SCADA系统在城市天然气供气系统中的应用

　　引言：SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
　　SCADA系统具有操作简单、使用方便、功能齐全、性能可靠、应用广泛、组态灵活、运行安全等特点。
　　关键词：SCADA系统，天然气、
　　一、系统概述
　　东阿县燃气公司SCADA系统于2007年5月安装运行，对门站及城区7个调压站，8个工业用户数据进行采集监控。工业用户主要采集和监控压力、温度、流量计计量数据，采集的信号通过CDMA无线通讯网络传送到公司中心控制室，工作站将这些数据进行计算、处理，显示并生成报表。
　　1、系统功能
　　1.1实时数据采集，工艺流程的动态显示。
　　1.2报警显示、管理以及事件的查询、打印。
　　1.3实时数据的采集、归档、管理以及趋势图显示。
　　1.4历史数据的归档、管理以及趋势图显示。
　　1.5数据维护。对系统进行完整的统计和分析，还可提供了人工数据录入的功能。
　　1.6查询统计。通过输入各种灵活的查询条件，查询相关的监控参数及生产数据。
　　1.7统计分析。可以根据用户的要求生成各类统计报表、各类趋势图等。
　　1.8报表输出。将统计分析或查询的结果以多种形式进行输出。
　　2、系统配置
　　2.1系统包括调度中心系统、调压柜监控、通讯系统三部分
　　2.2系统体系结构见下图。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　3、调度中心系统：
　　包括监控软件、计算机设备、通讯设备和投影仪及金属幕布。
　　调度中心SCADA系统选用DellOptiPlexGX620工作站作为基础设备，作为设备通讯、数据处理和调度监控的核心硬件。
　　3.1监控软件系统采用最新iES-U1000SCADA监控软件包，包括：
　　3.1.1主要完成实时数据采集、处理、监视和控制，实现对燃气输配管网的运行设备和业务进行监控和管理。
　　3.1.2设备管理：调压柜、调压设备、流量计算仪、传感器等设备信息的录入检索。可在工艺图上查看设备的信息，如：设备照片、规格型号、生产日期、安装日期、检修记录等。
　　3.1.3地理信息：能利用系统自带的软件绘制地理信息，进行管网管理和设备管理。
　　3.1.4短信服务功能：该功能是iES-U1000系统的扩充功能，利用现有的移动通讯网络，实现值班人员的电子值班（异地值班）。
　　3.1.5画面操作：
　　•采用多窗口技术，允许操作员在工作时操作多幅画面，具有画面漫游、导航和缩放等功能。
　　•画面可通过快捷键、工具条按钮、拉框、菜单等方式对画面进行放大、缩小、整图显示、恢复原尺寸等操作。
　　3.1.6显示功能：
　　•显示整个输气管网的动态工艺流程、各站的动态工艺流程，在流程图上实时显示运行参数及设备状态，并可在流程图上直接查询设备台帐信息、运行参数信息、运行统计信息等。
　　•显示实时或历史趋势图、棒图、运行报表，允许多个运行参数合在一幅画面中显示。
　　
　　•显示其它自定义画面，如地理接线图、网络结构图、管线工艺图、潮流分布图、饼图、模拟表图等，以及遥测信息表、遥信信息表、报警一览表、设备参数表、目录表、通讯录和备忘录等。各类画面均可显示运行参数，允许不同类型的图形排列在一幅画面中，组合使用。
　　
　　•实时显示系统软件功能模块运行状态、网络设备和计算机设备的运行状态，为调度员或维护人员及时发现问题和处理问题提供了保障。
　　3.1.7控制功能：系统提供安全可靠的遥控、遥调等控制功能，具有严格的安全和防误操作措施，包括操作员身份验证，遥控权限审批，对象复述，性质闭锁，设备状态闭锁等。
　　•可限定不同类型用户应用系统功能的权限，各类型用户只能使用已限定的系统应用功能。
　　•可设定操作人员的权限使其只能对某一级别（如压力等级）的设备进行操作。
　　•可自动统计遥控次数和成功次数，生成统计报表。
　　3.1.8计算功能：系统内嵌多种预定义公式，包括加减乘除运算、三角函数、反三角函数、指数运算、自然对数和常用对数运算、逻辑运算、绝对值、最大值、最小值、平均值、角度转换、工程量转换、积分运算、考核统计运算等，并可自定义公式完成各种复杂的运算，计算周期可选择设定，满足不同的应用要求。
　　3.1.9统计功能：对模拟量、状态量等可按照设定的报警限、变化率限、考核限进行统计处理，产生相应的报警事项和考核结果。并可统计计算最大值、最小值及发生时间、平均值、负荷率、合格率、设备投运率、设备动作次数等。
　　3.1.10报警管理功能：•提供全方位的报警功能。报警内容主要有：参数越限报警，硬件设备故障报警，系统自诊断报警，电源故障报警，通信故障报警、网络故障报警等。
　　•系统自动跟踪采集来的设备状态和运行参数，其自身也实时地进行自检，有异常情况时立即生成事项记录并实时存储和发布。
　　•发生报警事件时，自动推出报警画面和事项跟踪窗以显示事件内容，并伴有声音或语音报警，通知调度人员及时处理。
　　3.1.11控制权限及访问权限：•系统管理员为用户建立帐号，分配相应的操作权限，指定相应的工作组。
　　•在进行控制和访问之前，用户必须输入用户名和密码，权限符合的用户才可进行操作，否则给予警告提示。
　　•对控制和访问等重要操作，系统自动记录操作过程，包括用户名、操作内容、发生时间等，为明确责任和加强管理提供了辅助手段。
　　3.1.12系统时钟同步功能：
　　•具有与多种GPS时钟的接口，以采集到的GPS时钟信号定时对系统全网对时，使调度中心系统的各计算机的时钟保持与标准时钟一致。
　　•定时向各站控系统的计算机和PLC发送对时命令，保证各站控系统的时钟与调度中心系统的一致，使得系统全网时间统一。
　　•具有手动对时功能，可在调度中心系统的服务器上发对时命令对系统的其它计算机对时，同时，通过通讯网络实现对各站控系统的对时。
　　3.1.13报表功能：
　　•具有报表生成、报表修改、报表浏览和报表打印等功能。
　　•报表可根据需要随时召唤浏览和打印，并可以EXCEL形式
　　•可按班、日、月、季、年自动生成各种类型报表，包括生产报表、运行报表、压力报表、考核报表、运行测控记录报表等等，并支持报表的补生和修复。
　　3.1.14组态定意功能：
　　•通过组态的方式来定义和生成系统，根据不同的应用需求可定制成个性化的系统，各软件功能模块可集中到一个节点或分布到多个节点上。主要包括：软件系统的组态定义、硬件设备的组态定义、画面显示模块的组态定义、报表模块的组态定义等。
　　•具有多种绘图手段，支持图元和图元组的复制、粘贴、删除、缩放、对齐、组合、撤消和恢复等各种常用操作；坐标轴的刻度等都可以灵活配置，棒图和饼图的制作过程与曲线类似，便于学习和掌握。
　　
　　•系统的功能和界面的显示风格可根据用户的习惯进行组态定义，如菜单项个数、调图方式、遥控对话框显示模式、事项显示和打印的种类、运行参数和设备状态的告警颜色等方面的个性化设置。
　　3.1.15冗余容错功能：软件上支持多台服务器共同承担SCADA任务，在某一单机（服务器）有故障时，系统仍能正常运作，对系统的操作使用没有任何影响，保证系统不停顿运行。
　　3.1.16数据接口和二次开发功能：
　　•以ODBC（OpenDatabaseConnect开放数据库连接）、ADO（ActiveXDataObject）、及COM自定义接口等方式提供开放的数据访问接口，实现与管理系统或其它自动化系统进行互联，达到资源共享。
　　•系统嵌入了微软的面向对象的集成开发环境，通过标准的、开放的数据访问接口可访问系统资源，用户和第三方供应商可根据行业的需要在此基础上进行二次开发，实现不同的应用。
　　3.1.17转发功能：
　　•接收和响应上一级监控中心的命令，并转发到下一级的监控单元。可将燃气的数据信息转发给现有的电力调度自动化系统，供调度员监视。
　　•可将本系统的数据转发给其它系统（如MIS系统）。
　　•转发的内容能够方便定义，包括系统采集的数据、计算数据、系统时间、通道运行状态和系统设备自身的运行状态等。
　　3.1.18WEB发布功能：
　　•客户端可通过浏览器查阅系统的实时信息、历史信息、各种图形信息、设备运行工况、生产统计报表等，实现远程生产监视。
　　•WEB浏览界面与实时系统的人机会话界面风格一致，具有相同的画面显示、画面操作和画面的快照打印等功能，且报警信息也能实时发布，使得在外地出差和家庭办公等情况下也能及时掌握天然气系统的运行状况。
　　3.1.19远程珍断和维护功能：•可通过WEB浏览系统的配置图和通讯网络图，观察系统各计算机、网络和通道的运行工况，判断系统运行是否正常。
　　•以电话拨号的方式将远程维护计算机联入系统，查看系统的自检信息文件进行诊断，若发生异常，可根据自检文件的提示，对系统进行修正，包括数据库的检查、功能的配置、甚至软件功能模块的修改等。
　　•可借助PCANYWHERE等工具软件对系统进行远程诊断和维护。
　　3.2监控软件的特点：
　　3.2.1增强的组态化特点
　　•功能组态，包括软件功能的组态、画面组态、报表组态、数据库组态等，无需关闭和重新启动程序或停机；
　　•网络组态，支持单网络和双网络，具有单机版和网络版。有良好的规模伸缩性和功能扩展性，可根据具体应用和投资状况灵活选择系统软硬件平台并保证系统具有最优的性能；
　　•系统组态，可依据系统规模和硬件配置灵活组态。
　　3.2.2标准化和开放性
　　•主站软件支持国内外设备与网络，具有强大的系统兼容性；
　　•支持Windows2000、WindowsXP等操作系统平台；采用MSSQLServer、Oracle等大型关系数据库，小型系统可采用MYSQL数据库；
　　•提供标准化的软硬件接口，易于互联互通，并支持二次开发；
　　•网络系统支持TCP/IP协议；
　　•适用多种POLLING或CDT方式的通讯规约，如MODBUS、DNP3.0、IEC60870-5-101、各种仪表协议等。
　　3.3.3分布式的网络结构
　　•分布式的Client/Server模式的实时数据库技术，提高了数据库访问的实时性，从根本上保证了数据的一致性，并使系统有很好的扩展性；
　　•采用分布式网络服务平台技术，提供应用模块间的通讯规范及接口，并提供集中的系统管理和网络管理服务。
　　3.3.4高可靠性和安全性
　　•冗余分布式的软硬件结构，实现硬件及软件模块的热备用；
　　•严密的用户权限管理，具有相应权限的用户方可操作使用系统。
　　3.3.5多种通讯解决方案
　　•支持公用电话网ADSL、DDN等专线通讯和电话拨号通讯
　　•支持数传电台、GPRS/CDMA、GSM、扩频、VSAT卫星通讯
　　•支持网络通讯
　　3.3.6多媒体技术的应用
　　•采用多媒体技术的人机会话功能，支持三维图形标准OpenGL、语音报警、多层图控制、各类图形显示，并具有动态着色功能。
　　3.3.7强大的报表处理能力
　　•完善的电子报表软件，基于EXCEL设计，通用性强，图文并茂，具有强大的报表处理能力。
　　3.3.8系统的二次开发
　　•作为标准的、开放性的和分布式的监控自动化应用环境和平台，嵌有微软的集成开发环境，支持系统的二次开发，实现资源共享。
　　3.4通讯设备
　　•通信方式为全双工或半双工通讯，支持网络通讯和串口通讯；
　　•通信协议为POLLING方式或CDT方式，支持多种国际、国内标准协议，常用的有：MODBUS、DNP3.0、IEC60870-5-101、各种仪表协议等；
　　3.5显示设备
　　•采用东芝X3000投影仪，最大分辨率1280×1024
　　•90%的画面调用响应时间＜4秒；
　　•动态数据刷新时间＜3秒；
　　•画面显示采用金属幕布；
　　•全部汉字提示及说明，国标两级汉库。
　　3.6站端监控
　　调压柜监控选用智能压力变送器，工业用户连接智能仪表标准接口。
　　3.7计算机设备
　　3.7.1操作站采用2台DellOptiPlexGX620主机，19"液晶显示器
　　3.7.2交换机采用2台DELLPowerConnect2224交换机。
　　二、SCADA系统在东阿城区燃气设施的应用
　　东阿然气公司城区燃气设施自安装运行SCADA系统以来，通过近5个月的运行，大大提高了运行质量，效果非常明显。
　　1、功能齐全实用。在SCADA系统能满足正常监控、显示、报表等功能的基础上，增加设备管理、短信服务等功能。若主管领导外出会议或者其他情况不在办公室，可通过此方式随时了解到整个燃气管网的运行的各项信息，辅助领导决策办公。
　　2、实时监控快捷准确。对调压站、流量计的数据采集3秒刷新一次，能够及时监控到整个燃气管网运行压力、流量的变化。及时发现各种问题。
　　3、显示直观，调节方便。数字、棒图、曲线多种画面多种形式，超大屏幕显示，系统的功能和界面的显示风格可根据调度员的习惯进行组态定义，个性化设置，便于调节。
　　4、全方位的报警功能。能够及时提醒值班人员下达指令，果断处理和判断事故的性质和种类。
　　5、报表功能便于查看历史数据，进行数据对照比较，并能打印输出，便于存档。
　　三、应用效果评估
　　城市燃气作为城市重要的公用基础设施是现代文明城市的重要标志之一，同时，又是国家能源建设的重要组成部分。城市燃气SCADA系统作为城市燃气供给、使用、计量的系统，实现了城市供气管网的智能化，节省了大量的人力、物力，为城市的基础建设做出了贡献。
　　该系统的应用，帮助公司实现标准化管理，改善了城区燃气管网信息沟通、数据整合能力，从而提高企业对燃气设施关键信息及时获取、快速反应的能力，加强企业对重点部位的动态监控，降低生产成本，提高管理水平，保证安全生产起到了重要的作用。
　　四、结束语
　　城市燃气企业的特点是：分布式、集散型、网络化、全开放。为实现对城市燃气生产过程的安全高效调度指挥，迫切需要一套可靠的控制系统。此时，SCADA的功能仍在不断地扩大和完善。
　　目前SCADA系统在城市燃气系统自动化学术理论和实践方面，另外，一些算法不能满足多个数据计算的需要，而且误差很大，不利于系统自动化的运行。

《SCADA系统在城市天然气供气系统中的应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： SCADA系统在城市天然气供气系统中的应用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-10137