油气管道控制系统的控制性能与可靠性直接关系到国家能源安全及生产效率，我国此前长期依赖进口系统，存在成本高、技术风险及安全隐患等问题，因此亟须推进 PCS 控制系统国产化。目前国内 PCS 控制系统在性能、可靠性等方面已比肩甚至部分优于国外产品，但仍面临技术标准不规范、行业认可度不足、产学研用结合不深等推广难题。本文聚焦国产化 PCS 控制系统的推广应用方案，旨在为行业国产化进程提供参考。

1 产品概述

工业控制系统自主安全可控是国家能源安全的关键，在国产化政策导向与行业需求驱动下，国家管网自主知识产权的国产化 PCS 控制系统应运而生。北方管道公司作为该系统最早且应用最广泛的单位，其自动化团队持续推进工程实践：2018 年实施盖州压气站系统建设并启动产品测试；2019-2022 年参与中俄东线多段建设；2023 年完成华北、东北两大分控中心 23 条输油管线的 PCS 系统建设。

团队对数量众多、种类多样的用户需求进行收集整理，结合多年的现场维护管理与建设经验，综合提出一套创意设计，并进行了实践检验。本创意设计定位于助力国产化 PCS 控制系统的推广应用，以满足管道各输油气生产运行单位及调控中心这一目标用户群体的需求。

2 现状及用户需求分析

随着国内 PCS 控制系统的推广应用，在长输油气管道数据处理、趋势分析、回放仿真实验及数据库扩充上都为业界提供了更加优质的产品和服务。但是对于 PCS 系统自身的性能和功能还有很大的优化和提升空间。为保证工控网络环境下工控系统的安全、稳定运行及正常发挥基本功能，在购买前需要对所选择的产品进行测试，应做到提前了解该产品的优缺点，发现问题之后才能及时解决，保证产品购买后能在实际工作使用中发挥可靠的作用。由于各种各样的原因控制功能是比较复杂多样的，国产化 PCS 控制系统中通用的控制功能模型或者模板还要不断地增加来满足更多的管道控制功能需求，从而使系统更灵活、适用性更强。在 PCS 控制系统中，当发生控制系统独立承担大量复杂逻辑、计算等大量运算用于管道的控制时，就需要添加更多的功能来扩展，使系统满足生产运行控制要求，保证整个系统的安全稳定运行。

3 解决方案

团队根据国产化 PCS 控制系统面临的现状，结合团队的国产化 PCS 控制系统建设和管道自动化控制经验，提出一套创意设计。

第一，对于 “作为工业控制系统，为保证工控网络环境中安全稳定的系统性能与基本功能，需要对计划采购的控制系统软硬件开展产品测试” 这项需求。团队提出：从产品的适应性、功能性、安全性及可靠性这 4 个方面对计划采购的控制系统软硬件开展专项测试，通过对系统基本性能、功能安全、信息安全进行校验，发现问题并提出优化建议，以保障其系统性能和基本功能的安全稳定。

工控功能性能测试主要内容有：

(1) 功能性能测试，包括基本功能及相关性能参数确认、扩展功能及相关指标确认、编程调试软件功能、极限性能参数测试；

(2) 安全性能测试，涉及系统级功能安全测试与分析及相关测试子项、器件级功能安全测试与分析、软件的功能安全测试与分析、仪表专项安全能力测试；

(3) 信息安全测试，涵盖网络协议、工控专用协议测试，漏洞探测，数据包截取破坏测试。

团队成功实践了该创意设计。2020 年中俄东线建设时，团队对国产化 PCS 控制系统进行了全面的产品测试分析，测试发现国产化 PCS 控制系统的性能已达到先进水平，并在国产化 PCS 控制系统的历史数据库、网络冗余机制、系统兼容性、通信稳定、通信采集通道、计算模块和模拟量显示及曲线等方面提出了 7 项合理化建议，促进了国产化 PCS 控制系统在各方面的优化。

第二，对于 “受多因素影响导致控制功能复杂多样，国产化 PCS 控制系统中通用的控制功能模型或模板需要扩充，以满足绝大多数管道控制功能” 这项需求。团队提出：结合 PLC 标准化控制逻辑，协同进行控制功能适配，形成模型或模板，在 PCS 控制系统中对应地进行固化，提升控制功能完整性、控制准确性和人机交互友好性。

结合标准化控制逻辑形成功能模型或模板，具体包括 PLC 与 PCS 功能对接、标准控制逻辑分解、控制全流程跟踪、命令点机制调整、状态点配置调整、精准文字描述、颜色配置标准化、画面布局区块划分、控制画面分级合理化、重要执行结果突出显示和异常工况弹窗预警等。

该创意设计已经通过团队的实践验证。2020 年，在中俄东线建设中，团队在国产化 PCS 控制系统中对压气站一键启停站功能进行了适配，形成了成熟的可推广的固有模板。该模板与控制功能完美契合且人机画面条理清晰、信息齐全、易于操作，实现了压气站一键启停站的状态反馈、报警检测、自动导通工艺流程、压缩空气系统启停、压缩机厂房风机分配、压缩机组启停、防喘控制和负荷分配等重要工序的全流程控制，显著提高了操作员效率和准确性，大幅降低了人工和技术成本。

针对 “特殊场景下系统需承担复杂运算、需功能扩展” 的需求，团队围绕数据处理与计算核心能力，定制化开展控制功能定向开发（含机制确立、数据流处理、算法优化、功能块打包等关键环节），确保系统性能稳定。2023 年东北、华北分控中心建设中，团队通过二次开发在国产化 PCS 软件上增设水击功能块，首次实现输油管道水击超前保护自主逻辑计算，完成 6 条管线 42 个工况的功能建设，运行平稳。

4 价值分析

团队提出的创意设计在国产化替代、数智化发展 2 个方面具有重要的价值。经实践验证，该创意设计可提升系统功能和性能，简化操作流程，提升工作效率和准确性，为用户提供高性能可靠的解决方案，增强国产化 PCS 控制系统的竞争力和自主控制能力，使其系统配置更合理、水平更先进、控制更可靠、运行更安全，为国产化 PCS 控制系统赋新能。

国产化替代价值：该创意设计助力国产化 PCS 控制系统的应用推广，旨在打破国外长输油气管道控制系统的长期垄断地位，消除油气管道控制系统被 “卡脖子” 和 “开后门” 的隐患，逐步替代国外软硬件，实现管道控制系统的自主可控，保障国家能源安全。

数智化发展价值：针对 PCS 系统用户提出的需要解决的问题，制定新的 PCS 系统解决方案，提升 PCS 系统用户使用体验；提高 PCS 系统运行质量和可靠度；提高 PCS 系统调控能力。推进 PCS 系统迭代升级、创新发展；综合降低了管道建设及运维成本，提高了管道运行及管理水平；增加了 PCS 系统产品市场竞争力。

5 运营方案

推广工作将结合项目建设周期，按 “性能测试 - 需求收集 - 集成验证 - 现场调试 - 试运行 - 移交运维” 流程推进，融入创意设计以精准解决用户痛点，加快产品化进程。同时依托公司技术积淀，借鉴集团内项目经验，对接业务部门需求，拓展应用场景与实例。

6 产品优势及竞品分析

不同于对 PCS 系统简单的套用式推广应用，团队提出的创意设计包含了系统推广应用中的工控功能性能测试、控制功能标准化适配、控制功能定向开发 3 个方面，从创意与创新性、可信性和实用性、用户友好度和设计质量、产品价值和可规模化等方面都表现出明显的优势。

创意与创新性：通过对计划采购的控制系统软硬件进行全面测试，强调了对适应性、功能性、安全性和可靠性的重视，突出了团队的独特设计理念，在满足工业控制系统国产化需求等方面充分展现团队创意设计的创新性。

可信性和实用性：结合标准化控制逻辑，完善通用的控制功能模型或模板，并进行固化；在功能开发的同时保证系统性能。二者均展示了方案设计逻辑的严密性和条理清晰性，经过实践检验证明成功可行，确保了功能满足用户需求，并为复用奠定了基础，具有较高的可信性和实用性。

用户友好度和设计质量：设计强调系统数据处理与计算核心能力、完善的控制功能、简单便捷的人机界面，充分考虑了用户体验与操作便捷性，注重用户友好度和设计质量，使得产品容易理解和上手，能够提高用户满意度。

产品价值和可规模化：为国产化 PCS 控制系统提供了更多的控制功能和适应特殊场景的能力。这将为系统创造更大的市场机会和商业价值，可应用于不同领域并不断扩展出更多的业务形态。团队的创意设计具有长期的产品价值和可规模化潜力。

7 结语

推动 PCS 控制系统国产化是保障能源安全、提升行业技术水平的关键路径，其推广应用可降低建设成本、摆脱国外技术束缚、增强自主创新能力。目前系统仍需扩大推广范围，未来需持续强化技术研发（完善功能性能、提升适应性与扩展性），加强行业合作交流，进一步拓展应用场景，助力油气管道行业高质量发展与国家能源安全。

作者：国家管网集团北方管道有限责任公司技术支持中心 张赫