CN110285323A - 基于scada系统的天然气管线标准化集成模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，包括进站模块、调压模块、计量模块、收发球模块以及自用气模块，进站模块集成了天然气进站的温度、压力、分离器液位功能，并且还能对这些参数进行数据采集、显示、控制、数据管理功能，调压模块集成有温度、压力、调节阀、安全切断阀功能，并且还能根据出站压力进行调压、安全切断、参数采集、显示、控制、数据管理功能。本发明，具备提高组态效率，减少组态的错误率，可进行模块化批量数据处理的优点，解决了现有技术应用具有广泛性，适用于电力、水力、罐区等多种领域，但对天然气长输管道站场多、检测点多、组态复杂、效率低下、易发生错漏等特点和问题，不具有专业性和针对性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及天然气长输管道SCADA系统技术领域，具体为基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块。
背景技术
SCADA系统在电力、水力、热力、通讯等多领域已有广泛应用，这些行业均开发有自己专用的SCADA系统。近年来我国天然气长输管道行业迅速发展， SCADA系统在长输管道上普遍采用，但缺少行业专用的SCADA系统。要开发专用的SCADA系统，就必需开发具有针对天然气长输管道组态模块的核心部件。本发明通过对天然气长输管道站场控制的研究，提出了一套高效的基于天然气长输管道SCADA系统的标准化集成模块组态技术。
天然气长输管道SCADA系统，但是目前采用的技术都是以单个检测点为单位模块的组态技术，缺乏针对性。天然气长输管道站场多，检测点成千上万。按照常规的方式存在以下问题：组态复杂、效率低下、组态周期长等问题；检测点多，容易在组态时检测点发生错漏，一旦发生检测点错漏，要从繁多的检测点中，找出错漏的检测点，非常困难；每个检测点的参数需要单个设置，工作量大，容易发生人为参数设置错误。
针对上述这些问题，输气站场的工艺已基本实现标准化的设计，各场站之间存在高度相似性，包括控制对象、监控参数、生产工艺以及操作方式等。这为天然气长输管道SCADA系统的标准化集成模块组态技术实现提供了必要的前提条件。
鉴于此，本发明，提供一种天然气长输管道SCADA标准化模块集成技术，该技术是根据天然气长输管道各站场标准化的流程，将站场流程分成多个标准化集成模块；在SCADA系统中生成标准化的集成模块控制策略；在各站场组态时，通过重复调用这些标准化的集成模块控制策略，快速地完成各站场的组态工作，采用了天然气长输管道SCADA系统的标准化集成模块组态技术后，可有效克服上述问题，大大提高组态效率。
发明内容
本发明的目的在于提供基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，具备提高组态效率，减少组态的错误率，可进行模块化批量数据处理的优点，解决了现有技术应用具有广泛性，适用于电力、水力、罐区等多种领域，但对天然气长输管道站场多、功能类似、检测点多、组态复杂、效率低下、易发生错漏等特点和问题，不具有专业性和针对性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，包括进站模块、调压模块、计量模块、收发球模块以及自用气模块。
优选的，所述进站模块集成了天然气进站的温度、压力、分离器液位功能，并且还能对这些参数进行数据采集、显示、控制、数据管理功能。
优选的，所述调压模块集成有温度、压力、调节阀、安全切断阀功能，并且还能根据出站压力进行调压、安全切断、参数采集、显示、控制、数据管理功能。
优选的，所述计量模块集成有温度、压力、流量功能，并且还能对流量进行温、压补偿、参数采集、显示、控制、数据管理功能。
优选的，所述收发球模块集成了压力、阀门、通球指示功能，并且还能完成收发球的自动控制、数据采集、显示、数据管理功能。
优选的，所述自用气模块集成有温度、压力、流量、调节阀功能，并且还能完成压力调节、温度、压力、流量的数据采集、显示、控制、数据管理功能。
优选的，所述进站模块、调压模块、计量模块、收发球模块与自用气模块之间呈并列关系，且各个模块之间输出参数可供其他模块共享。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过天然气长输管道 SCADA标准化模块组态技术，将站场流程分成进站模块、计量模块、调压模块、自用气橇模块、收发球模块这五个标准化集成组态模块，制定标准化的集成组态模块控制策略，制定设备命名、参数定义的标准，规范场站监控组态实施，基于标准化的建设，实现模块化的应用。在新建站场时，通过调用这些标准化集成组态模块，快速完成组态工作的部署，通过这种方法可大大提高组态效率，提高组态的准确率，可有效防止组态时检测点遗漏。标准化集成组态模块便于参数批量设置、批量修改、批量调用、便于系统统一管理。
附图说明
图1为本发明模块示意图；
图2为本发明结构示意图。
图中：1-进站模块、2-调压模块、3-计量模块、4-收发球模块、5-自用气模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，该技术是基于图模一体化技术的基础上，按PID图标准化分块，实现标准化集成模块建模，实现步骤：
Ⅰ.对站场标准化的模块进行组态；
Ⅱ.固化生成新的集成模块；
Ⅲ.保存；
Ⅳ.调用。
基于天然气长输管道SCADA系统的标准化集成模块组态技术包含有针对天然气长输管道站场专门开发的标准化集成模块控制策略数据包，由进站模块1、调压模块2、计量模块3、收发球模块4、自用气模块5等组成。
进站模块1集成了天然气进站的温度、压力、分离器液位功能，并且还能对这些参数进行数据采集、显示、控制、数据管理功能。
调压模块2集成有温度、压力、调节阀、安全切断阀功能，并且还能根据出站压力进行调压、安全切断、参数采集、显示、控制、数据管理功能。
计量模块3集成有温度、压力、流量功能，并且还能对流量进行温、压补偿、参数采集、显示、控制、数据管理功能。
收发球模块4集成了压力、阀门、通球指示功能，并且还能完成收发球的自动控制、数据采集、显示、数据管理功能。
自用气模块5集成有温度、压力、流量、调节阀功能，并且还能完成压力调节、温度、压力、流量的数据采集、显示、控制、数据管理功能。
进站模块1、调压模块2、计量模块3、收发球模块4与自用气模块5之间呈并列关系，且各个模块之间输出参数可供其他模块共享。
标准化集成模块替代多个单功能模块，完成多个单功能模块的功能，由单个集成模块替代完成多个单功能模块的数据采集和处理。同一站场每个集成模块按集成块分类自动生成模块代号，每个模块数据，按模块代号集中存放。便于模块数据调用和批量处理。
天然气长输管道上场站与场站之间，存在高度相似性，包括控制对象、监控参数、生产工艺以及操作方式。因此，可在既有站控系统基础上研究如何将控制算法标准化封装，同时制定设备命名、参数定义的标准，规范场站监控组态实施，基于标准化的建设，实现模块化的应用。站场控制组态可快速在新建场站时进行复制和修改，在调控中心SCADA组态扩容时，由于标准化的接口定义，也可以实现最小成本的集成和扩容，最大限度的保证维护成本。
程序块尽量细化，方便阅读，将同一类型的设备控制放在一个程序块中。正常情况下使用FBD功能块进行编程，由于它具有图形表达方式，能较简单和清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有的像死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上能直接编程方便别人阅读，故采用此编程方式；在FBD功能块无法实现目标功能的情况下，允许使用其它编程语言进行编程。
对于功能相同并且可以重复调用的部分程序，可以先通过自定义功能块进行封装，然后再在主程序段中进行调用，如电动球阀的控制功能块等。程序要有注释，变量及中间变量必须有描述，方便别人阅读或以后查阅，变量的命名方式及注释描述方法参考浙江中控技术股份有限公司《SCADA系统上位机标准化组态技术规定》第4章变量命名规则部分。定期做程序备份，宜以工程名称+当天日期进行命名保存。对重要程序加密，防止别人窃取。
Ⅰ.硬件组态规范
组态文件命名规则按照BPCS_站代码，如唐官屯分输清管：BPCS_301；
CPU命名与组态命名文件一致；
功能模块命名安装模块功能命名，如EN2T、CNBR；
IO模块命名按照其所属槽位命名从0开始，如M01、M02……。
Ⅱ.硬件配置规范
CPU启用冗余Redundanry配置，启用时间同步,IO内存容量不超过50％，数据逻辑内存不超过50％，其余配置默认；
1756-EN2T IP地址按照《E-SCADA-1112_FDS_Network_V02》功能规格书设置，槽位号1，其余配置默认；
1756-CN2R槽位号3，其余配置默认；
1756-CNBR机架13槽，其余配置默认；
DI模块1756-IB32滤波时间1ms，其余配置默认；
DO1756-OB32模块program模式时所有通道输出关闭，fault模式时所有通道输出关闭，program模式时保持program模式输出；
AI模块1756-IF16通讯格式--浮点单端，无警报；通道配置输入范围0～ 20mA，20mA对应20000，4mA对应0，注意所有通道均应修改；其余配置默认； AO模块1756-OF8硬件位号及中间变量组态规范请参照《E-SCADA_FDS_BPCS 设备编号及定位》文件进行命名。
Ⅲ.程序段划分及命名规则
程序段命名根据设备种类及实现功能的不同进行分类，一般情况下分为以下程序段：
Valve——阀门控制，实现球阀、放空阀、气液联动阀等各类具备远程控制的阀门的远程开关操作及信号反馈功能。
Analog-CHG——模拟量量程变换，根据卡件精度及模拟量实际量程进行量程变换，供上位机正确显示；
*PID——实现电动调节阀的PID控制功能；
Switch_FE——实现计量调压支路连锁切换功能；
Switch_FS——实现过滤分离器支路连锁切换功能；
Switch_CC——实现旋风分离器支路连锁切换功能；
Valve——阀门单体控制程序
ESD——实现站场BPCS ESD紧急关断相关功能除SIS之外的ESD相关动作；
Modbus-Flow——实现流量计算机的数据读写功能；可以根据流量计算机的型号和数量再进行适当细分
Modbus-Pressure——实现调压撬的数据读写功能；
Modbus-Other——实现其它具有Modbus通讯协议设备的数据上传工作，包括发电机、UPS、气液联动阀等；
Alarm——用于实现设备报警或系统报警功能，包括UPS失电报警、24V 机柜电源失电报警、卡件故障等；
Other——不在上述程序段范围内的其它程序或功能，可能因为站场的不同略有不同。
对每个程序段，应对程序内容增加注释，至少对每个设备或每个数值转换增加相应的注释，以增加程序的可读性。
Ⅳ.PLC地址规划
PLC的地址应进行合理规划，尽量采用连续地址，减少空段，并编制IO 清册，注明IO地址、定义的变量及对应的IO/内存地址，能对程序中使用的所有地址在该清册上有集中反映。如在原系统上增加新的I/O变量，需提前和原上下位机的I/O变量地址进行核对，不得出现地址重复现象，以免运行后出现故障。以一个阀室的所有DI输入信号示例见图2中表格。
程序的开发应实现浙江中控技术股份有限公司《SCADA系统调试技术规定》第4至6章的技术要求，对于功能相同并且可以重复调用的部分程序，应使用自定义功能块调用，并对自定义功能块进行单独管理、研究、测试，并不断优化。对不同功能的自定义功能块采用专用命名并统一管理，如有新增功能块则做相应的增加，如Valve_Control2——二级用户阀门操作、 Valve_Control3——三级用户阀门操作、ANA_AI——模拟量输入量程变化及限值报警、F_Instroment——Instroment流量计算机485通讯等。
工作原理：该基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块使用时，天然气长输管道地域分布广，站场多，检测点成千上万，以往国外厂家站场通过对每个输入输出点、通讯参数以及系统内部变量的调用，完成组态，一般输气站场有几百至上千个基本元素，组态工作量大，效率低用时间长，容易出现检测点的遗漏。
目前，天然气长输管道站场已基本实现了标准化的设计，通过天然气长输管道SCADA标准化模块组态技术，将站场流程分成进站模块1、计量模块2、调压模块3、自用气模块4、收发球模块5这五个标准化集成组态模块，制定标准化的集成组态模块控制策略，制定设备命名、参数定义的标准，规范场站监控组态实施，基于标准化的建设，实现模块化的应用。在新建站场时，通过调用这些标准化集成组态模块，快速完成组态工作的部署，通过这种方法可大大提高组态效率，提高组态的准确率，可有效防止组态时检测点遗漏。标准化集成组态模块便于参数批量设置、批量修改、批量调用、便于系统统一管理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，其特征在于：包括进站模块(1)、调压模块(2)、计量模块(3)、收发球模块(4)以及自用气模块(5)。
2.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，其特征在于：所述进站模块(1)集成了天然气进站的温度、压力、分离器液位功能，并且还能对这些参数进行数据采集、显示、控制、数据管理功能。
3.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，其特征在于：所述调压模块(2)集成有温度、压力、调节阀、安全切断阀功能，并且还能根据出站压力进行调压、安全切断、参数采集、显示、控制、数据管理功能。
4.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，其特征在于：所述计量模块(3)集成有温度、压力、流量功能，并且还能对流量进行温、压补偿、参数采集、显示、控制、数据管理功能。
5.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，其特征在于：所述收发球模块(4)集成了压力、阀门、通球指示功能，并且还能完成收发球的自动控制、数据采集、显示、数据管理功能。
6.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，其特征在于：所述自用气模块(5)集成有温度、压力、流量、调节阀功能，并且还能完成压力调节、温度、压力、流量的数据采集、显示、控制、数据管理功能。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于SCADA系统的天然气管线标准化集成模块，其特征在于：所述进站模块(1)、调压模块(2)、计量模块(3)、收发球模块(4)与自用气模块(5)之间呈并列关系，且各个模块之间输出参数可供其他模块共享。
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