摘要： 本文通过对涩北气田SCADA系统设计的阐述，介绍了自动化技术在气田生产和管理过程中的应用。 Abstract： The article shows the design of SCADA system in Sebei gas field and introduces the application of automation technology in the production and management of gas field.
关键词： SCADA系统；自动化
Key words： SCADA systems；automation
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）30-0170-02
0 引言
随着青海油田涩北气田的开发，相继建成了涩-宁-兰管线、涩-仙-敦管线、涩-格管线、涩-格管道复线等对外供气管线。为保证整个气田的正常生产和对下游的平稳供气，实现自动化控制和管理，青海油田引入配套的自控系统。
目前，在控制领域应用较多的为SCADA系统和DCS系统。SCADA（ Supervisory Control And Data Acquisition ） 是以计算机为基础的生产过程控制与调度管理自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。侧重点于监视和控制，集中了PLC系统的现场测控功能强和DCS系统的组网通讯能力两大优点，性价比高；而DCS即集散控制系统，是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的，侧重于对过程的控制，一般用在比较大的系统中和一些控制要求高的系统中，价格上也相对昂贵。本文结合涩北气田特殊的地理位置和环境，以及对天然气生产的要求，从自动控制功能应用需求出发，阐述了三层结构模式的SCADA系统在涩北气田的应用。
依据涩北气田的开发模式和所处的地理环境，SCADA系统总体结构按“控制分散，管理集中”的原则设计，将系统设计为三层模式结构，由总调度控制中心、区域控制中心、远程终端单元RTU以及数据通讯部分组成。系统设监控中心一座，区域控制中心三座。为了充分利用现有资源，节约开销，根据就近原则，总调度控制中心设置在格尔木，三座区域控制中心分别设在涩北一号气田4号集气站、涩北二号气田9号集气站和台南气田15号集气站，三个集气站都分别为脱水站。SCADA系统采用开放式网络结构，系统总体结构如图1，其中STD为光纤中继器。整个系统设计能很好实现分散控制，减轻了各个站控系统的控制负担，对整个气田的开发和天然气处理进行有效地自动化控制，解决了各个集气站检测变量较多观测点也比较分散的问题。下面对SCADA系统的三层模式结构进行详细阐述：
1 总调度控制中心MCC （Master Control Center）
总调度控制中心设在格尔木石化基地，MCC结构如图2所示。调度中心采用光纤通信方式，使用改进的MODBUS通信协议，来提高通信的准确率。硬件设备包括：服务器两台（其中一台是主服务器，另一台是备用服务器）、操作员终端两台、工程师终端两台、管道模拟终端一台、打印机一台、投影仪一台、相应的配套系统、UPS子系统和一些必须的外设设备，由相应的组态软件实现调度中心的各项功能。
调度中心每天24小时接收各区域控制中心的信息、数据。实现对涩北一号气田、涩北二号气田及台南气田天然气采气、输气、脱水、增压生产进行调度管理和监视控制，保障气田稳定运行。当生产过程出现故障时，系统自动声音报警，操作员工作站根据实际情况，发出控制信号，通过前端机将无线信号传递到LCC或RTU，从而达到对整个气田的统一控制。
为了保证系统安全可靠运行，本SCADA系统采用服务器双机备份系统，当一台服务器出现故障时，另一台服务器自动转换为服务器，服务器的操作系统采用UNIX，其它计算机的操作系统采用标准的Windows，来保障系统安全正常工作。调度中心的工程师站是系统工程师的控制台，为工程师提供系统控制编程和调试平台功能，可对整个SCADA系统进行诊断，并进行模拟培训等功能。
SCADA系统调度中心包括2台操作员站，操作员站监视系统的运行状况，系统报警可在操作员站显示出来，并可直接对警报做出应答，完成操作控制任务。操作员站配有打印机和投影仪，可完成日志、统计报表等的生成工作。
2 区域控制中心LCC（Local Control Center）
区域控制中心是局部管理及控制级，是各个气田最重要的控制中心，可直接对下级的远程终端单元RTU进行控制，接收集气站RTU、井口、脱水装置、增压站RTU上传的数据，向RTU下达指令，完成对RTU的采集数据的处理、显示、报警、发布功能，实现对集气站（RTU）进行远程控制。区域控制中心除完成对所处站场的监控任务外，还负责将所有场站传过来的数据存储并处理，完成向系统上一级提供数据的功能，同时接受和执行调度控制中心下达的命令，实现区域控制的功能。
3 集气站RTU（Remote Terminal Unit）
RTU是整个气田自控系统的基础控制单元，设置在各个集气站，也是SCADA系统的基本组成单元。远程终端RTU完成对管网和站场的工艺过程、控制设备的数据采集、控制、报警连锁、天然气流量计算等。RTU远程I/O模块采用Modbus通信协议，通过无线方式实现与RTU之间的数据传输。每个RTU子站可独立完成本站范围内现场数据的监测和控制，并通过无线方式与监控调度控制中心进行实时数据交换。
RTU选用支持远程I/O模块的控制器，控制器可安装在各个集气站的控制室内，远程I/O模块放在现场防爆接线箱内，要靠近生产区。这样大大节约了电缆的投资，提高了系统的可靠性，并且维护方便。集气站RTU站控系统结构图如图3所示：
4 结论
SCADA系统在涩北气田的应用，不仅提高了整个气田运行的可靠性和安全性，减轻了工作人员的负担，提高了生产效率，而且在实现青海油气田田数字化的进城中起到重要推动作用，为青海油田的进一步发展奠定了基础。
参考文献：
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