摘要：本文介紹了青島某燃?xì)庥邢薰�司天然氣管網(wǎng)SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition，即遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況。對(duì)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(jìn)行了較詳細(xì)的描述，并介紹了SCADA系統(tǒng)在城市燃?xì)庀到y(tǒng)的應(yīng)用情況。SCADA系統(tǒng)的使用，對(duì)公司天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、合理使用性以及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，都具有重要的指導(dǎo)作用及現(xiàn)實(shí)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(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是集計(jì)算機(jī)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(dòng)化控制系統(tǒng)[1]。它可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程控制，對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)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(yùn)用先進(jìn)控制論算法提供進(jìn)一步的輔助分析和生產(chǎn)調(diào)度決策。
　　國(guó)外于20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行研究，到90年代，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，SCADA系統(tǒng)已成為電力、電信、燃?xì)狻⒐┧�、供熱輸配系統(tǒng)中的普通設(shè)施，并且涌現(xiàn)出了像美國(guó)MOTOROLA、澳大利亞ACTION和德國(guó)SIEMENS等名牌SCADA系統(tǒng)成套產(chǎn)品，其設(shè)備性能先進(jìn)、技術(shù)成熟，東京煤氣公司、德國(guó)城市天然氣公司等都是典型的用戶代表[2]。我國(guó)早20世紀(jì)80年代開(kāi)始引進(jìn)和開(kāi)發(fā)SCADA系統(tǒng)，到90年代，電力、電信行業(yè)發(fā)展已相當(dāng)成熟，國(guó)內(nèi)也有相當(dāng)多的燃?xì)夤�司、自�?lái)水公司、供熱公司采用單片機(jī)技術(shù)自行開(kāi)發(fā)自己的SCADA系統(tǒng)[3]。
　　2005年3月16日，青島該燃?xì)庥邢薰�司與青島市市政管理委員會(huì)正式簽署了《青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)東部區(qū)天然氣特許經(jīng)營(yíng)協(xié)議》，成為青島市第一家獲得青島市燃?xì)庑袠I(yè)特許經(jīng)營(yíng)權(quán)的企業(yè)，特許經(jīng)營(yíng)25年。特許經(jīng)營(yíng)范圍為：東起規(guī)劃區(qū)的排干渠，西至臨近高速路；北起開(kāi)發(fā)區(qū)北外環(huán)東延長(zhǎng)線，南至南環(huán)路。規(guī)劃總面積約14平方公里。特許經(jīng)營(yíng)項(xiàng)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?xì)庑袠I(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(dòng)，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(qiáng)對(duì)管網(wǎng)的管理及控制，提高該公司燃?xì)夤芫W(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?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究采用SCADA技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃?xì)庀到y(tǒng)檢控、數(shù)據(jù)采集及調(diào)度自動(dòng)化解決方案。
　　2 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及選型原則
　　2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮特許經(jīng)營(yíng)范圍燃?xì)庀到y(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(lái)的發(fā)展留有擴(kuò)展的可能；
　　系統(tǒng)做到安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理；采用國(guó)內(nèi)外同類項(xiàng)目的成熟、先進(jìn)技術(shù)；系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便；采用模塊化的設(shè)計(jì)。
　　2.2系統(tǒng)的選型原則
　　該公司燃?xì)夤芫W(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(jìn)技術(shù)水平，并且經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)證明其安全、實(shí)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(jìn)行。系統(tǒng)能對(duì)自身進(jìn)行自診斷并形成報(bào)告，能監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以便對(duì)系統(tǒng)的管理和維護(hù)。
　　系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比。
　　RTU采用模塊化產(chǎn)品。
　　系統(tǒng)具有足夠的擴(kuò)展能力，以滿足未來(lái)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(jì)，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(jìn)和性能可靠的。
　　系統(tǒng)有完善的防雷擊和防浪涌的保護(hù)措施。
　　SCADA系統(tǒng)所用軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，并具有強(qiáng)大的人機(jī)對(duì)話能力。
　　SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用軟件具有開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)接口，便于其它應(yīng)用程序讀取其數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。
　　3 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(lái)采用“信息集成系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、實(shí)時(shí)模型、系統(tǒng)預(yù)估優(yōu)化”等高級(jí)應(yīng)用軟件的能力，還可與公司計(jì)算機(jī)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(jì)的SCADA系統(tǒng)總規(guī)模包括：調(diào)度及監(jiān)控中心（1個(gè)）、場(chǎng)站7個(gè)（2個(gè)高中壓站，5個(gè)管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)）；并保留了500個(gè)擴(kuò)容點(diǎn)。
　　為滿足對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)的監(jiān)控和調(diào)度，設(shè)計(jì)的SCADA系統(tǒng)是一個(gè)集中管理、統(tǒng)一調(diào)度、分散控制的集散型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由以下三個(gè)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(jí)站，是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，主要監(jiān)測(cè)天然氣輸配管網(wǎng)的運(yùn)行壓力、溫度、流量等重要的工藝參數(shù)，進(jìn)行壓力、流量平衡控制調(diào)度，指揮各站點(diǎn)操作，發(fā)布調(diào)度指令，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，保證整個(gè)管網(wǎng)能夠安全、合理地為用戶供氣，屬監(jiān)控級(jí)。
　　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(yùn)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(chǔ)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)。設(shè)一臺(tái)工程師工作站，配可擦寫光盤驅(qū)動(dòng)器，作為系統(tǒng)工程師維護(hù)系統(tǒng)、完成系統(tǒng)參數(shù)定義、重新組態(tài)等高級(jí)功能用。設(shè)兩臺(tái)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(tái)操作員站可互為備用。主控中心可通過(guò)通信通道與各二級(jí)站進(jìn)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(yuǎn)程監(jiān)控站
　　遠(yuǎn)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(cè)其管轄范圍內(nèi)的管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，將采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理后通過(guò)通信系統(tǒng)上傳至主控中心，按照主控中心發(fā)布的遠(yuǎn)程控制指令控制閥門的開(kāi)閉。也可在本地通過(guò)本地計(jì)算機(jī)、筆記本電腦或直接在RTU面板上操作閥門的開(kāi)閉，當(dāng)然，這種操作應(yīng)在主控中心通過(guò)授權(quán)允許后才能進(jìn)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(yùn)行，并同時(shí)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(kāi)放式數(shù)據(jù)存取標(biāo)準(zhǔn)，如ODBC模式協(xié)議（數(shù)據(jù)源），使其它軟件能以市場(chǎng)上標(biāo)準(zhǔn)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(guó)TRANSDYN公司的產(chǎn)品，為SCADA系統(tǒng)的主要部分。軟件沒(méi)有遠(yuǎn)程站及用戶數(shù)目的限制。
　　4.2DYNAC二次開(kāi)發(fā)
　　SCADA系統(tǒng)組成部分，除了所提及的計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)通信、可編程控制器/遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)功能的SCADA軟件，但仍需要設(shè)計(jì)、營(yíng)造及開(kāi)發(fā)特有的應(yīng)用程序及人機(jī)接口配合用家要求。
　　4.3LINUX分析
　　DYNAC軟件運(yùn)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(guò)900萬(wàn)人，在中國(guó)的用戶也已經(jīng)超過(guò)10萬(wàn)人，在中國(guó)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。基于以上原則及現(xiàn)今國(guó)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(guó)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(dá)到500多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，能夠滿足對(duì)特許經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)地區(qū)進(jìn)行監(jiān)控的要求，并為以后的擴(kuò)容留有足夠的空間。整個(gè)SCADA系統(tǒng)是一個(gè)分布式系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算分析等功能。
　　5.1監(jiān)控功能
　　SCADA系統(tǒng)可以進(jìn)行燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程診斷與監(jiān)控管理等功能。
　　監(jiān)控功能可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)天然氣輸配系統(tǒng)的高效運(yùn)行和先進(jìn)管理，及時(shí)了解生產(chǎn)運(yùn)行情況，增加全網(wǎng)透明度，降低生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行成本，保證生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)維護(hù)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(guò)各監(jiān)控點(diǎn)安裝的RTU等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳送，數(shù)據(jù)采集功能設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)采集管網(wǎng)上各點(diǎn)的天然氣運(yùn)行參數(shù)，并將參數(shù)傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)中，進(jìn)而到調(diào)度中心，使整個(gè)SCADA系統(tǒng)及時(shí)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(dāng)前的各參數(shù)值和狀態(tài)量，一旦監(jiān)測(cè)到異常事件，立即發(fā)送報(bào)警信號(hào)，使調(diào)度中心得到消息，調(diào)度中心可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)RTU發(fā)出控制命令。
　　5.3數(shù)據(jù)計(jì)算分析功能
　　該SCADA系統(tǒng)可以對(duì)燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)進(jìn)行多方面計(jì)算與分析，其中包括：計(jì)算統(tǒng)計(jì)整個(gè)天然氣管網(wǎng)輸配日不均衡、月不均衡、季不均衡系數(shù)；實(shí)時(shí)計(jì)算顯示1#調(diào)壓站（門站）出站壓力與2#、3#調(diào)壓站進(jìn)站壓力差及變化趨勢(shì)，計(jì)算顯示各個(gè)重要站點(diǎn)日、月、季、年累計(jì)流量輸差分析趨勢(shì)圖、列表；進(jìn)行管網(wǎng)輸配的簡(jiǎn)單仿真；對(duì)管網(wǎng)干管儲(chǔ)氣量進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析。此外，系統(tǒng)還可以生成輸配管網(wǎng)各子站點(diǎn)的年、月、日生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，報(bào)警事件統(tǒng)計(jì)報(bào)表，系統(tǒng)事件統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jì)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?xì)饧瘓F(tuán)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(shí)，由燃?xì)饧瘓F(tuán)調(diào)度中心對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)行管理帶來(lái)的不便。
　　6項(xiàng)目投資
　　本項(xiàng)目投資主要由系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)硬件、遠(yuǎn)程終端、現(xiàn)場(chǎng)儀表以及主控中心裝修等部分構(gòu)成，投資總額見(jiàn)下表：
　　工程投資總額

　　7結(jié)語(yǔ)
　　SCADA系統(tǒng)啟用后，能夠向生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供高層次的決策和優(yōu)化調(diào)度的支持，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，提高管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，減少乃至防止安全事故的發(fā)生，降低運(yùn)行成本，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，SCADA系統(tǒng)將在該公司管網(wǎng)輸配系統(tǒng)以及整個(gè)燃?xì)庑袠I(yè)的管網(wǎng)輸配調(diào)度中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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