. . SCADASCADA 系統培訓教材系統培訓教材 . . 基礎部分基礎部分 第一章 SCADA 系統概述.5 一、SCADA 系統基本概念.5 二、長輸管道使用 SCADA 系統的目的和必要性.5 三、SCADA 系統基本組成.6 1.生產經營管理級.7 2.中心監控級.7 3. 站控級.7 4.就地控制級.8 四、SCADA 系統的發展歷程.8 五、SCADA 系統在我國長輸管道的應用情況.9 第二章 長輸管道 SCADA 系統功能.10 一、調控中心主計算機系統的功能.10 二、站控系統功能.12 第三章 SCADA 系統硬件配置.13 一、調控中心主計算機系統.13 1、系統功能.14 2、一般的硬件配置.14 二 站控系統.16 1.站控系統的結構.17 2.站控系統的功能.17 3.一般硬件配置.17 三、遠控閥室.18 四、 通信系統.19 第四章 SCADA 系統軟件配置.20 一、計算機操作軟件.20 二、 SCADA 系統軟件.20 三、應用軟件.23 第五章 SCADA 系統控制邏輯.25 一、 幾種常見控制方式.25 1.順序控制.25 2.聯鎖保護控制.25 . . 3、簡單 PID 單回路控制.25 4.復雜回路控制。.27 二、典型泵站的控制邏輯.28 1.閥門的控制.28 2.機泵的啟停控制.28 3. 收、發球控制.29 4.下載控制.30 5. 站啟、停控制.30 6.全線自動啟、停控制.30 7.聯鎖保護.31 四.水擊及控制.31 第六章 SCADA 系統的安全性要求.32 一、 對油氣管道 SCADA 系統的要求.33 1.安全性.33 2. 先進性.33 3.可靠性好.33 4. 冗余性.34 5.開放性.35 6.模塊化.35 7.擴展性.35 8.可操作性、可維護性好.35 二、SCADA 系統的其他安全性要求.36 1.電源系統.36 2.環境要求.36 3.信號安全要求.37 4.軟件的設計要求.37 5.實現管道的三級控制.37 6. 硬件及網絡安全方面.38 第七章 SCADA 系統的實施過程.39 一、SCADA 系統實施應注意的幾個問題.39 二、系統培訓.40 1.操作人員培訓.40 2.維護人員培訓.40 3.管理人員培訓.41 第八章 SCADA 系統組態.42 一、SCADA 系統網絡的建立.42 二、站控系統組態.42 1.I/O 點的建立以及通道的分配.42 2.與現場設備通訊.42 . . 3.PLC 控制邏輯組態.44 4.站控上位機的組態.46 三、調控中心控制系統的組態.47 1.畫面的組態.47 2.上位機數據庫的組態.48 3.邏輯功能的組態.49 第九章 SCADA 系統測試.49 一、測試的幾個階段.49 1.工廠驗收測試.49 2.現場調試.49 3.現場驗收測試.50 二、測試依據.50 三、測試內容.50 1.硬件及系統軟件檢查.50 2.系統功能測試.50 3.應用功能測試.51 第十章 SCADA 系統維護.52 一、維護人員應具備的知識.52 二、 日常的維護.52 三、 組態修改.54 四、 故障處理.54 1. 常見故障.54 2. 故障處理的一般程序.56 3、故障處理應注意的問題.56 五、大修.56 1.大修準備.56 2.大修內容.57 參考文獻：.59 . . 第一章 SCADA 系統概述 一、SCADA 系統基本概念 SCADA 系統是英文 Supervisory Control and Data Acquisition 的縮寫，即數據采集 與監視控制系統。SCADA 系統的應用領域很廣，它可以應用于電網、水網、輸油氣管網、 智能建筑等領域。它是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它能收集遠處 現場的操作信息，并通過通訊線路將遠方信息傳送到調控中心進行顯示和報告，控制中心 的操作員監視這些信息，并能向遠方的設備發布命令，以實現數據采集、設備控制、測量、 參數調節以及各類信號報警等各項功能。 二、長輸管道使用 SCADA 系統的目的和必要性 1.目的 長輸管道 SCADA 系統是利用各種檢測儀表、執行器、顯示儀表、調節儀表、控制裝置 或電子計算機、通信技術等自動化技術，對管道輸送生產過程進行自動檢測、監視、控制 和管理。其目的是保證安全的情況下，以對供需雙方最少地限制，用最經濟地方式、最快 的手段將產品從供方輸送到用戶手中。此外，使用 SCADA 系統還能改善勞動條件，節省人 力和提高環保水平。 2.必要性 早期的長輸干線管道大部分是點對點的形式，即一個首站，相繼幾個中間升壓站，一 個接收/分配末站，原油從一個站的油罐用泵輸送到下一站的油罐。這是一種非密閉的輸送 方式或稱開式輸送方式，其特點是每兩個站之間的管線都可當作一個獨立的熱力、壓力和 管理系統，對站內自動控制和全線自動化控制及管理要求不高，每個站有人值守即可。 長輸管道距離長，范圍廣，生產指揮難度大，尤其是采用了密閉輸送工藝管道全線構 成了統一的水力系統，管道任意點的擾動都將迅速波及全線，為了保證管道的安全平穩運 行，相關設備必須及時作出正確反映。特別是成品油管道，沿途可能有好多進油和下載點， 還有好幾種油品在管道中輸送，要求操作者必須在規定的時刻對管道的幾百個設備進行正 確的操作；另一方面，隨著管線的增加，越來越多的賒購年產方要通過管理輸送產品，越 來越多的用戶要從管線得到產品，供需雙方對產品質量和供需變化的要求也越來越苛刻； 再者，管線終點越來越接近最終用戶，怎樣防止易燃易爆和有毒產品對雇員、設備和居民 . . 的傷害，保證安全顯得更加重要。最初是由中心調度人員通過電話來指揮管線的運作，傳 統的人工記錄、逐級匯報的長輸管線監控方式已不適應生產調度快速化和城市發展數字化、 信息化戰略的要求。顯然，這種調度支護方式過于緩慢，任務也太繁重，難以滿足密閉輸 送協調運行、供需變化及安全經濟運行的要求。這些要求往往是非人力所能及的，因此需 要借助現代化的自動控制系統管理輸油管道。輸油管道自動化是管道安全、經濟運行的重 要保證，而使用 SCADA 系統可以確保輸油管道的自動化，可以節省了大量人力，大大提高 了生產調度速度，確保管線安全、平穩、經濟的運行。 三、SCADA 系統基本組成 長輸管道 SCADA 系統以 4C（computer,control,communication,CRT）技術為基礎，網 絡結構主要由調度控制中心網絡（DCC） ，站控系統（SCS）,以及通信系統（COMM）三部分 構成。管道 SCADA 系統的配置由遠程終端裝置，控制中心計算機系統，數據傳輸及網絡系 統、應用軟件組成。 公司管理計算機 其他網絡 顯示、打印 經營策略 市場信息 調控中心服務器調度員站 調度員站 工程師 維護 打印 泄漏檢測、 批次跟蹤 站場服務器 操作員站 通信線路 控制器 現場儀表、設備 站場服務器 操作員站 控制器 現場儀表、設備 閥室 RTU 現場儀 表、設備 閥室 RTU 現場儀 表、設備 生產經營管 理級 中心監控級 站控級 就地控制級 MIS系統 站場1站場N遠控閥室N遠控閥室1 生產管理網絡結構示意圖 . . 1.生產經營管理級 1.1 基本功能 它根據管道公司的經營策略，公司所屬其他管道經營狀況及市場信息等，并考慮本管 道生產運行狀況，由生產經營管理級計算機級計算機系統中有關管理軟件作出決策，向本 管道的 SCADA 系統下達生產計劃、管理命令等。其最佳目標通常是獲取最大的經濟效益。 該級還可以對 SCADA 系統進行監督、通過人機接口掌握生產狀況，如系統或站的流程圖及 動態數據、歷史數據與趨勢、有關數據庫并制作圖等。 該級決策的特點是：目標宏觀、決策周期長。 1.2 組成 一般由一個性能較強的微型計算機系統組成，在離 SCADA 較遠時，往往需要衛星、微 波或光纖等遠程通信設施。由于該級不直接參與生產過程控制，因此對該級主機的可靠性 要求不如 SCADA 高，通常不必采用冗余技術。 2.中心監控級 2.1 基本功能 該級負責整個管線的調度和監控，例如對供方和需方產品的監視和計算，產品輸送過 程，對各站下達控制命令，全線生產協調控制（水擊控制、清管、越站等） 。 如果 SCADA 還設有分控中心或稱區域控制中心，則分控中心可以完成上述控制中心的 某些任務。 2.2 組成 控制中心的計算機一般為網絡冗余結構，冗余方法有熱備（自動切換） 、冷備（人工切 換）等。當今，幾乎所有管道控制中心都采用了熱備技術。除主機可熱備用外，外部設備、 關鍵部件也可以采用冗余技術。 控制中心的計算機軟件一般有三類：計算機操作系統，由計算機生產廠家隨機提供； SCADA 系統軟件，一般由 SCADA 系統廠家提供，也可由第三方提供；用戶應用程序，可由 用戶編制，也可由 SCADA 供應商提供或第三方提供。 3. 站控級 3.1 基本功能 站控系統的基本功能是對站內裝置、輔助系統及生產過程進行監督和控制，站控系統 . . 具有下述基本的技術性能：模擬量數據采集模擬量定值設定控制數字量的采集與報 警信號采集數字量控制。 3.2 組成 站控系統一般由工業控制計算機及相應的人機接口、卡件（AO,AI,DI,DO）及通信接口 組成。現在多用 PLC 充當 RTU，大型的站控系統也可以采用 DCS。 站控系統的軟件包括計算機操作系統和用戶應用軟件，用戶應用軟件可在控制中心編 制，下載到 PLC。 4.就地控制級 4.1 基本功能 站內大型設備，如泵機組等，往往配有自己的控制系統，這就是裝置控制系統，它直 接對生產設備進行控制。這類控制系統往往由設備生產廠家配套提供。在長輸管道中，通 常認為就地控制級是指站控級以下，通過各類設備的控制系統，現場手動動作設備。 4.2 組成 在管道系統中，就地控制級主要各類的現場設備以及各智能設備的控制系統。 如上圖，由于生產經營管理級和中心監控級具有接受外部管理及生產過程信息，并據 此對整個生產和經營進行管理的功能，因此，將這兩級合并起來成為管理信息系統，英文 縮寫為 MIS。中心監控級、站控級和就地控制級具有監視控制和數據采集的功能，通常我 們將這三者合稱為監視控制與數據采集系統，即 SCADA 系統。一般來將，我們所說的 SCADA 系統的三級控制主要是指中心控制、站控和就地控制。 四、SCADA 系統的發展歷程 SCADA 系統發展到今天已經經歷了三代。 第一代是基于專用計算機和專用操作系統的 SCADA 系統，如電力自動化研究院為華北 電網開發的 SD176 系統以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠動系統所設計的 H-80M 系 統。這一階段是從計算機運用到 SCADA 系統時開始到 70 年代。 第二代是 80 年代基于通用計算機的 SCADA 系統，在第二代中，廣泛采用 VAX 等其它 計算機以及其它通用工作站，操作系統一般是通用的 UNIX 操作系統。在這一階段，SCADA . . 系統在電網調度自動化中與經濟運行分析，自動發電控制（AGC）以及網絡分析結合到一 起構成了 EMS 系統（能量管理系統） 。第一代與第二代 SCADA 系統的共同特點是基于集中 式計算機系統，并且系統不具有開放性，因而系統維護，升級以及與其它聯網構成很大困 難。 90 年代按照開放的原則，基于分布式計算機網絡以及關系數據庫技術的能夠實現大 范圍聯網的 EMS/SCADA 系統稱為第三代。這一階段是我國 SCADA/EMS 系統發展最快的階 段，各種最新的計算機技術都匯集進 SCADA/EMS 系統中。這一階段也是我國對電力系統 自動化以及電網建設投資最大的時期，國家計劃未來三年內投資 2700 億元改造城鄉電網 可見國家對電力系統自動化以及電網建設的重視程度。 第四代 SCADA/EMS 系統的基礎條件已經或即將具備，預計將與 21 世紀初誕生。該系 統的主要特征是采用 Internet 技術、面向對象技術、神經網絡技術以及 JAVA 技術等技術， 繼續擴大 SCADA/EMS 系統與其它系統的集成，綜合安全經濟運行以及商業化運營的需要。 五、SCADA 系統在我國長輸管道的應用情況 20 世紀 80 年代以前，我國長輸管道基本上是常規儀表檢測，就地控制。90 年代以后， 我國通過開發和引進全面掌握了 SCADA 系統的技術，逐步對在役管道實施改造，對新建管 道進行裝備，基本上使我國長輸管道的 SCADA 系統達到國際先進水平。目前，油氣長輸管 道的計算機監測控制與數據采集系統已經成為管道控制的基本模式。 1.1992 年 7 月投產的輪南庫爾勒管道，全長 192KM,自控系統采用漢字顯示、交互圖 象、語言綜合系統進行監控和管理。 2.1997 年投產的庫爾勒善鄯管道是我國首次面對具有大落差地段的管道，該管道在 100km 長度內落差達 1800m,在該管道上開發的 SCADA 系統解決了大落差管道水擊防護問題， 并且采用衛星通訊技術為 SCADA 系統傳輸數據。 3.2002 年投產的蘭成渝管道是我國第一條真正意義上的成品油管道，管道的 SCADA 系 統，主要包括：成都調度中心，首站、中間加壓分輸站、7 座中間分輸站、末站的儀表檢 測系統和站控系統,10 座遠控線路截斷閥室的儀表檢測系統和控制系統，由成都調控中心 對全線進行監控。 4.由中石化投資興建的西南管線、珠三角管線都已經順利投產，并且使用了非常先進 . . 的 SCADA 系統，所有的控制操作都由中心調度員發出，自動化水平又有了很大的提高。比 如,西南管道 SCADA 系統的設計特點：（1）SCADA 系統是一個分布式的控制系統，所有的 數據庫分布在各站場，采用當今先進的自動化技術，系統控制分為就地、站控和中心控制， 通過軟件設置可較方便完成各權限的切換。 （2）調控中心計算機系統由高性能計算機工作 站、高速數據網及在網絡中運行的軟件等組成高可靠性的實時控制管理系統（3）對油品順 序 輸送和分輸跟蹤監控。 （4）對遠控閥室有效監控以保證管道在大落差山區的防靜壓和防 泄漏的運行安全。 （5）使用光纖通信為通信傳輸主信道，采用公網作為備用通信，以確保 光纖中斷時，能及時切換到公網上保證生產的正常監控。 （5）軟件的軟件先進、成熟，而 易于操作、修改、維護，有較強的人機對話能力。 現在我國的管網建設初具規模，近年來隨著通訊技術的發展，我國的長輸管道控制呈 現區域化趨勢，將某地區的多條管道集中管理，形成區域化管理。在美國，全國管網在休 斯頓設置了一個控制中心，加拿大也在蒙特利爾設置了一個全國管網的調度控制中心。并 且，其對管網的自動化監控程度已經具備相當高的水平。在我國，中石化華北銷售管道網 調控中心和華南調控中心也將成立，屆時每個調控中心都將同時統一指揮幾條管道的運行， 最后將有可能發展成成立全國的管道控制中心，由計算機群管理所屬的管道系統，在計算 機群中的每臺計算機都能隨意切換到某管道上，操作員通過顯示終端監視系統運行狀態， 向沿途泵站的站控機甚至主要設備發操作命令，實現對管道的遙控，SCADA 系統將發揮更 大的作用。 第二章 長輸管道 SCADA 系統功能 一、調控中心主計算機系統的功能 1.監視各站的工作狀態及設備運行情況，采集各站主要運行數據和狀態信息。 監視過程是以掃描方式進行的，即按一定順序依次對各站的 PLC 進行查詢。若發現某 站的運行狀態異常或運行參數超限，則通過屏蔽顯示及打印機打印自動報警。 2.根據操作人員的要求或控制軟件的要求向 PLC 發出操作指令，對各站進行遙控。 因為每個電動閥門都有就地/遠控操作功能，如果置為遠控那么根據操作權限的需要可 . . 以在站場或調控中心控制設備。 3. 根據操作人員的要求，在顯示屏幕上隨時提供有關管道系統運行狀態的圖形顯示及歷史 數據的存儲、比較和趨勢顯示。 3.1 提供動態顯示畫面 通過一定的方式可以比較直觀的顯示管線是處于運行還是停止狀態，如管線的顏色變 化。由于某些泵站流程較為復雜，通過設備及相應管線顏色的變化，操作員可以較為清晰 的顯示當前的油品流程走向。 3.2 自動存儲數據 系統內部可以自動存儲歷史數據。比如參數的變化，操作員的操作記錄，系統內部的 運行情況等。 3.3 趨勢顯示 趨勢顯示是一種提供瀏覽數據的方法，包括實時趨勢和歷史趨勢，實時趨勢用于記錄 生產過程中各參數的動態變化過程，而歷史趨勢則用于提取特定的歷史數據文件。趨勢可 以提供多種方式進行瀏覽，比如棒狀圖，曲線圖，數字列表等。提供顯示連續的趨勢曲線， 還可以讀取曲線上的任意點的實際數據和時間，進行曲線壓縮顯示和細化顯示。每一趨勢 圖可以顯示多個參數的數據，便于各參數的比較。 趨勢調用和顯示，一是為工況分析提供依據，如啟泵或停泵過程壓力及流量的變化， 分輸過程中閥門切換開關導致壓力及流量的變化曲線，我們可以通過這些數據，優化操作 過程；二是系統的監視參數前后的變化，為操作員決策提供依據。運行人員能夠確認管線 上出現的變化的大小以及其對全線的影響，并采取正確的控制以減小其對全線的影響。 4.在顯示終端上進行操作人員培訓 一般 SCADA 軟件都提供一種仿真環境的軟件，即在本機上建立一個仿真控制器，與現 場設備隔離，操作人員可以在此機器上模擬操作，而不影響現場設備的運行。 5、按規定時間間隔記錄和打印各站的主要運行狀態的圖形顯示及歷史資料的比較和趨勢顯 示、報表等。 6.記錄管道系統所發生的重大事情的報警、操作指令等。 6.1 報警 報警的概念：異常情況發生時，以某種方式提示信息給操作員，以引起操作人員的注 意并及時采取措施。 系統報警當服務器與控制器、卡件，及通訊網絡出現故障時，所發出的報警為系統 . . 報警。過程報警當過程控制對象發生異常時，系統所發出的信息為過程報警信息， 當報警條件不存在時，操作員確認后，報警即可消除。 由于全線距離長，設備多，重要的工藝參數多，如果發生異常情況，操作員不能及時 的發現，那么將導致較大的危害，所以我們對較為重要的參數都已經設置了報警提示，當 出現異常時將以聲音或顏色的顯示提示操作員，當然由于設備多，參數多，我們對參數的 重要程度也設置了報警的級別，在一定程度上為操作員減輕了工作量，而且也能夠及時處 理將維護管線運行安全的異常情況。報警的級別可以分為緊急、高報、低報等，每級報警 相應的描述及顏色有所區別，如緊急為紅色，高報為黃色，低報為其他不顯眼的顏色，系 統按照一定的時間順序以及級別的優先順序進行顯示，提醒操作員注意，并督促采取相應 措施。 報警支持中文描述功能。 6.2 事件 事件記錄，記錄某項操作過程或者是系統內部執行的命令，并按照時間的順序進行保 存到歷史數據庫中，且事件是不可以清除的。事件畫面記錄所有的操作過程，包括數據庫 修改和操作員對現場設備的操作、用戶名的更改、級別的更換等信息，為事故分析及工藝 操作過程的分析提供依據,做到凡事有據可查，確保安全操作、責任到人。 7.報表生成和打印 報表有多種格式，比較常用的是 EXCEL 格式。從內容上，報表可以分為日報表、周報、 月報等，根據需要進行編排。報表可以定期生成，且可以實現自動打印，及時準確的提供 參數記錄，減輕操作員的工作量。 8.運行有關的應用軟件，對水擊、檢漏、清管、批量跟蹤等工況進行檢測、控制，進行數 據分析、處理，系統優化模擬、調度決策指導等。 9.時鐘同步功能 通過域控服務器同步全線的服務器，而域控服務器指向 GPS，從而確保整個 SCADA 系 統的時鐘統一、準確，保障整個系統的記錄時間及其相關事件、數據的可靠性和有效性。 二、站控系統功能 站控系統主要由服務器、PLC、智能卡件及其他自動控制設備組成，主要功能如下： 1.過程變量巡回檢測和數據處理； . . 2.向控制中心報告經選擇的數據和報警； 3.提供運行狀態、工藝流程、動態數據的畫面、圖像顯示、報警、存儲、記錄、打印。 4.除執行控制中心的控制命令外，還可獨立進行工作，實現 PID 及其他控制。 5.實現流程切換； 6.進行自診斷程序，并把結果報告控制中心； 7.可燃氣體濃度檢測與消防設施狀態檢測； 8.站場與線路陰極保護參數檢測與記錄； 9.提供給操作人員操作記錄和運行報告 第三章 SCADA 系統硬件配置 一、調控中心主計算機系統 . . 1、系統功能 調控中心作為 SCADA 系統最高級別的一層，主要負責采集站控系統的數據及系統數據 庫的生成，對整個系統的工藝生產進行管理，優化，決策及控制。調控中心負責對全線進 行集中監視、控制和調度管理，是長輸管線 SCADA 系統的核心，一般位于管道的總調度室。 今年來隨著通訊技術的發展，我國的長輸管道控制呈現區域化趨勢，將某地區的多條管道 集中管理，并且成立全國的管道控制中心。由計算機群管理所屬的管道系統，在計算機群 中的每臺計算機都能隨意切換到某管道上，操作員通過顯示終端監視系統運行狀態，向沿 途泵站的站控機甚至主要設備發操作命令，實現對管道的遙控。 一般調控中心布局分為：調度長辦公室、控制室、機房、工程師維護室和培訓室。 2、一般的硬件配置 SMSCS 包括一套完整的帶有標準的（非用戶設計的）硬件與軟件的計算機系統，主要 硬件應包括：管線調度員站（雙 LCD） 、應用軟件工作站（包括泄漏檢測、批次跟蹤和計量 等） 、PLC 的遠程維護及故障處理站、1 臺工程師站（帶 1 臺 A4 彩色激光打印機） 、調度主 管站、培訓站，針式寬行打印機（打印報警及事件） 、A3 激光打印機（打印報告及報表） 、 A4 彩色噴墨打印機，2 臺互為冗余的 SCADA 系統 ；2 臺互為冗余的應用服務器；1 臺域服 務器；1 臺 Web 服務器；一個大屏幕投影儀（DLP 用戶提供）以太網接口，通訊采用局域 網。上述的這些操作站、服務器及投影儀作為該局域網的節點，并通過工程師站（或具有 工