SCADA系统在青岛某公司天然气管网中的应用

　　摘要：本文介绍了青岛某燃气有限公司天然气管网SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition，即远程监控及数据采集)系统的设计情况。对系统的建立原则、系统构成、软硬件配置、投资估算以及各部分的功能进行了较详细的描述，并介绍了SCADA系统在城市燃气系统的应用情况。SCADA系统的使用，对公司天然气管网系统的安全性、合理使用性以及长远发展，都具有重要的指导作用及现实意义。
　　关键词：SCADA系统，天然气，监控，管网
　　1 绪论
　　SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系统，即远程控制及数据采集系统，是集计算机技术、网络技术、通信技术、传感技术于一体的工业自动化控制系统[1]。它可以实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程控制，对工艺流程进行全面、实时监控，为生产调度和管理提供必要的数据，并可籍此运用先进控制论算法提供进一步的辅助分析和生产调度决策。
　　国外于20世纪60年代开始对SCADA系统进行研究，到90年代，在一些工业发达国家，SCADA系统已成为电力、电信、燃气、供水、供热输配系统中的普通设施，并且涌现出了像美国MOTOROLA、澳大利亚ACTION和德国SIEMENS等名牌SCADA系统成套产品，其设备性能先进、技术成熟，东京煤气公司、德国城市天然气公司等都是典型的用户代表[2]。我国早20世纪80年代开始引进和开发SCADA系统，到90年代，电力、电信行业发展已相当成熟，国内也有相当多的燃气公司、自来水公司、供热公司采用单片机技术自行开发自己的SCADA系统[3]。
　　2005年3月16日，青岛该燃气有限公司与青岛市市政管理委员会正式签署了《青岛市经济技术开发区东部区天然气特许经营协议》，成为青岛市第一家获得青岛市燃气行业特许经营权的企业，特许经营25年。特许经营范围为：东起规划区的排干渠，西至临近高速路；北起开发区北外环东延长线，南至南环路。规划总面积约14平方公里。特许经营项目建设主要包括：50公里天然气管线和3座调压站，总投资1.23亿元，规划年用气量2.26亿立方米。
　　燃气行业的特殊性，要求调度系统能够在紧急情况下迅速做出反应、采取行动，控制紧急情况，而且要做到安全、可靠，尽可能不影响用户的正常用气。因此，为加强对管网的管理及控制，提高该公司燃气管网系统的安全性和合理使用性，本文结合提高该公司燃气管网监测管理系统的特点，研究采用SCADA技术实现燃气系统检控、数据采集及调度自动化解决方案。
　　2 SCADA系统的设计及选型原则
　　2.1系统的设计原则
　　系统设计充分考虑特许经营范围燃气系统的生产、管理现状及发展规划，既满足现状使用要求，又为将来的发展留有扩展的可能；
　　系统做到安全可靠、稳定运行、技术先进、经济合理；采用国内外同类项目的成熟、先进技术；系统运行维护简便；采用模块化的设计。
　　2.2系统的选型原则
　　该公司燃气管网SCADA系统的选型遵循如下原则：
　　系统采用的硬件、软件和网络是具有世界先进技术水平，并且经过实践考验证明其安全、实用的产品。
　　系统具有高可靠性、稳定性和灵活性，以保证生产安全可靠地进行。系统能对自身进行自诊断并形成报告，能监视整个系统的工作状态，以便对系统的管理和维护。
　　系统具有较高的性能价格比。
　　RTU采用模块化产品。
　　系统具有足够的扩展能力，以满足未来发展需要。
　　系统的重要功能和设备采用冗余结构设计，如SCADA服务器等。
　　系统采用的网络结构是技术先进和性能可靠的。
　　系统有完善的防雷击和防浪涌的保护措施。
　　SCADA系统所用软件采用模块化结构，并具有强大的人机对话能力。
　　SCADA系统的应用软件具有开放式数据库接口，便于其它应用程序读取其数据库的数据。
　　3 SCADA系统的设计方案
　　系统设计时，充分利用现有高新技术，并考虑了系统的发展，该系统的调度管理既具有将来采用“信息集成系统、地理信息系统（GIS）、实时模型、系统预估优化”等高级应用软件的能力，还可与公司计算机管理网络资源共享。
　　配合该发展规划，本方案设计的SCADA系统总规模包括：调度及监控中心（1个）、场站7个（2个高中压站，5个管网关键点）；并保留了500个扩容点。
　　为满足对燃气管网的监控和调度，设计的SCADA系统是一个集中管理、统一调度、分散控制的集散型计算机网络监控系统，系统由以下三个部分组成：
　　3.1调度及监控中心（主控中心）
　　主控中心为一级站，是整个系统的中枢，主要监测天然气输配管网的运行压力、温度、流量等重要的工艺参数，进行压力、流量平衡控制调度，指挥各站点操作，发布调度指令，优化系统运行，保证整个管网能够安全、合理地为用户供气，属监控级。
　　主控中心是监控系统的中枢，为确保系统安全、稳定地运行，采用双局域网、双服务器热备冗余结构。服务器配RAID5硬盘阵列，可存储大量的实时数据及历史数据。设一台工程师工作站，配可擦写光盘驱动器，作为系统工程师维护系统、完成系统参数定义、重新组态等高级功能用。设两台操作员工作站，供系统操作员执行日常系统操作用，两台操作员站可互为备用。主控中心可通过通信通道与各二级站进行数据通信。为保证主控中心供电安全，设不间断电源USP。
　　3.2远程监控站
　　远程监控站包括次高压调压站和工业及公服大用户，采用RTU作为数据终端，完成数据采集、处理及通信功能。其主要功能是监测其管辖范围内的管网运行参数，将采集到的现场数据处理后通过通信系统上传至主控中心，按照主控中心发布的远程控制指令控制阀门的开闭。也可在本地通过本地计算机、笔记本电脑或直接在RTU面板上操作阀门的开闭，当然，这种操作应在主控中心通过授权允许后才能进行。
　　3.3通信系统
　　通信系统分为数据传输系统及话音通信系统两部分。
　　4 SCADA系统软件描述
　　本系统采用的是DYNAC套装软件，其于LINUX操作系统上运行，并同时兼容客户工作站上的常用操作系统。它具有明确的高可靠性和有效表现，并采用开放式数据存取标准，如ODBC模式协议（数据源），使其它软件能以市场上标准方式摘录和使用SCADA系统中的数据。
　　4.1DYNAC
　　DYNAC软件是美国TRANSDYN公司的产品，为SCADA系统的主要部分。软件没有远程站及用户数目的限制。
　　4.2DYNAC二次开发
　　SCADA系统组成部分，除了所提及的计算机硬件、网络通信、可编程控制器/远程终端单元及各类型变送器外，更重要的一部分就是SCADA软件本身。DYNAC软件是一套完整而具有特定标准功能的SCADA软件，但仍需要设计、营造及开发特有的应用程序及人机接口配合用家要求。
　　4.3LINUX分析
　　DYNAC软件运行的稳定性，除建基于软件本身自己的稳定性外，更需要配合操作系统及服务器的稳定性及可靠性。LINUX目前在全球的用户已经超过900万人，在中国的用户也已经超过10万人，在中国的应用也越来越广泛。基于以上原则及现今国家在信息产业的发展战略，DYNAC软件选用已广泛应用于中国的LINUX为SCADA服务器的操作系统。
　　5 SCADA系统功能描述
　　根据该公司天然气工程的建设情况使SCADA系统的监控能力达到500多个关键点，能够满足对特许经营范围内地区进行监控的要求，并为以后的扩容留有足够的空间。整个SCADA系统是一个分布式系统，可以实现监控、数据采集、数据计算分析等功能。
　　5.1监控功能
　　SCADA系统可以进行燃气管网运行工程监控、天然气输配管网遥控遥调、系统故障弱化与系统冗余、系统运行状态远程诊断与监控管理等功能。
　　监控功能可以实现整个天然气输配系统的高效运行和先进管理，及时了解生产运行情况，增加全网透明度，降低生产调度系统运行成本，保证生产调度系统正常运行，提高系统维护和管理水平，为管理者提供科学决策的有效依据。
　　5.2数据采集功能
　　数据采集是指通过各监控点安装的RTU等设备进行数据的采集和传送，数据采集功能设计为实时采集管网上各点的天然气运行参数，并将参数传递到监控系统中，进而到调度中心，使整个SCADA系统及时收集数据，做出判断。正常情况下，RTU将按调度中心的要求传递当前的各参数值和状态量，一旦监测到异常事件，立即发送报警信号，使调度中心得到消息，调度中心可根据实际情况对RTU发出控制命令。
　　5.3数据计算分析功能
　　该SCADA系统可以对燃气输配管网进行多方面计算与分析，其中包括：计算统计整个天然气管网输配日不均衡、月不均衡、季不均衡系数；实时计算显示1#调压站（门站）出站压力与2#、3#调压站进站压力差及变化趋势，计算显示各个重要站点日、月、季、年累计流量输差分析趋势图、列表；进行管网输配的简单仿真；对管网干管储气量进行实时计算统计分析。此外，系统还可以生成输配管网各子站点的年、月、日生产统计报表，报警事件统计报表，系统事件统计报表等。还可以向公司领导和有关部门提供大量的编制生产计划、管网规划、用户发展规划所需要的基础数据。
　　另外，本系统还考虑与青岛燃气集团调度中心SCADA系统相连，如遇有特殊紧急情况而本系统调度中心不能有效监控时，由燃气集团调度中心对本系统进行统一调度监控，这样可以避免由于特殊紧急情况而给运行管理带来的不便。
　　6项目投资
　　本项目投资主要由系统软件、系统硬件、远程终端、现场仪表以及主控中心装修等部分构成，投资总额见下表：
　　工程投资总额

　　7结语
　　SCADA系统启用后，能够向生产经营提供高层次的决策和优化调度的支持，对实际系统进行优化分析，提高管网系统的运行质量，减少乃至防止安全事故的发生，降低运行成本，提高社会效益和经济效益，相信在不远的将来，SCADA系统将在该公司管网输配系统以及整个燃气行业的管网输配调度中发挥越来越重要的作用。
　　8参考文献
　　【1】马福军，朱洪林。SCADA技术在供水系统中的应用【J】。齐鲁石油化工，2003，31（1）：79-81.
　　【2】冯毅华，赵红旭。燃气SCADA系统的开发应用【J】。河南科技，2003，（4）：23-24。
　　【3】卢冰，刘雷，李文杰。SCADA技术在城市燃气管网调度管理中的应用。郑州轻工业学院学报（自然科学版），2004，19（3）：60-62。