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摘要：文章探讨了新建输气站场SCADA系统(数据采集与监视控制系统)的调试方法，以确保系统在投入运行后能够充分发挥其作用和功能。同时介绍了SCADA系统的组成及作用，并从单体设备调试和系统联调测试两个方面介绍了SCADA系统的具体操作流程。
关键词：输气站场；SCADA系统；智慧化工
0引言
随着天然气管道的快速发展，输气站场的建设和运营越来越依赖于自动化控制技术。其中SCADA系统作为重要的自动化控制系统，对输气站场的稳定、安全和高效运营具有举足轻重的作用。本文探讨在“建管融合”新模式下，新建输气站场SCADA系统的调试方法，以确保系统在投入运行后能够充分发挥其作用和功能。本文分析了在SCADA系统调试过程中，对PLC系统、SIS系统、网络通信设备、网络安全设备、工艺参数监视和报警设置情况、工艺设备状态监控情况、安全联锁保护功能、供配电和发电系统监控功能、火气和火灾系统以及上、下游阀室监控功能等多方面的检查和测试。通过检查测试，发现并解决了一些问题，通过不断调整和优化，提高了整个系统的稳定性和安全性，为后续的输气管道运行提供了有力的保障。
1新建输气站场SCADA系统调试的必要性
SCADA系统是一种对工业生产过程进行监控和数据采集的自动化系统，它能够实现对现场设备的远程监控、数据采集、设备控制等功能，实现生产工艺的自动化、自适应，实现控制逻辑优化，从而实现智能运行的目的。对于新建输气站场而言，SCADA系统的调试是确保其自动化运营的重要环节。通过调试，可以发现并解决系统在设计和安装过程中可能出现的问题，提高系统的可靠性和稳定性，为输气站场的顺利运营提供保障[1]。
2新建输气站场SCADA系统的组成及作用
典型的新建输气站场SCADA系统的基本组成包括PLC系统、SIS系统、上位机系统、第三方智能设备、网络通信设备和网络安全设备等。其作用包括对现场的工艺运行设备进行数据采集、监视和控制，通过可编程逻辑控制器，实现工艺设备联锁逻辑和安全保护功能。如自动分输、过滤回路切换、计量回路切换、调压回路切换、爆管检测逻辑和紧急停站逻辑等，减轻人力的投入，并保证运行人员的安全[2]。典型的SCADA系统配置图如图1所示。
通过冗余以太网交换机将站内局域网分为两个网段，确保通信稳定。PLC系统、SIS系统、串口服务器也均采用冗余架构设计，确保现场数据采集的稳定，PLC系统主要实现现场过程检测仪表的数据采集和阀门等相关设备的控制；SIS系统主要实现了站场ESD功能，当站场发生着火、爆炸、天然气大量泄漏等紧急情况时，通过ESD按钮拍下，触发全站紧急停站逻辑，关闭进出站截断阀、打开放空阀，减少人员伤亡和经济损失；串口服务器主要采集流量计算机、UPS、火气系统、配电系统、发电机及气质分析仪表等第三方智能设备；通讯服务器用于数据存储和通信；操作员工作站用来显示现场工艺参数和设备控制命令的下发；路由器用于与调控中心通信；网络安全设备主要用作识别和阻拦网络中的风险，记录重要工控操作行为。
3 SCADA系统调试内容
SCADA系统调试分为单体设备调试和系统联调测试，单体系统主要包括PLC系统、SIS系统、上位机系统、网络通信设备和网络安全设备等。系统联调主要是指SCADA系统与电气、工艺设备、计量等系统的数据监视和控制功能测试，还包括工艺系统的联锁逻辑测试和安全保护功能测试等。
3.1 PLC系统调试
调试测试内容包括检查各机架工作状态，测试冗余模块工作情况，测试环网工作情况，检查模块的故障诊断与报警上传，测试主备控制器冗余，测试供电冗余，测试通信冗余，检查内存和CPU使用率等。根据运行经验，重点对PLC系统和调节阀阀门进行了断电、上电测试，找出PLC系统在设计和编程时的不足，具体测试项目包括PLC控制器机架断电上电、PLC远程IO机架断电上电、PLC控制器机架与IO机架通信中断、电动调节阀断电上电、PLC系统全量下载程序。
3.2 SIS系统调试
SIS系统主要检查测试内容包括运行状态检查、控制器双网冗余测试、电源冗余测试、主备控制器切换测试、ESD按钮回路测试以及附属设备检查测试等。根据运行经验，重点对蓄电池充放电测试、系统断电测试、全量程下载程序测试。
3.3上位机功能调试
客户端检查数据刷新情况、时钟及自动校时功能、内存、CPU和硬盘空间使用率、报警分级、关键参数历史趋势、第三方设备数据上传、网络冗余情况、用户登录和权限分级、中心/站控切换功能、画面检查。服务器主要内容包括磁盘空间、CPU和内存负荷、网络状态、时钟和自动校时功能、数据库、进程、冗余功能检查和测试、画面和数据库备份等。
3.4网络通信设备功能调试
调试测试内容包括检查交换机工作状态，PWR指示灯绿色常亮，run灯闪烁；查看交换机各在用的接口通信是否正常，对应接口指示灯是否绿色闪烁；检查交换机各在用接口的link是否为up状态；检查时钟及自动校时功能；检查通信是否正常；检查交换机配置、生成树配置情况；检查华为路由器工作状态，是否POWER灯常亮、SYS灯闪烁，iNET灯绿色常亮；查看路由器各在用的接口通信是否正常；用调试笔记本登录路由器，检查路由器各在用接口的PHY和Protocol是否都为up状态，能否在路由器中ping通各在用接口的对端接口的IP；检查时钟及自动校时功能；检查路由器配置、生成树配置情况。
3.5网络安全设备功能调试
调试测试内容包括工控安全审计设备和工业防火墙：查看设备指示灯状态、查看CPU和内存的使用率、检查时钟同步状态、检查接口通信状态；查看设备日志、查看功能模块策略部署和回放测试流量查看安全策略是否生效；查看主机安全卫士策略启用状态；运行测试程序查看安全卫士是否能够阻止运行[3]。
3.6系统联调
系统联调测试内容包括工艺流程控制逻辑测试、工艺参数监视和报警功能测试、工艺设备状态监控、安全联锁保护功能测试、供配电和发电系统监控功能测试、电气和火灾系统测试和上下游阀室数据监控功能测试。
4案例分析
以某新建输气站场为例，开展SCADA系统调试前，编制了测试记录表单，以便逐项进行测试和检查工作。
在PLC系统测试方面，首先对PLC系统的组成和功能进行全面细致的了解，通过对模块进行拔插或断电，来测试模块的冗余功能是否正常；通过随机断开环网通讯节点测试环网通信情况是否正常；通过断开主用控制器供电测试控制器冗余功能是否正常；通过编程软件在线查看PLC的内存和CPU使用率等情况。除了以上常规检查项目外，根据输气管道SCADA系统的运维经验，重点对PLC系统和调节阀阀门进行了断电、上电测试，找出PLC系统在设计和编程组态时的不足，确保站场投产后的供气稳定。
在SIS系统测试方面，主要查看ESD按钮的设置情况，对其回路诊断功能进行检查和测试。
在上位机系统测试方面，主要对实时报警界面中的报警信息、关键参数归档配置情况、天然气组分数据下发、设备控制功能下发等方面进行详细的检查和测试。在网络通信设备测试方面。重点对路由器和交换机的NTP、STP协议的配置情况、VLAN划分情况进行检查，确保功能正常。
在网络安全设备测试方面，重点检查网络安全设备策略配置与现场实际的适应性，确保其能精准地识别和阻拦网络中的风险，记录重要工控操作行为。
在系统联调测试方面，主要分为8大部分，各部分的检查要点如下。
4.1对工艺参数监视和报警设置进行检查
包括检查变送器的量程设置、核对上位机和现场仪表的数值是否一致、检查上位机各压力和温度是否设置报警限值、是否设置关键数据历史趋势等；检查流量计体积流量、质量流量、能量流量、工况体积流量、流速、标况体积累积量、能量累积量、天然气全组分数据及相对密度或标况密度、工况密度、高位发热量、工况压缩因子、压力、温度、体积流量等参数及报警；站控系统与色谱分析仪和水露点分析仪的通信是否正常、是否采集通信状态报警信息、上传站控系统的数据是否齐全、是否与现场一致等。
4.2对工艺设备状态监控情况进行检查
包括电动执行机构、气液联动执行机构、监控调压阀、安全切断阀、电动调节阀、电加热器和声光报警器等状态信号和控制信号的检查，检查阀位状态是否正确、是否有阀门偏差报警、阀门及远控开关是否有效等。
4.3对安全联锁保护功能进行检查
安全联锁保护功能的检查包括ESD紧急停站联锁逻辑的实际动作测试、ESD放空阀误开联锁逻辑功能实际动作测试、电加热器出口超温保护功能测试、气液联动阀爆管功能测试、分输出站压力高联锁保护功能测试等。
4.4对供配电和发电系统监控功能进行检查
重点对高压柜、变压器、低压配电盘、发电机组和UPS相关数据上传和控制功能进行了检查和测试，确保SCADA系统对电力主要数据进行有效监视。
4.5计量和阴保系统进行检查
重点对流量计相对密度或标况密度、工况密度、高位发热量、工况压缩因子等重要参数、气质分析设备数据、阴保设备重要数据的上传情况进行核对和检查。
4.6对火气和火灾系统进行检查
重点对云台扫描式激光甲烷遥测仪、电气系统和火灾系统数据上传和控制功能进行检查和测试。对云台扫描式激光甲烷遥测仪的巡检路径和扫描周期进行检查确认，确保其巡检路径设置合理、巡检周期在要求范围内，保证露天工艺区泄漏检测功能完善[4]。
4.7对上、下游阀室监控功能进行检查
阀室RTU系统主要功能包括阀室内工艺数据采集、监视、控制等功能，并向调控中心传送实时数据，调控中心可远程开关线路截断阀。重点对阀室内气液联动阀状态参数、压力和温度参数、爆管检测功能、高频开关电源参数、阴保系统数据、火灾报警信号、仪表间温湿度检测、蓄电池间温湿度检测、氢气检测、空调和新风系统状态、RTU系统的模块运行状态、门禁状态等进行检查和测试。
4.8对工艺流程联锁控制逻辑进行检查
主要包括正常启站、正常停站、过滤分离支路切换、计量调压支路切换和自动分输等流程自动化控制功能，这些功能是输气管道运行的核心，任何微小的错误都可能影响到整个系统的稳定性和安全性。为了确保这些功能的正常运行，严格按照输气管道控制逻辑相关标准和导则进行逻辑功能的设计检查。逐个检查每个功能的逻辑设计，确保符合标准化的要求。同时，还要对每个功能进行实际动作测试，以确保程序逻辑的准确性和可靠性。结合现场工艺和设备设置，对每个功能进行详细的检查和测试，确保每个功能在实际运行中的准确性和稳定性，为后续的输气管道运行提供有力的保障。
此次SCADA系统调试和测试工作，全程采取严格的质量控制措施，以确保系统的顺利运行并保障生产安全。本次调试过程中发现的问题主要集中在系统配置、软件功能、网络通信等方面，这些问题全面准确反映了设备当前的运行情况。针对发现的问题，技术人员立行立改，及时将SCADA系统恢复至正常运行状态，针对潜在的风险进行深入的剖析和有效的预防。在整个问题处理、故障排查和系统优化过程中，不仅提高了SCADA系统在输气站场中的可靠性和稳定性，同时也积累了丰富的实践经验，锻炼了技术人员的SCADA系统运维技术水平，形成了一系列具有实际指导意义的运维技术文件，为后续站场的安全稳定运行提供了保障。
5结语
SCADA系统的调试是确保其稳定、高效运行的关键环节。通过单体设备和系统联调测试，可以全面检查系统的各个部分，确保其满足设计要求和运行稳定。在PLC系统、SIS系统、上位机系统、网络通信设备和网络安全设备的调试中，需要关注关键功能和性能指标，如冗余功能、通信稳定性、时钟和自动校时功能等。同时，在系统联调过程中，需要结合实际工艺流程和控制逻辑，对各个子系统进行综合测试，确保整个SCADA系统的协调和稳定运行，从而确保SCADA系统在输气站场等工业应用中的可靠性和稳定性。
参考文献：
[1]余霄鹏.浅析长输天然气管道SCADA系统调试特点及方法[J].化工管理，2020(11)：154-155.
[2]李超，焦超，刘达.SCADA系统在天然气管道工程中的应用分析[J].石化技术，2021，28(10)：83-84.
[3]李欣嵘，郭亮，朱同，等.油气管道工控系统网络性能提升与隔离防护[J].油气田地面工程，2022，41(10)：51-58.
[4]董高华，赵廉斌，曹永乐，等.无人输气站露天工艺区泄漏监测方案优化设计[J].化工自动化及仪表，2023，50(3)：383-386.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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新建输气站场SCADA系统调试的实践与探索论文
人参与 2024-09-20 10:35:02 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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