SCADA系统自动分输功能在天然气长输管道分输场站的应用

席竹楼

摘要：燃气输配管理是输气站在生产过程中的一个重要环节，它不仅关系到输气站与用户之间的计量交接，还直接关系到分输用户的安全生产。因此，确保燃气输配的可靠、稳定、高效和安全是输气站的主要工作。SCADA系统自动分输功能为燃气输配的管理提供了有力支持，自动分输可适应现场复杂工况，提高了输配效率、节省了人工成本，在天津管道分输站场中取得了较好的应用效果。

关键词：SCADA系统；自动分输；逻辑优化；PLC

1引言

“十一五”以来，我国经济持续高速发展，对能源特别是天然气这些优质能源的需求迅速增长，带动了各地天然气输气管道铺设和天然气输气场站建设，推动着控制系统向自动化、无人化方向发展。

在运行管理方面，通过对天然气场站进行自动分输改造，是发展过程中的必然环节；改造内容主要涉及控制逻辑优化、PLC程序修改、上位组态修改、通信服务器数据库更新等内容。本文以天津管道公司的唐官屯分输站作为案例进行对无人值守自动分输控制系统进行说明。

2 自动化控制系统现状

唐官屯分输清管站是天津管道工程建设的重要场站，担着唐山方向和邹平方向输气；站内工艺流程与中石油互联互通、与北燃互联互通。工艺现场有三个重点用户，承担用户输气任务，该站过气量大、分输任务艰巨、自控系统复杂。

唐官屯输气站SCADA系统的控制模式分为三级控制，即调控中心控制、场站控制和现场就地控制。在正常情况下，由北京调控中心对全管道进行监视、调度，由场站控制系统下发控制命令，执行具体的控制功能，当场站控制系统发生故障时，现场进行就地操作。

第一级为调度中心控制级：设置在天津管道调控中心，对全线进行远程监控，实行统一调度管理。通常情况下，由调度控制中心对天然气管道进行监视和控制，沿线各输气站场控制无须人工干预，站场的基本过程控制系统在调度控制中心的统一指挥下完成各自的监控工作。

第二级为站场控制级：设置在唐官屯分输清管站，由基本过程控制系统对站内工艺变量及设备运行状态进行数据采集、监视控制，通过SIS系统对站内设备进行联锁保护。

第三级为就地控制级：就地控制系统对工艺单体或设备进行手/自动就地控制。当进行设备检修或紧急切断时，可采用就地控制方式。

调控中心数据采集的实现：PLC系统将场站采集的信号进行处理后，进入远程通信服务器，在远程通信服务器中，进行协议转换，将现场Modbus_RTU协议、Modbus_TCP协议和AB CIP协议转换成IEC104协议，之后，通过不同的路由，传送至站内工作站和调控中心服务器，实现HMI的显示和控制。

3 自动分输系统优化

为了实现分输用户自动分输控制目标，主要工作量是对PLC程序中PID控制逻辑优化。

3.1分输概况

唐官屯分输清管站改造前一路用户调压支路有单独的调压撬控制系统，在控制器触摸屏面板中输入压力上下限，投运后系统便可根据该输入值自动运行，但在实际的生产运行中发现，意外停输较多。

通过改造，在自动分输模式下，基本可以达到无人值守运行状态，值班人员只需输入计划量，设定“高压保护值”、“低流量保护值”、“低温保护值”，投用“到量停输”、“低压连锁”之后，便可实现自动运行。

3.2PLC程序完善

3.2.1增加操作点位

自动分输改造前，场站的控制权限可在中控和站控之间切换，但因场站中个别设备不够稳定、设备故障的远程诊断能力不足、下游用户用气不规律（临时变动）等原因，整个站场的统一调度工作量大、值班人员工作繁忙。为此，开发自动分输控制功能，在PLC程序中增加相应开放式输入点。

3.2.2增加设定写入功能

增加不同权限下数据写入跟随程序。新增的设定值参数允许中心直接写入自动分输压力设定值，也允许场站写入相关参数。自动跟随程序便赋值给相应变量。若权限在中心，选取中心压力设定值为压力自动分输设定值，站场设定值自动跟随中心设定值，以便分输系统在中控和站控之间切换时能做到无扰切换。

3.2.3压力、流量自动分输实现

为实现压力\流量自动分输，在原压力\流量分输逻辑中增加一个压力\流量自动分输设定值参数和输入跟随程序。新增的设定值参数允许直接输入自动分输压力设定值。根据分输系统手动输入的压力\流量设定值作为压力\流量自动分输设定值，站场设定值自动跟随中心设定值，以便分输系统在中控和站控之间切换时能做到无扰切换。

3.2.4 PID算法完善

PLC程序通过PID算法对分输支路调节阀进行控制。根据唐官屯分输清管站运行经验和现场调试情况，在压力自动调节时，调节阀的调节速度过快，超调量大，造成调节阀调节精度不够，同时由于阀门动作频繁，加快了调节阀的磨损，缩短了阀门使用寿命，因此，需要对PID控制器的参数进行重新设定，根据Ziegle-Nchols算法，计算出理论的PID参数，并将参数写入PLC程序中，依据现场工况再对参数进行细微调节。

3.3数据库配置

RCI在SCADA系统中起着协议转换的作用。无论是中心下发的指令或者是从场站采集数据，都需要经过RCI将IEC104协议与Modbus协议进行转换。为了实现流量调节、压力调节等功能，将这些功能相应数据的数据地址、传输方式和处理方式增加至RCI中，以保证这些功能指令在RCI与PLC系统间顺利通讯。

3.4自动分输系统调试

唐官屯分输清管站在自动分输功能测试过程中，本次改造测试针对站内分输用户。试运行过程中功能测试包括：分输系统阀门的就地/远程切换功能、远控状态下电动阀门开关指令、调节阀阀门开度设定及反馈功能、自动分输投用/切除功能、手动/自动切换功能、A/B支路选择功能、日指定输气量下发功能、到量停输功能、剩余平均功能、不均匀系数测试、恒压控制功能、权限切换功能、屏蔽功能、手动校时功能、超压停输、故障保护等；在多次调试过程中，通过优化PID参数，实现了超调减少、阀门频繁动作减少、输气量控制精度提高、输气压力控制稳定等目标；运行压力波动范围完全满足下游用户要求，日指定完成率完全满足生产管理要求。

4总结

综上所述，天津管道公司对场站控制系统进行自动分输改造，减少了调控指令下达时在中间环节流转时间的消耗，保证了执行力度、提高了生产效率；同时，减少了场站值班人员的运行负担，优化了人力资源配置，提高了场站自动化管理的水平。唐官屯分输清管站自动分输功能测试成功表明，在当前情况下，对场站设备进行自动分输改造是完全可行的。

天津管道公司在唐官屯分输清管站的自动分输改造中积累了宝贵经验，对后期其余场站自动分输改造奠定了基础，也为输气场站类似生产工艺控制流程自动分输改造提供了现实依据，对类似生产环境下推广自动分输改造具有切实的借鉴意义。

参考文献

[1]王兴国. 化工自动化控制在安全管理中的应用. 石油化工建设,2022,(05):292.

[2]王百慧. PLC控制系统故障检测与处理功能的实现[J]. 科学与财富,2019,(01):21.

[3]李华. 国产化控制系统在天然气长输管道中的工程实践[J]. 中国仪器仪表,2022,(04):71-75.

[4]武黎爽. 基于天然气长输管道的安全问题及对策研究[J]. 石化技术,2022,27(07):335-339.