摘要：本文介紹了青島某燃氣有限公司天然氣管網(wǎng)SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition，即遠程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)的設(shè)計情況。對系統(tǒng)的建立原則、系統(tǒng)構(gòu)成、軟硬件配置、投資估算以及各部分的功能進行了較詳細的描述，并介紹了SCADA系統(tǒng)在城市燃氣系統(tǒng)的應(yīng)用情況。SCADA系統(tǒng)的使用，對公司天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、合理使用性以及長遠發(fā)展，都具有重要的指導(dǎo)作用及現(xiàn)實意義。
　　關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng)，天然氣，監(jiān)控，管網(wǎng)
　　1 緒論
　　SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng)，即遠程控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是集計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)于一體的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)[1]。它可以實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對工業(yè)現(xiàn)場進行本地或遠程控制，對工藝流程進行全面、實時監(jiān)控，為生產(chǎn)調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)，并可籍此運用先進控制論算法提供進一步的輔助分析和生產(chǎn)調(diào)度決策。
　　國外于20世紀60年代開始對SCADA系統(tǒng)進行研究，到90年代，在一些工業(yè)發(fā)達國家，SCADA系統(tǒng)已成為電力、電信、燃氣、供水、供熱輸配系統(tǒng)中的普通設(shè)施，并且涌現(xiàn)出了像美國MOTOROLA、澳大利亞ACTION和德國SIEMENS等名牌SCADA系統(tǒng)成套產(chǎn)品，其設(shè)備性能先進、技術(shù)成熟，東京煤氣公司、德國城市天然氣公司等都是典型的用戶代表[2]。我國早20世紀80年代開始引進和開發(fā)SCADA系統(tǒng)，到90年代，電力、電信行業(yè)發(fā)展已相當成熟，國內(nèi)也有相當多的燃氣公司、自來水公司、供熱公司采用單片機技術(shù)自行開發(fā)自己的SCADA系統(tǒng)[3]。
　　2005年3月16日，青島該燃氣有限公司與青島市市政管理委員會正式簽署了《青島市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)東部區(qū)天然氣特許經(jīng)營協(xié)議》，成為青島市第一家獲得青島市燃氣行業(yè)特許經(jīng)營權(quán)的企業(yè)，特許經(jīng)營25年。特許經(jīng)營范圍為：東起規(guī)劃區(qū)的排干渠，西至臨近高速路；北起開發(fā)區(qū)北外環(huán)東延長線，南至南環(huán)路。規(guī)劃總面積約14平方公里。特許經(jīng)營項目建設(shè)主要包括：50公里天然氣管線和3座調(diào)壓站，總投資1.23億元，規(guī)劃年用氣量2.26億立方米。
　　燃氣行業(yè)的特殊性，要求調(diào)度系統(tǒng)能夠在緊急情況下迅速做出反應(yīng)、采取行動，控制緊急情況，而且要做到安全、可靠，盡可能不影響用戶的正常用氣。因此，為加強對管網(wǎng)的管理及控制，提高該公司燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和合理使用性，本文結(jié)合提高該公司燃氣管網(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)的特點，研究采用SCADA技術(shù)實現(xiàn)燃氣系統(tǒng)檢控、數(shù)據(jù)采集及調(diào)度自動化解決方案。
　　2 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計及選型原則
　　2.1系統(tǒng)的設(shè)計原則
　　系統(tǒng)設(shè)計充分考慮特許經(jīng)營范圍燃氣系統(tǒng)的生產(chǎn)、管理現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃，既滿足現(xiàn)狀使用要求，又為將來的發(fā)展留有擴展的可能；
　　系統(tǒng)做到安全可靠、穩(wěn)定運行、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理；采用國內(nèi)外同類項目的成熟、先進技術(shù)；系統(tǒng)運行維護簡便；采用模塊化的設(shè)計。
　　2.2系統(tǒng)的選型原則
　　該公司燃氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的選型遵循如下原則：
　　系統(tǒng)采用的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)是具有世界先進技術(shù)水平，并且經(jīng)過實踐考驗證明其安全、實用的產(chǎn)品。
　　系統(tǒng)具有高可靠性、穩(wěn)定性和靈活性，以保證生產(chǎn)安全可靠地進行。系統(tǒng)能對自身進行自診斷并形成報告，能監(jiān)視整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以便對系統(tǒng)的管理和維護。
　　系統(tǒng)具有較高的性能價格比。
　　RTU采用模塊化產(chǎn)品。
　　系統(tǒng)具有足夠的擴展能力，以滿足未來發(fā)展需要。
　　系統(tǒng)的重要功能和設(shè)備采用冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計，如SCADA服務(wù)器等。
　　系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是技術(shù)先進和性能可靠的。
　　系統(tǒng)有完善的防雷擊和防浪涌的保護措施。
　　SCADA系統(tǒng)所用軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，并具有強大的人機對話能力。
　　SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用軟件具有開放式數(shù)據(jù)庫接口，便于其它應(yīng)用程序讀取其數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。
　　3 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計方案
　　系統(tǒng)設(shè)計時，充分利用現(xiàn)有高新技術(shù)，并考慮了系統(tǒng)的發(fā)展，該系統(tǒng)的調(diào)度管理既具有將來采用“信息集成系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、實時模型、系統(tǒng)預(yù)估優(yōu)化”等高級應(yīng)用軟件的能力，還可與公司計算機管理網(wǎng)絡(luò)資源共享。
　　配合該發(fā)展規(guī)劃，本方案設(shè)計的SCADA系統(tǒng)總規(guī)模包括：調(diào)度及監(jiān)控中心（1個）、場站7個（2個高中壓站，5個管網(wǎng)關(guān)鍵點）；并保留了500個擴容點。
　　為滿足對燃氣管網(wǎng)的監(jiān)控和調(diào)度，設(shè)計的SCADA系統(tǒng)是一個集中管理、統(tǒng)一調(diào)度、分散控制的集散型計算機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由以下三個部分組成：
　　3.1調(diào)度及監(jiān)控中心（主控中心）
　　主控中心為一級站，是整個系統(tǒng)的中樞，主要監(jiān)測天然氣輸配管網(wǎng)的運行壓力、溫度、流量等重要的工藝參數(shù)，進行壓力、流量平衡控制調(diào)度，指揮各站點操作，發(fā)布調(diào)度指令，優(yōu)化系統(tǒng)運行，保證整個管網(wǎng)能夠安全、合理地為用戶供氣，屬監(jiān)控級。
　　主控中心是監(jiān)控系統(tǒng)的中樞，為確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運行，采用雙局域網(wǎng)、雙服務(wù)器熱備冗余結(jié)構(gòu)。服務(wù)器配RAID5硬盤陣列，可存儲大量的實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)。設(shè)一臺工程師工作站，配可擦寫光盤驅(qū)動器，作為系統(tǒng)工程師維護系統(tǒng)、完成系統(tǒng)參數(shù)定義、重新組態(tài)等高級功能用。設(shè)兩臺操作員工作站，供系統(tǒng)操作員執(zhí)行日常系統(tǒng)操作用，兩臺操作員站可互為備用。主控中心可通過通信通道與各二級站進行數(shù)據(jù)通信。為保證主控中心供電安全，設(shè)不間斷電源USP。
　　3.2遠程監(jiān)控站
　　遠程監(jiān)控站包括次高壓調(diào)壓站和工業(yè)及公服大用戶，采用RTU作為數(shù)據(jù)終端，完成數(shù)據(jù)采集、處理及通信功能。其主要功能是監(jiān)測其管轄范圍內(nèi)的管網(wǎng)運行參數(shù)，將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理后通過通信系統(tǒng)上傳至主控中心，按照主控中心發(fā)布的遠程控制指令控制閥門的開閉。也可在本地通過本地計算機、筆記本電腦或直接在RTU面板上操作閥門的開閉，當然，這種操作應(yīng)在主控中心通過授權(quán)允許后才能進行。
　　3.3通信系統(tǒng)
　　通信系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及話音通信系統(tǒng)兩部分。
　　4 SCADA系統(tǒng)軟件描述
　　本系統(tǒng)采用的是DYNAC套裝軟件，其于LINUX操作系統(tǒng)上運行，并同時兼容客戶工作站上的常用操作系統(tǒng)。它具有明確的高可靠性和有效表現(xiàn)，并采用開放式數(shù)據(jù)存取標準，如ODBC模式協(xié)議（數(shù)據(jù)源），使其它軟件能以市場上標準方式摘錄和使用SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。
　　4.1DYNAC
　　DYNAC軟件是美國TRANSDYN公司的產(chǎn)品，為SCADA系統(tǒng)的主要部分。軟件沒有遠程站及用戶數(shù)目的限制。
　　4.2DYNAC二次開發(fā)
　　SCADA系統(tǒng)組成部分，除了所提及的計算機硬件、網(wǎng)絡(luò)通信、可編程控制器/遠程終端單元及各類型變送器外，更重要的一部分就是SCADA軟件本身。DYNAC軟件是一套完整而具有特定標準功能的SCADA軟件，但仍需要設(shè)計、營造及開發(fā)特有的應(yīng)用程序及人機接口配合用家要求。
　　4.3LINUX分析
　　DYNAC軟件運行的穩(wěn)定性，除建基于軟件本身自己的穩(wěn)定性外，更需要配合操作系統(tǒng)及服務(wù)器的穩(wěn)定性及可靠性。LINUX目前在全球的用戶已經(jīng)超過900萬人，在中國的用戶也已經(jīng)超過10萬人，在中國的應(yīng)用也越來越廣泛。基于以上原則及現(xiàn)今國家在信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，DYNAC軟件選用已廣泛應(yīng)用于中國的LINUX為SCADA服務(wù)器的操作系統(tǒng)。
　　5 SCADA系統(tǒng)功能描述
　　根據(jù)該公司天然氣工程的建設(shè)情況使SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控能力達到500多個關(guān)鍵點，能夠滿足對特許經(jīng)營范圍內(nèi)地區(qū)進行監(jiān)控的要求，并為以后的擴容留有足夠的空間。整個SCADA系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，可以實現(xiàn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算分析等功能。
　　5.1監(jiān)控功能
　　SCADA系統(tǒng)可以進行燃氣管網(wǎng)運行工程監(jiān)控、天然氣輸配管網(wǎng)遙控遙調(diào)、系統(tǒng)故障弱化與系統(tǒng)冗余、系統(tǒng)運行狀態(tài)遠程診斷與監(jiān)控管理等功能。
　　監(jiān)控功能可以實現(xiàn)整個天然氣輸配系統(tǒng)的高效運行和先進管理，及時了解生產(chǎn)運行情況，增加全網(wǎng)透明度，降低生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)運行成本，保證生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)正常運行，提高系統(tǒng)維護和管理水平，為管理者提供科學(xué)決策的有效依據(jù)。
　　5.2數(shù)據(jù)采集功能
　　數(shù)據(jù)采集是指通過各監(jiān)控點安裝的RTU等設(shè)備進行數(shù)據(jù)的采集和傳送，數(shù)據(jù)采集功能設(shè)計為實時采集管網(wǎng)上各點的天然氣運行參數(shù)，并將參數(shù)傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)中，進而到調(diào)度中心，使整個SCADA系統(tǒng)及時收集數(shù)據(jù)，做出判斷。正常情況下，RTU將按調(diào)度中心的要求傳遞當前的各參數(shù)值和狀態(tài)量，一旦監(jiān)測到異常事件，立即發(fā)送報警信號，使調(diào)度中心得到消息，調(diào)度中心可根據(jù)實際情況對RTU發(fā)出控制命令。
　　5.3數(shù)據(jù)計算分析功能
　　該SCADA系統(tǒng)可以對燃氣輸配管網(wǎng)進行多方面計算與分析，其中包括：計算統(tǒng)計整個天然氣管網(wǎng)輸配日不均衡、月不均衡、季不均衡系數(shù)；實時計算顯示1#調(diào)壓站（門站）出站壓力與2#、3#調(diào)壓站進站壓力差及變化趨勢，計算顯示各個重要站點日、月、季、年累計流量輸差分析趨勢圖、列表；進行管網(wǎng)輸配的簡單仿真；對管網(wǎng)干管儲氣量進行實時計算統(tǒng)計分析。此外，系統(tǒng)還可以生成輸配管網(wǎng)各子站點的年、月、日生產(chǎn)統(tǒng)計報表，報警事件統(tǒng)計報表，系統(tǒng)事件統(tǒng)計報表等。還可以向公司領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門提供大量的編制生產(chǎn)計劃、管網(wǎng)規(guī)劃、用戶發(fā)展規(guī)劃所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　另外，本系統(tǒng)還考慮與青島燃氣集團調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)相連，如遇有特殊緊急情況而本系統(tǒng)調(diào)度中心不能有效監(jiān)控時，由燃氣集團調(diào)度中心對本系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控，這樣可以避免由于特殊緊急情況而給運行管理帶來的不便。
　　6項目投資
　　本項目投資主要由系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)硬件、遠程終端、現(xiàn)場儀表以及主控中心裝修等部分構(gòu)成，投資總額見下表：
　　工程投資總額

　　7結(jié)語
　　SCADA系統(tǒng)啟用后，能夠向生產(chǎn)經(jīng)營提供高層次的決策和優(yōu)化調(diào)度的支持，對實際系統(tǒng)進行優(yōu)化分析，提高管網(wǎng)系統(tǒng)的運行質(zhì)量，減少乃至防止安全事故的發(fā)生，降低運行成本，提高社會效益和經(jīng)濟效益，相信在不遠的將來，SCADA系統(tǒng)將在該公司管網(wǎng)輸配系統(tǒng)以及整個燃氣行業(yè)的管網(wǎng)輸配調(diào)度中發(fā)揮越來越重要的作用。
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