西气东输自动化系统课件

一、概述

自动化专业包括：西气东输管道工程的自动控制系统和管理信息系统。由它们为西气东输管道分公司提供先进、高效、安全的运营管理平台。一、概述自动化专业包括：西气东输管道工程的自动控制系SCADA系统和MIS框图北京后备控制中心MIS站场系统ALAN(冗余)LANSCADA系统上海调度控制中心MIS上海中心工艺站场（包括首站、压气站、分输站、末站）(哈密、红柳压气站无站场MIS）清管站、分输清管站、阀室、分输阀室卫星通信电路InternetDDNIntranet邮电通信电路操作区（5个）DDN拨号Web服务器MIS服务器路由器个人计算机Internet服务器路由器服务器工程师工作站操作员工作站培训系统RTU卫星通信电路LAN(冗余)SCADA站控系统A拨号路由器主PLC后备PLCInternet调制解调器站内计算机ESDMMISCADA系统和MIS框图北京后备控制中心MIS站场系统AL

自动控制系统将自动、连续地监视和控制管道的运行，保证人身、管道、设备安全，确保为下游用户供气。自动控制系统的监控对象包括：一、概述轮南～上海输气干线3条支干线规划中的支线、地下储气库、门站等。自动控制系统将自动、连续地监视和控制管道的运行，保证人一、概述管理信息系统（MIS）是以“知识管理”为核心、以计算机和网络为工具、提供满足企业管理需求的系统。一、概述管理信息系统（MIS）是以“知识管理”为核心、以计算自动控制和管理水平达到全线各站场可无人操作。清管站、远控干线截断阀室无人值守，位于无人区的2座压气站无人值守；

先进性采用世界上技术先进、性能稳定可靠、性能价格比高的硬件和软件；自动控制和管理水平达到全线各站场可无人操作。清管站、远控干采用技术先进、稳定可靠、准确度高、重复性好的流量计，大大提高了计量系统的系统准确度。

先进性采用技术先进、稳定可靠、准确度高、重复性好的流量计，大大提

设计特性

适用性采用当今成熟的的技术和设备。自动化水平结合了本工程的需求和当前国内外的先进、适用的技术水平。设计特性适用性采用当今成熟的的技术和设备。自动化水平采用的技术方案均可由现有的、成熟的设备和材料实现。

适用性采用的技术方案均可由现有的、成熟的设备和材料实现。适用性流量计口径的选择，充分考虑了国内目前和近期可达到的标定能力。

适用性所采用的控制设备的硬件和软件及系统承包商应在近几年具有类似于本工程的良好业绩。流量计口径的选择，充分考虑了国内目前和近期可达到的标定能力可靠性体现在技术方案、系统配置、设备选型等各个方面。

设计特性

可靠性采用分布式控制系统结构；系统配置采用冗余技术；采用性能稳定可靠的计算机操作系统；计算机系统具有适当的容错能力并在系统软、硬件故障时提供数据恢复手段；可靠性体现在技术方案、系统配置、设备选型等各个方面。

可靠性设后备监控中心提高SCADA系统的可靠性；通信系统采用主备信道；调压和计量系统设置备用；分输调压系统的工作调压阀与监控调压阀采用不同的动力源驱动；可靠性设后备监控中心提高SCADA系统的可靠性；通信系

可靠性采用UPS为自控系统供电；在硬件和软件的选型方面，要求它们应是经过实践生产运行检验、具有良好的可靠性记录、在类似于本工程的应用中被证明是成熟的产品。可靠性采用UPS为自控系统供电；在硬件和软件的选型方面

采取各种适度的技术措施保证人身、设备、管道、信息等的安全，最大限度的降低发生故障和事故的可能性。具体体现在以下几个方面：

设计特性

安全性采取各种适度的技术措施保证人身、设备、管道

安全性严格遵照执行国家强制性标准及规范；在设备、材料的选型和系统设计方面，满足有关标准对防爆、防护、防火等的要求；采用安全可靠的分输压力控制和保护系统，确保为下游用户安全、连续的供气；安全性严格遵照执行国家强制性标准及规范；在设备、材

安全性设管道泄漏检测报警和定位系统，保证管道和沿线的安全；对生产过程进行联锁保护，特别是对压缩机组；设压缩机组故障诊断和分析系统，在线监测压缩机组的工况，分析故障的可能性和判断导致事故的故障件，以避免发生重大事故；安全性设管道泄漏检测报警和定位系统，保证管道和沿线的安

安全性

ESD系统采用独立的、符合IEC61508SIL3要求的设备，可大大提高管道的安全等级；联锁保护和ESD系统均按故障安全型设计；采用独立的可燃气体检测和报警系统；对主要的控制设备和仪表设防雷电保护装置；安全性ESD系统采用独立的、符合IEC61508SIL

安全性在压缩机组、控制中心、站控室等处，设火灾自动报警和灭火系统；设后备监控中心保证数据安全。采用技术手段保证网络和信息的安全；安全性在压缩机组、控制中心、站控室等处，设火灾自动报警和

设计特性

经济合理性

综合考虑技术方案的经济合理性。自动化系统在保证生产安全、可靠、高效运行的前题下，不但考虑建设投资，而且考虑运行、维护/维修本等因素对管道长期综合效益的影响。设计特性经济合理性综合考虑技术方案的经济合理性。自动化

利用当今先进技术，采用融计算机技术、网络技术、通信技术、自动控制技术为一体的监控系统和管理信息系统，使管道的运行和管理达到较高的自动化水平，使输气管道在科学合理的计划、预测指导下，安全、连续、高效的运行，降低运营成本，提高效益。

经济合理性利用当今先进技术，采用融计算机技术、网络技术、控制系统的设计在保证安全的前提下，考虑运行效率。如压缩机组的防喘振控制系统的设定点将根据转速的变化沿着喘振警戒线变化，以保证压缩机组高效运行，降低成本。

经济合理性采用技术先进、性能稳定、质量高的产品，最大限度的降低设备的故障率和备品备件的库存，减少维护维修成本。控制系统的设计在保证安全的前提下，考虑运行效率。如压缩机组

经济合理性采用高准确度、高可靠性的流量计，并设现场标定/比对接口，以减少计量误差带来的损失。采用在线气相色谱分析仪，实时监测天然气的组份，保证计量的准确度，并为精确的热值计量提供条件。采用多种输气管道专用应用软件，为管道的生产过程预测、贸易交接、故障诊断分析、优化运行、制定运行计划等提供工具，降低运营成本。经济合理性采用高准确度、高可靠性的流量计，并设现场标定/二、自动控制系统自动控制系统包括：SCADA系统、站场仪表及自动控制系统。二、自动控制系统自动控制系统包括：SCADA系统、站场

SCADA系统

SCADA系统是以计算机为核心的分布式自动控制系统，由它自动完成对全线的监控任务。二、自动控制系统SCADA系统SCADA系统是以计算机为核心的分布西气东输的SCADA系统包括：上海调度控制中心主计算机系统；北京后备控制中心计算机系统；操作区的只读监视终端；远程监控站；通信系统。

SCADA系统控制中心与远程监控站之间通过广域网连接，通信媒介采用卫星和电信公网。西气东输的SCADA系统包括：SCADA系统控制中心与SCADA系统框图LAN(冗余)LANSCADA系统上海调度控制中心工艺站场（包括首站、压气站、分输站、芙蓉分输清管站、末站）清管站、分输清管站、阀室、分输阀室操作区（5个）路由器工程师工作站路由器服务器工程师工作站操作员工作站培训系统RTULAN(冗余)SCADA站控系统AA路由器主PLC后备PLCESDMMI操作员工作站服务器卫星通信电路DDN邮电通信电路DDN拨号拨号SCADA系统北京后备控制中心通信接口SCADA系统框图LAN(冗余)LANSCADA系统上海调度SCADA系统可选择以下操作模式中的一种进行工作：

SCADA系统站控级。由各工艺站场的远程监控站对所在站自动／手动控制。控制中心级。由调度控制中心对全线集中监视和控制。现场设备级。由站场单体设备（如压缩机组）的控制系统对设备自动／手动控制。就地手动。SCADA系统可选择以下操作模式中的一种进行工作：SCAD

在正常情况下管道沿线各站无须人工干预，各站在上海调度控制中心的统一指挥下完成各自的工作。当上海调度控制中心发生故障时，由北京后备控制中心接管其监视和控制任务。

SCADA系统在正常情况下管道沿线各站无须人工干预，各站在上海调度控

经调度控制中心授权后，可将控制权切换到站控级。当数据通信系统发生故障时，由站控级自动接管控制权，完成对本站的监视控制。当进行设备、通信系统检修或紧急停车时，可采用就地控制。

SCADA系统经调度控制中心授权后，可将控制权切换到站控级。SC

SCADA系统

调度控制中心调度控制中心的主要任务是通过位于管道沿线的远程监控站对全线进行集中监控。SCADA系统调度控制中心调度控制中心的主要任务是上海调度控制中心配置框图激光打印机激光打印机冗余磁盘阵列备用服务器

磁带机USB主服务器100BaseTEthernet-LANA100BaseTEthernet-LANB#2操作员工作站工程师工作站彩色打印机模拟培训系统#1培训工作站#2培训工作站背投影系统GPS报警/事件打印机#3操作员工作站#4操作员工作站#5操作员工作站#1操作员工作站工程师工作站投影仪模拟仿真服务器加密机加密机TCP/IPLANALANBTCP/IP网关服务器Web服务器接MIS防火墙防火墙网关历史实时EFM客户信息历史实时EFM客户信息LANDDN拨号卫星网上海调度控制中心配置框图激光打印机激光打印机冗余磁盘阵列备用SCADA系统在一个大的地理地区监控从现场设备采集的信息。SCADA（SUPERVISORYCONTROLANDDATAACQUISITION）其中SUPERVISORY监视运行CONTROL控制ANDDATA数据ACQUISITION获取和存取信息SCADA系统SCADA系统软件一般由实时数据库和历史数据库组成，实时数据库实现：采集数据监控现场设备产生报警/事件日志执行计算功能能配置成完全冗余系统驱动设备能提供客户应用SCADA系统软件历史数据库从实时数据库获得数据用于报表参数的趋势图冗余配置可按年，月，日时间间隔摘要数据，在线存储老数据自动存入（光盘，也可从光盘读取数据，回到在线的历史数据库）历史数据库人机界面（MMI）图形用户界面显示建立和显示配置•操作员界面不同的操作权限的操作员通过不同的用户名和密码进行登录，从而达到安全的目的。一般情况下有三级控制权限：*监视级-只能浏览流程图和参数，不能对设备进行控制；*操作级-既可以浏览，也可以对设备进行控制，如启停设备、开关阀门；*管理级-最高权限，可修改用户名和密码，并可以修改数据库的内容。人机界面（MMI）站场名称单位数量备注压气站座10包括首站、郑州分输压气站分输站座17其中干线9座、支干线8座。独立清管站座8

分输清管站座4

分输阀室座3

上海末站座1

远控线路截断阀室座139包括支干线2座远控线路截断阀室用户门站座18规划数量地下储气库座1规划数量规划中的11条输气支线的工艺站场座

数量待定调度控制中心监控范围

调度控制中心站场名称单位数量备注压气站座10包括首站、郑州分输压气站分输调度控制中心将主要完成下列任务：

调度控制中心全线启输；增量或减量输送；停输；分输站启/停；压气站启／停；调度控制中心将主要完成下列任务：调度控制中心全线启输；向管道沿线各站下达压力和流量设定值；管道故障处理；发布ESD命令；控制权限的确定；系统时钟同步；数据通信信道故障时主备信道的切换等。

调度控制中心调度控制中心

在上海调度控制中心由于任何原因不能对管道实施正常监控时，后备控制中心将接管系统监控权。

后备控制中心

SCADA系统后备控制中心随时监视和跟踪上海调度控制中心的运行状态，保证数据同步并达到历史数据异地备份的目的。在上海调度控制中心由于任何原因不能对管道实施正常监控北京后备控制中心配置图去上海调度控制中心XIN专线DDN(主信道)去站控系统XI电信公网(备用信道)XIN去站控系统宽行点阵打印机激光打印机…SCADA服务器EFM服务器SCADA历史数据服务器…XIN（卫星(主信道)路由器路由器路由器去上海调度控制中心卫星(备用信道)路由器卫星历史数据库磁盘阵列操作员工作站操作员工作站工程师工作站彩色打印机打印终端防火墙防火墙线路加密机线路加密机通信专业提供LANALANB北京后备控制中心配置图去上海调度控制中心XIN

西气东输管道在轮南、武威、临汾、郑州、南京设有5个操作区。在每个操作区各设1套SCADA系统只读监视终端。它们为每个操作区的有关人员提供所辖管道详细的运行数据和全线的主要运行数据。

SCADA系统

操作区西气东输管道在轮南、武威、临汾、郑操作区SCADA系统只读终端配置框图激光打印机去上海调度控制中心IX卫星(主信道)路由器通信专业提供电信公网(备用信道)计算机监视终端N去上海调度控制中心路由器卫星线路加密机操作区SCADA系统只读终端配置框图激光打印机去上海调度控制站控配置图在管道沿线工艺站场和线路截断阀室设SCADA系统的远程监控站，即站控系统（SCS）和RTU。

远程监控站

SCADA系统站控配置图在管道沿线工艺站场和线路截断阀室设S

远程监控站站控系统主要由过程控制单元、操作员工作站、数据通信接口、计算机网络系统等构成。过程控制单元采用可编程序逻辑控制器（PLC）。操作员工作站采用微型计算机。在沿线29座工艺站场设有站控系统。远程监控站站控系统主要由过程控制单元、操作员工典型站场站控系统配置图线路加密器线路加密器路由器路由器TCP/IPTCP/IP去上海调度控制中心卫星(备用信道)主PLC备PLC流量计算机流量计卫星站控ESD压缩机UCP/ESD压缩机组阴保站现场仪表控制设备火灾检测变电所站控系统操作员工作站(MMI)X去上海调度控制中心XIN电信公网(备用信道)宽行点阵打印机激光打印机通信专业提供I/O(包括数据通信传输信号)LANALANB100BaseTEthernet-LANA100BaseTEthernet-LANB流量计算机流量计……计量系统典型站场站控系统配置图线路加密器线路加密器路由器路由器TCP梯级图语言PLC和RTU采用工程化梯级图语言进行逻辑编程，便于工程技术人员学习和使用。现场所有设备的包括：阀门、压缩机、调压装置等设备的逻辑控制程序均用梯级图语言编制，如图所示为一典型的罐位控制系统和阀门开/关的逻辑控制程序。梯级图语言罐位高信号泵远控罐位低信号控制启泵继电器启泵自锁液位开关液位开关启停泵控制罐位控制逻辑图和流程图罐位高信号泵远控罐位低信号开命令阀门远控非开状态1#计时器时间到控制开阀继电器开阀自锁1#计时器2分钟关命令阀门远控非关状态2#计时器时间到控制开阀继电器关阀自锁2#计时器2分钟1#计时器时间到2#计时器时间到阀门故障报警信息开/关阀门控制逻辑图开命令阀门远控非开状态站控系统的主要功能如下：

远程监控站数据采集和处理;提供人机对话的窗口;信息显示;数据存储及处理;过程控制;逻辑控制;站控系统的主要功能如下：远程监控站数据采集和处理;

远程监控站联锁保护;

紧急停车;报警和事件打印;打印生产报表;执行调度控制中心发送的指令，向调度控制中心发送带时间标志的实时数据。远程监控站联锁保护;执行调度控制中心发送的指令，向调度

在沿线无人值守的清管站、分输清管站、分输阀室、远控线路截断阀室等共设有153套RTU。

远程监控站在沿线无人值守的清管站、分输清管站、分输阀室、远控线RTU配置框图IRTU卫星线路加密机通信专业提供阴保站现场仪表控制设备火灾检测自发电设备RTU配置框图IRTU卫星线路加密机通信专业提供阴保站现场RTU的主要功能：

远程监控站数据采集和处理;模拟和开关量信号输出;数学和逻辑运算功能;自诊断功能;故障报警;执行调度控制中心发送的指令，向调度控制中心发送带时间标志的实时数据等。RTU的主要功能：远程监控站数据采集和处理;调度控制中心与沿线远方监控站之间采用卫星和电信公网进行通信。在主要站点之间卫星与电信公网互为备用，主、备信道自动切换。通常各站点之间采用TCP/IP通信协议进行网络互连。

SCADA系统

数据通信系统调度控制中心与沿线远方监控站之间采用卫星和电信公网进行

计量系统二、自动控制系统的测量系统之一。它是企业进行贸易交接、经济分析、成本核算的主要依据。天然气计量系统是本工程中最重要计量系统二、自动控制系统的测量系统之一。它是企业进行贸易交根据本工程的特点，结合当今国际和国内天然气计量仪表的技术发展和使用情况，经技术经济比较，采用气体超声流量计和气体涡轮流量计作为贸易交接流量计。

计量系统

本工程中贸易交接流量计的准确度等级按0.5级设计。根据本工程的特点，结合当今国际和国内天然气计量仪表的技术超声波流量计基本原理及应用将流体流动时与静止时，超声波在流体中传播情况进行比较，由于流速不同会使超声波的传播速度发生变化，如图示：T1R1R2T2LC+vC-vt1=L/(c+v)t2=L/(c-v)

c-声速；v-流速如果知道了L和c，通过测量时间差Δt(t2-t1)就可以求得流速v超声波流量计基本原理及应用将流体流动时与静止时，超声波在流涡轮流量计工作原理由涡轮、轴承和磁电系统组成。当被测流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转时，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，涡轮将流量Q转换为涡轮的转数ω，磁电系统又把此转数ω转换为电脉冲，经前置放大后进入流量计算机进行计数和显示。如图示：涡轮磁电计算机放大流量Q转数脉冲涡轮流量计工作原理涡轮磁电计算机放大流量转数脉冲站场名称流量计类型公称通径(mm)数量工作方式备注轮南首站超声波流量计DN30043用1备进站计量靖边压气站超声波流量计DN30032用1备进站计量博爱分输站涡轮流量计DN20021用1备出站计量郑州分输压气站涡轮流量计DN15021用1备出站计量薛店分输站涡轮流量计DN15021用1备出站计量滁州分输站涡轮流量计DN5021用1备出站计量镇江分输站涡轮流量计DN10021用1备出站计量常州分输站涡轮流量计DN20021用1备出站计量无锡分输站涡轮流量计DN10021用1备出站计量甪直分输站涡轮流量计DN20021用1备出站计量上海末站超声波流量DN30043用1备出站计量干线站场贸易交接流量计

计量系统站场名称流量计类型公称通径数量工作方式备注轮南首站超声波流量站场名称流量计类型公称通径(mm)数量工作方式南京分输站（至华能电厂）超声流量计DN25021用1备南京分输站（至城市燃气）涡轮流量计DN20021用1备马鞍山分输站涡轮流量计DN15021用1备芜湖末站涡轮流量计DN20021用1备站场名称流量计类型公称通径(mm)数量工作方式合肥末站（至支线巢湖）涡轮流量计DN10021用1备合肥末站（至城市燃气）涡轮流量计DN15021用1备南京~芜湖支干线各站贸易交接流量计

定远~合肥支干线各站贸易交接流量计

计量系统站场名称流量计类型公称通径数量工作方式南京分输站超声流量计D分析仪表二、自动控制系统本设计中采用了在线气相色谱分析仪、水露点分析仪、H2S分析仪等分析仪表，用于天然气的压缩系数和热值的计算、监测天然气中的H2S和水含量。分析仪表二、自动控制系统本设计中采用了在线气相色谱分析

分析仪表分析仪表的设置站场名称气相色谱分析仪H2S分析仪水露点分析仪轮南首站111靖边压气站121博爱分输站111上海末站1分析仪表分析仪表的设置站场名称气相色谱分析仪H2S分析仪水

分输压力控制系统将保证输气管道能够安全、平稳、连续地为各下游用户供气，维持系统下游压力、流量在所需的范围之内，确保系统下游压力不超过允许的压力。二、自动控制系统

分输压力控制系统分输压力控制系统将保证输气管道能够安全、平稳、连典型的压力控制系统典型的压力控制系统分为三级保护和调节：调节型控制阀；自立式稳压阀；安全切断阀。典型的压力控制系统PICPT压力控制器压力变送器压力调节阀上游来气下游供气典型的压力控制系统框图PICPT压力控制器压力变送器压力调节阀上游来气下游供气典型站场名称调压阀公称通径数量（套）工作方式博爱分输站至安阳支线DN20021用1备至济源支线DN8021用1备薛店分输站DN10021用1备定远分输站DN15021用1备滁州分输站DN8021用1备龙潭分输站DN20032用1备镇江分输站DN10021用1备常州分输站DN15021用1备芙蓉分输清管站DN25032用1备无锡分输站DN10021用1备甪直分输站DN20021用1备郑州分输压气站至城市燃气支线DN10021用1备至郑州铝厂DN10021用1备上海末站DN30032用1备干线分输站压力控制系统配置

分输压力控制系统站场名称调压阀数量工作方式博爱分输站至安阳支线DN20021站场名称调压阀公称通径数量（套）工作方式南京分输站至华能电厂DN20021用1备至城市燃气DN15021用1备马鞍山分输站DN10021用1备芜湖末站DN15021用1备南京~芜湖支干线各站压力控制系统配置站场名称调压阀公称通径数量（套）工作方式合肥末站至巢湖支线DN8021用1备至城市燃气DN10021用1备定远~合肥支干线各站压力控制系统配置

分输压力控制系统站场名称调压阀数量工作方式南京分输站至华能电厂DN20021

在各压气站设压缩机组监控系统。该监控系统随压缩机组成套订货。

压缩机组监控系统二、自动控制系统在各压气站设压缩机组监控系统。压缩机组监控系统二、

压缩机组监控系统可实现以下操作方式选择：压缩机组监控系统人工或自动就地控制(Local)；远方自动控制(Remote)；停车（Off）。压缩机组监控系统可实现以下操作方式选择：压缩机组监控压缩机组监控系统压缩机组监控系统将主要自动完成以下功能：按预定程序自动完成压缩机组启动、加载、卸载和停车等操作在所有工况下完成对压缩机组的保护在系统故障或误操作的情况下避免不安全的因素产生显示各种参数与SCADA系统交换信息压缩机组监控系统压缩机组监控系统将主要自动完成以下功能：UCS（包括仪表、硬件、软件等）-数据采集-启动/停车顺序控制（包括各个阀门的顺序控制）-动力源控制（如燃料气、电源等）-速度控制及保护停车-振动监视及保护停车-紧急停车ESD-辅助系统控制及保护停车-天然气超温控制及保护停车-天然气过压控制及保护停车-防喘振控制系统监视/控制信号驱动装置(燃汽轮机或电机)辅助系统燃料气/电源站控系统(包括仪表、硬件、软件)-数据采集-启动/停车命令-出站压力/压缩机进口压力控制系统-顺序控制（包括各个阀门的顺序控制）-ESD-保护系统-燃料气监控压缩机220VAC,50Hz

压缩机组监控方框图UCS（包括仪表、硬件、软件等）监视/控制信号驱动装置(燃汽典型的压缩机的防喘振控制系统压缩机排出管线吸入FICFCV典型的压缩机的防喘振控制系统压缩机排出管线吸入FICFCV三、管理信息系统

管理信息系统（MIS）以信息交流和系统地运用知识为核心，以计算机及网络为工具，以提高企业的管理水平和提高效率为目的。管理信息系统的最终功能和规模应由用户的管理模式和需求决定。三、管理信息系统管理信息系统（MIS）以信息交流和系公文处理档案管理人力资源管理综合统计财务报表物资供应信息发布生产系统数据查询管理信息系统对内主要完成：地理信息个人助理网上培训技术支持电子刊物下载中心通信录信息页面三、管理信息系统公文处理管理信息系统对内主要完成：地理信息三、管理信息系对外以Internet网站的形式设置，主要完成：三、管理信息系统浏览信息发布代理服务电子邮件域名管理电子商务客户投诉等任务。对外以Internet网站的形式设置，主要完成：三、管理信息三、管理信息系统管理信息系统由上海中心网络系统，5个操作区的网络系统，北京后备控制中心、27座有人值守工艺站场、计量测试中心等的终