEW SE安装在计算机上，计算机和PLC之间的通讯连接是通过以太网来实现的。

3.4集气处理站DCS系统

集气处理站为松南气田的核心站场，包括：天然气计量外输部分、脱碳部分、脱水部分、CO2液化部分、CO2储存外输部分、火炬放空部分、消防部分、仪表风部分等，工艺部分多、且控制回路和控制要求高、复杂，因此站控系统采用DCS系统作为作为SCADA系统的集气处理站现场控制单元。完成对站场内的监控任务，实现六种控制调节：压力调节、温度调节、液位调节、流量调节、串级调节（温度流量调节）、顺序调节，达到工艺流程的可靠、平稳运行。

集气处理站DCS系统由过程控制系统（PCS）、紧急关断系统/火气系统（ESD/FGS）组成。除完成对集气处理站的监视控制及生产管理任务外，还作为SCADA系统的现场控制单元，同时接收附近井场RTU的数据，将有关数据传送给调控中心，并接受和执行其下达的命令。

3.4.1PCS过程系统

PCS过程系统选用采用分布式结构的冗余C300控制器，，在开放式的冗余通讯网络上设置了多台系统组件，这些系统组件分别带有独立的处理器，每一个处理器都能进行组态和编程，来实现各自的监控调节任务。该系统应以微处理机为基础，能完成各种控制功能，如：」数字（离散）控制、模拟控制、顺序控制、数据采集功能以及过程接口/操作员接口的功能，并能和主控制室仪表盘协调工作。

C300控制器的组态软件为Control Budilder，支持在线修改、在线编程以及在线下装单个回路或者多个回路，可以在正常开车的情况下进行增删硬件和软件组态的操作，无须中断程序或者切换控制器，并在1秒钟的时间内将修改结果传送到操作站上。

所有C300控制器都具备自诊断功能，不仅是控制器，所有通信卡件、I0卡件均为带CPU的卡件，均具备扩展的自诊断等强大功能，所有控制器硬件系统的诊断结果都以状态信息在系统状态标准显示画面中显示实时状况。

3.4.2ESD/FGS系统

ESD/FGS整个系统和部件都是故障安全型的。选用安全管理系统SM（Safety Manager）。

SM系统的两个控制器模块同时工作，并非冗余架构，也不存在切换的问题，可以在某个控制器模块发生问题时避免切换造成的问题。高度的冗余容错自诊断功能确保SM能在过程安全时间内发挥作用。SM系统还可以完成诊断整个系统，这种自诊断范围包括所有的SM的系统硬件，包括控制器、通讯卡、I/0卡件，系统机柜状态等，且该技术已经获得TV认证。

SM系统配置遵循IEC61508所描述的SIL3标准。当SM自诊断发现其任一模块发生故障时，控制器将强制发生故障的模块失效，确保其输出的准确性。安全输出模块中SM0D功能可以确保在输出电路短路时仍可以切断电路。

4 SCADA系统的特点

4.1容错以太网络

Experion PKS系统的实时控制网络采用容错以太网FTE（Fault Tolerant Ethernet）。

FTE不但提供了容错的特点，也提供了快速网络的应用，及工业以太网的控制应用的安全性。

FTE同时支持FTE节点（Experion PKS系统节点）和普通以太网节点（通常为集成的第三方系统节点或用户应用运行的平台），支持包括控制器在内的设备的基于100M速率的FTE容错以太网控制网络，任何指令均能在1秒钟之内得到执行。同时系统服务器、操作员站和工程师站计算机均配置了连接FTE网络的Intel Pro双通道FTE专用网卡和FTE软件，使之作为FTE节点连接到交换机和FTE网络的控制器通讯。

FTE容错以太网是真正冗余的以太网通讯，在同一个网段内实现，用户无需为两个分开的以太网段增加额外的开支和维护。FTE同时具备网络优先级的设置，确保参与控制的数据优先使用带宽。

FET可以为每两个节点提供4条通讯路径，FTE软件使得任意FTE节点如DCS操作站和控制器等之间都有4条冗余容错的高速数据通讯链路，FTE软件实时监测所有FTE网络的4条路径，同时在所有操作员站上显示所有FTE节点间通讯路径的实时工作状态，并为通讯任务选择4条通讯路径当中的任一正常工作的某一通讯路径，当某一通讯路径检测出故障时，FTE软件能在250ms的时间内实现路径的自动切换和产生报警并记录该事件。

4.2可靠稳定性

可靠稳定性是SCADA系统最重要的特点，松南气田工程的SCADA系统在方案的设置上充分考虑了系统的可靠稳定性。

首先系统具有容错能力，非关键元器件的故障不能影响整个系统的正常运行；其次关键设备采取冗余配置，如服务器、控制器采用双CPU配置。

另外，模块化设计、抗干扰和防雷击措施、热插拔技术和故障的自诊断等一系列措施，也保证了系统可靠稳定性的提高。

整个系统具有统一的数据库，将SCS、DCS、RTU、ESD/F&G和SCADA数据库无缝整合在一起，SCADA系统、SCS系统、DCS系统与ESD/F&G系统通过冗余的以太网连接，系统操作站作为整个系统唯一的操作界面，可以监控所有的系统，可以对各系统进行诊断、维护，为系统操作的可靠稳定性提供了保障。

5结束语

松南气田工程已经顺利投产，SCADA系统在正常生产的自动检测、监视、控制和管理中，起到不可替代的作用。同时还能改善劳动条件，节省人力，提高操作控制水平和工作效率，降低生产成本。随着气田工程的运行，SCADA系统在应用中将进一步优化和完善。