邱昌胜

(中国石油中亚天然气管道有限公司，北京 100007)



OPC技术在天然气管道SCADA系统中的应用

邱昌胜

(中国石油中亚天然气管道有限公司，北京 100007)

为确保SCADA系统对现场多个设备的控制单元实现数据通信和共享， 叙述了中亚天然气管道中SCADA系统现有的数据通信系统结构，遵循SCADA系统数据实时性和易于维护的原则，在数据通信中使用了OPC技术，制订了最优化和切合实际的数据通信方案，保证了中亚天然气管道安全稳定的运行。

数据采集与监控系统OPC协议天然气管道

中亚天然气管道是落实国家“一带一路”的油气产业合作项目，起始于土库曼斯坦与乌兹别克斯坦边境的格达伊姆地区，并穿越乌兹别克斯坦和哈萨克斯坦境内，在新疆维吾尔自治区霍城县进入中国境内，与同期建设的西气东输二线和三线衔接。目前C线压缩机站场正在建设当中，已经投入运行的AB线在哈萨克斯坦境内共设5座压气站和33座RTU阀室，每年将来自于土库曼斯坦和乌兹别克斯坦的清洁能源天然气输入中国，满足中国经济高速发展的能源需要。5座压缩机站场的SCADA系统已经安全平稳运行了多年，为中亚天然气管道的生产运行提供了有力保证。

1　中哈管道SCADA系统数据通信组成

SCADA系统是对分布距离远，生产单位分散的生产系统进行数据采集、监视和控制的系统，在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。SCADA系统包含了两层结构： 第一层为过程控制层，负责现场仪器的数据采集和工艺过程的逻辑控制系统；第二层为生产管理层，负责生产管理的数据处理和显示。为了保证生产的正常运行，自动控制系统中通过各种仪器仪表和各种生产控制设备，能自动调节、检测现场的各种生产参数并进行生产的无人工干预，增加了产品的产量和质量，同时降低了成本和劳动强度，保证了生产安全。但这些生产控制设备往往来自不同的生产商，硬件的控制单元采用了不相同的设计标准和通信规约，与其连接的应用程序之间的接口也难以有统一的标准，这给系统集成商的控制系统硬件集成带来了难度，导致SCADA系统的数据通信的互操作性和稳定性差。

中亚天然气管道采用了某著名厂商的SCADA系统，底层控制模块通过对现场各种智能仪表的数据采集并对采集的数据进行信息处理，按照预订的控制方案对天然气管道的输送进行调节和控制，确保管道的安全持续运行。上位机部分的人机界面作为SCADA的应用管理程序，也是系统的重要组成部分，负责控制信息的处理，包括过程参数的实时通信、报警、历史数据存储和显示等，特别是压缩机站场的压缩机设备的各种参数，都要能够正确地实现数据信息实时共享，便于阿拉木图调度中心对全天然气管道的数据监控。

同时，SCADA系统对数据的实时性要求严格，这样能使生产监控人员随时查看生产过程数据，以便快速做出判断并发出控制指令。在中亚天然气管道项目中使用的实时数据库有着友好的人机画面，支持各种工业数据通信接口，为了能够实时、准确地显示和控制生产工艺数据，并实现不同设备的数据共享，在该项目中主要设备的数据通信使用了OPC协议。OPC技术作为一种新的工业标准，定义了统一的工业标准化接口，能够简单地实现控制设备和控制系统的应用系统之间的数据交换。在中亚天然气管道项目中，最重要的控制设备是压缩机，而不同厂家的设备有着不同的自有通信协议和外部通信接口，因而与SCADA系统的数据通信协议的选择就非常重要。SCADA系统的数据通信结构如图1所示。

图1　SCADA系统的数据通信结构示意

由图1可知，针对SCADA系统的PLC控制器和压缩机控制系统中的通信规约不同，信息共享存在一定困难，结合现场的实际情况使用了OPC技术的解决方案。

2　OPC技术特点及引用性分析

2.1OPC技术特点

OPC协议作为公开发布的技术标准，具有如下的技术特点：

1) 数据接口具有开放性。OPC协议是基于微软Windows中的OLE/COM技术实现工业控制系统过程控制中的数据交换标准化，支持Internet网络的远程数据访问，结合OPC协议的安全机制，保证了数据能够安全地在网络上实现远传。

2) 数据具有互联性。OPC协议里面规定了一系列开放接口，支持OPC接口的第三方应用软件系统都可以与这些接口进行自由的数据交换，简化了工业控制中的所有数据通信问题。

3) 数据交换具有高效性。OPC协议能够高效地实现数据间的交换，支持多用户的数据请求，并具有高速的数据传输性能，同时也适合需要采集大量动态过程变量的场合。

4) 应用成本低。设备开发者可以使自控设备数据接口的开发简单化和单一化，使用通用的开发工具，不必开发特别的接口，使得设备接口开发简单易行。而作为最终用户，可以方便地对不同的设备进行数据读取，实现系统的升级和管理。

在实际的生产使用中，OPC的服务器可以分为多种类型，经常用的有数据存取(OPC DA)、报警和事件(OPC AE)、历史数据存取(OPCHDA)和批量过程。在工业过程的分布式自动化中基本都支持OPC的结构体系，可以按照OPC的规范编写一定的代码，就可以与大多数的DCS以及SCADA系统等产品所带的OPC服务器连接成功，取得所需的数据。

2.2OPC技术引用性分析

在中亚天然气管道SCADA系统中，与第三方通信的协议有多种。但结合现场的实际需求，为了实现数据的实时交换和远程信息的实时传输，简化通信规约、降低系统维护成本、摆脱不同的设备束缚，充分利用OPC技术的优势，实现数据的交换：

1) 增强SCADA系统的兼容性。OPC协议是以COM技术为基础，与编程代码语言和操作系统无关，同时对于OPC协议接口的执行具有重用性。当系统需要增加新的控制功能时，只需要增加新的OPC客户端接口即可，不需要对原有的服务器进行更改，可以实现新旧系统的兼容性，大幅提高了控制系统的稳定性和重用性。

2) 增加SCADA系统的可靠性。OPC协议采用了客户端/服务器模型，该模型将服务器和客户端分离，可以使用不同的硬件和软件结构，客户端的任何使用不会影响服务器端的正常运行，使SCADA系统具有较高的可靠性，便于系统维护。同时，SCADA系统中不同的应用系统利用同一个OPC接口访问设备，也避免了不同的驱动程序获取同一设备的实时数据给设备的运行带来的不稳定。在中亚天然气管道的控制系统中，对同一数据源最少有2个客户端在读取数据，站场的SCADA系统和阿拉木图调控中心的SCADA系统都直接通过OPC接口对现场控制设备进行数据交换。

3) 增强SCADA系统集成性。OPC协议是以面向对象为原则，全面封装了服务器对象接口的功能，只对客户端提供统一的接口方法和属性，需要读取数据的客户端只需要遵从OPC协议规范，就可以直接进行相互的通信，使数据通信变得透明，同时也使系统的集成变得简单。增加或减少客户端可以变得相对简单，不会影响原有系统的运行稳定性。

4) 增加系统的可扩展性。由于中亚天然气管道穿越了4个国家，在各个国家内的SCADA系统各不相同，而统一调控中心位于北京，因而需要将过程控制数据实现远传。OPC协议利用了DCOM技术实现了远程过程调用，提高了相互通信的程序对不同环境的适应性，便于北京调控中心的系统配置和扩展。

3　OPC技术在SCADA系统中的应用

通过对OPC技术的研究和分析，OPC技术在中亚天然气管道的SCADA系统中得到了成功的应用。在中亚天然气管道的SCADA系统架构中，对于压缩机设备的实时数据交换就是利用OPC协议，同时对于现场的SCS，ESD和FGS系统则使用了OPC技术中的OPC DA和OPC AE进行读取和处理。

站场的SCADA系统的控制网络有压缩机控制系统网段和SCADA系统网段，这是2个不同的网段。OPC协议在不同的网段之间使用了DCOM技术，首先需要在压缩机的OPC服务器上进行DCOM配置，然后在SCADA系统客户端上安装OPC客户端软件进行数据的读取。其中对压缩机的数据读取大约有300点，而SCADA系统的控制点有5000点。OPC技术的应用完全符合数据的实时性要求，同时也保证了SCADA系统的安全和稳定。

4　结束语

中亚天然气管道中OPC技术得到了成功的应用，在实际的生产和运行中，根据生产的需要增加和扩展了许多应用功能，例如管道水利模拟系统以及准备投用和使用的SCADA报表系统。OPC技术在中亚管道SCADA系统中的成功应用，既增强了SCADA系统的稳定性，同时也保证了中亚管道的安全平稳运行。

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Application of OPC Technology in Natural Gas Pipeline SCADA System

Qiu Changsheng

(PetroChina Zhongya Natural Gas Pipeline Co. Ltd.， Beijing， 100007， China)

Abstracts： To ensure realization of data communication and sharing for SCADA system to control units of multiple equipments， the data communication system structure of current used SCADA in Zhongya natural gas pipeline is described. Following principles of real time data and easy maintenance for SCADA system， the optimized and practical data communication scheme is formulated with application of OPC technology in data communication to ensure safe and stable operation of Zhonya natural gas pipeline.

data collecting and monitoring system；OPC protocol；natural gas pipeline

邱昌胜，男，现就职于中国石油中亚天然气管道有限公司，从事天然气管道控制系统的设计工作。

信息技术

TP273

B

1007-7324(2016)04-0040-03

稿件收到日期： 2016-01-11，修改稿收到日期： 2016-06-10。