1 項目背景介紹
安徽省皖東北天然氣管道工程地處皖東、北地區(qū),屬于長江中下游平原。為實現(xiàn)構(gòu)建安徽省“三縱四橫一環(huán)”省級天然氣主干管網(wǎng),增強天然氣資源的調(diào)配和應急供氣保障能力,皖東北天然氣管道工程一期擬(干線和皖北支線)建設(shè)干線和皖北支線,鋪設(shè)管道共計 187.3km。該天然氣管道工程是由中石化天然氣分公司濟南調(diào)控中心進行集中統(tǒng)一調(diào)控,在合肥新建監(jiān)視中心一座,在滁州管理處設(shè)置 1 套生產(chǎn)管理機構(gòu)監(jiān)視終端對皖東北管道進行統(tǒng)一監(jiān)視和管理,沿線站場設(shè)置 4 套站控系統(tǒng)(SCS)和沿線閥室 設(shè)置7 套遠程終端單元(RTU),以實現(xiàn)分散現(xiàn)場集中管控,提升工作效率。
其中:
干線:干線管道天長段自蘇皖省界處秦欄閥室接出,管道沿線途經(jīng)滁州市轄天長市、來安縣兩個縣市。終點在來安分輸清管站,沿線設(shè)置 2 座站場,即天長分輸站、來安分輸清管站;4 座閥室,即秦欄閥室、汊澗閥室、半塔閥室,線路全長 88.3km,設(shè)計壓力10MPa,管徑規(guī)格 D1016mm。
皖北支線:起點來安分輸清管站,終點鳳陽末站,管道沿線途經(jīng)滁州市轄來安縣、南譙區(qū)、明光市、鳳陽縣共 4 個縣區(qū)。沿線設(shè)置 2 座站場,即明光分輸站、鳳陽末站;3 座閥室,即張八嶺閥室、管店閥室、小溪河閥室線路全長 99km,設(shè)計壓力 10MPa,管徑規(guī)格 D711mm。
管線宏觀走向圖見圖1。
圖1
2 項目目標與原則
(1)SCADA系統(tǒng)
皖東北天然氣管道工程是由中石化天然氣分公司濟南調(diào)控中心進行集中統(tǒng)一調(diào)控。在合肥新建監(jiān)視中心一座,在滁州管理處設(shè)置 1 套生產(chǎn)管理機構(gòu)監(jiān)視終端對皖東北管道進行統(tǒng)一監(jiān)視和管理,沿線站場 4 套站控系統(tǒng)(SCS)和沿線閥室 7 套遠程終端單元(RTU)。
本現(xiàn)場自動控制系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA),均是采用和利時國產(chǎn)自主可控產(chǎn)品,PLC控制系統(tǒng)由和利時公司的LK系列控制器及相關(guān)設(shè)備組成;ESD控制系統(tǒng)由和利時公司的LKS的控制器及相關(guān)設(shè)備組成。控制系統(tǒng)的HMI軟件使用和利時公司HiaPlantSCADA V3.2.0系統(tǒng)軟件。
上述系統(tǒng)均支持CPU冗余和通訊網(wǎng)絡(luò)冗余功能,采用先進的開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用雙網(wǎng)段、雙網(wǎng)絡(luò)設(shè)備冗余設(shè)計,同時服務(wù)器也采取冗余配置,完成站場及上下游閥室各工藝參數(shù)的檢測和控制,實現(xiàn)工藝參數(shù)的顯示、數(shù)據(jù)處理、報警和數(shù)據(jù)歸檔等功能,保障管線的安全、可靠、平穩(wěn)的運行。
(2)通訊系統(tǒng)
光傳輸系統(tǒng):在天長分輸站、來安分輸清管站、明光分輸站、鳳陽末站配置STM-64 光傳輸設(shè)備,與管道光纜組成光傳輸系統(tǒng),為站場SCADA 數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控圖像、視頻會議、語音業(yè)務(wù)以及 OA 辦公局域網(wǎng)等業(yè)務(wù)提供傳輸通道。
工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng):利用管道光纜構(gòu)建專用的光纖工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng),用于管道沿線各閥室的數(shù)據(jù)傳輸。站場和閥室的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備利用光纜中獨立的兩芯傳輸,分兩個方向傳到就近的站場。閥室的SCADA 數(shù)據(jù)、安防監(jiān)控、話音、陰保等四類業(yè)務(wù)首先上傳到就近的站場落地,然后通過接入站場已有的 SDH 光傳輸系統(tǒng),并通過管線通信傳輸專網(wǎng)上傳至濟南調(diào)控中心和合肥監(jiān)視中心。
視頻監(jiān)控系統(tǒng):采用 1080P 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字高清系統(tǒng),TCP/IP 組網(wǎng)方式,重點監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)、人員出入及活動狀況,預防意外闖入,以便及時發(fā)現(xiàn)隱情,確認設(shè)備故障、非法入侵,做到事前預防,同時可保留影像資料,用于事后追溯。監(jiān)控前端采用 200 萬像素攝像機,包含:智能半球機、智能高速球機、一體化云臺攝像機,防爆區(qū)選用防爆型監(jiān)控前端,主要設(shè)置在場區(qū)內(nèi)工藝裝置區(qū)、主要出入口、圍墻四周、機柜間和控制室內(nèi)。圖像采用 H.265 壓縮,1080P 存儲,存儲時間 90 天。 系統(tǒng)為三級結(jié)構(gòu):站場級監(jiān)視、合肥監(jiān)視中心和管理處監(jiān)視、濟南調(diào)控中心級監(jiān)視。
3 項目實施與應用
(1)SCADA系統(tǒng)分站原則
(2)SCADA系統(tǒng)軟件特點
①核心技術(shù)自主研發(fā),杜絕卡脖子現(xiàn)象。
②基于QT的C++進行研發(fā),提供開放性接口以及定制化需求,與其他系統(tǒng)融合度高。
③具有高安全性設(shè)計,軟件提供基于數(shù)據(jù)的安全機制和設(shè)計完整的數(shù)據(jù)安全訪問機制和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全機制。
④系統(tǒng)采用OT+IT總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,OT總線負責采集數(shù)據(jù)到實時庫/歷史庫的傳輸、以及基礎(chǔ)服務(wù)、組態(tài)工具和數(shù)據(jù)庫之間的通訊;IT服務(wù)總線負責服務(wù)實現(xiàn)框架和管理機制,使各個應用組件的交互。
⑤支持十幾種主流工業(yè)通訊協(xié)議的采集和轉(zhuǎn)發(fā)。
⑥支持實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集存儲。
⑦支持模塊化組態(tài),并提供快捷工具提高組態(tài)效率。
⑧支持流程圖、趨勢、報警、日志、報表、權(quán)限管理、用戶管理等功能模塊。
⑨同時支持C/S、B/S、M/S架構(gòu),可提供客戶端、WEB、APP展現(xiàn)方式。
⑩提供了WebService、WebAPI、API等多種形式的、豐富的對外接口,便于與第三方系統(tǒng)進行定制化信息交互。
(3)項目總體實施情況
①項目準備:召開項目溝通會,交流確定項目調(diào)試安排、進度要求,功能要求、流程圖組態(tài)標準、以及通訊方式等;
②項目實施:成立項目執(zhí)行小組,建立項目溝通群,所有問題群內(nèi)實時溝通,項目經(jīng)理全程掌控現(xiàn)場實際情況;
③梳理設(shè)計文件,確定軟件的功能要求,無法滿足的及時反饋,定制開發(fā)計劃;
④搜集用戶資料,整理資料,討論軟件的架構(gòu),組態(tài)內(nèi)容;
⑤根據(jù)PLC廠家提供的資料,組態(tài)數(shù)據(jù)庫,建立油氣行業(yè)專用符號庫和算法功能塊,創(chuàng)建流程圖模板,搭建軟件基本框架,完成功能測試;
現(xiàn)場搭建軟件框架,完成現(xiàn)場組態(tài),在用戶見證下完成現(xiàn)場聯(lián)調(diào)測試及軟件的功能檢驗;
4 效益分析
(1)通過該項目的實施編寫發(fā)布了《工軟公司油氣行業(yè)HMI設(shè)計作業(yè)指導書》、《皖東北天然氣管道工程一期(干線和皖北支線)SCADA系統(tǒng)報警分析報告》、《皖東北天然氣管道工程SCADA系統(tǒng)操作手冊》等技術(shù)文檔,完成了油氣行業(yè)標準符號庫的建設(shè),為后續(xù)同類項目提供標準模板和指導依據(jù)。
(2)該項目憑借良好的服務(wù)態(tài)度及過硬的技術(shù)手段,贏得了業(yè)主的一致好評,對和利時自主研發(fā)的HiaPlantSCADA系統(tǒng)軟件品質(zhì)給予了極大的肯定,客戶贈予錦旗與表揚信,同時,繼此項目以來中石化皖東北二期三期項目,中石化辛集-贊皇長輸管道項目都已成功中標,達到了市場宣傳效應。
(3)本次涉及自控系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)兩部分,項目范圍包含LK、LKS、SCADA、信息安全、通訊系統(tǒng)等多個產(chǎn)品線,在行業(yè)內(nèi)具有較強示范性,對公司具有重大意義。同時引入2.5D技術(shù),算法,符號庫等功能,項目可參觀性強。
(4)和利時自主研發(fā)的LK PLC和HiaPlantSCADA在此項目上得到成功應用,是自主工業(yè)領(lǐng)域芯片、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、工業(yè)軟件、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與油氣長輸管道項目的完美耦合,擺脫了國內(nèi)工控系統(tǒng)核心技術(shù)對國外的依賴,實現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化,不僅推動了天然氣管道行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,還提升了行業(yè)的整體競爭力。
(5)從經(jīng)濟上,SCADA系統(tǒng)的引入顯著提升了管道的自動化監(jiān)控和管理水平,確保了管道的安全、穩(wěn)定、高效運行,優(yōu)化了整體運營效率,大量減少人工操作和監(jiān)控,從而降低人力成本,從一定程度上有效預防或減少因故障導致的停輸,管道泄露等帶來的損失。
和利時自主研發(fā)的LK PLC和HiaPlantSCADA軟件在此項目上得到成功應用,是自主工業(yè)領(lǐng)域芯片、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、工業(yè)軟件、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與油氣長輸管道項目的完美耦合,擺脫了國內(nèi)工控系統(tǒng)核心技術(shù)對國外的依賴,實現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化,不僅推動了天然氣管道行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,還提升了行業(yè)的整體競爭力。