SCADA系統在燃氣管理中的應用

蘇敏

（哈爾濱市燃氣工程設計研究院，黑龍江 哈爾濱 150016）

1 SCADA系統

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系統，即數據采集與監視控制系統。SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

在燃氣行業中，SCADA系統應用比較廣泛，技術發展也趨于成熟，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統運行狀態、加快決策、能幫助快速診斷出系統故障狀態等優勢，現已經成為燃氣調度不可缺少的工具。它對提高燃氣管網運行的可靠性、安全性與經濟效益，減輕調度員的負擔，實現燃氣調度自動化與現代化，提高調度的效率和水平等方面有著不可替代的作用。

SCADA系統包括站控系統(SCS)和遠程控制終端(RTU)以及現場儀表，可實現以下功能：

1.1 對燃氣溫度、壓力、流量、可燃氣體濃度等參數設指示、記錄、報警；

1.2 當工藝裝置出現異常情況時，可實現緊急自動停車，以保護人員和設備的安全；

1.3 對門站、調壓站進行視頻監控和入侵報警，防止非正常進入；

1.4 對各級調壓站的工藝參數進行監控，并實現遠程控制。

SCADA系統硬件主要包括SCADA服務器、通訊服務器、歷史數據服務器、操作員工作站、網絡設備及打印機等。站控系統主要包括計算機網絡系統、過程控制單元（PLC或RTU）、數據通信接口等。其中，PLC或RTU是系統中最重要的設備。

PLC，即可編程控制器（Programmable logic Controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”

從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。

CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。

CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成。CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI）、開關量輸出（DO）、模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO）等模塊。

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

PLC系統還包括上位機、人機界面、通訊設備等其它設備。

PLC軟件系統由系統程序和用戶程序兩部分組成。系統程序包括監控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預。用戶程序是用戶根據現場控制要求，用PLC的程序語言編制的應用程序以實現各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態和編程的標準軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進行硬件組態和邏輯程序編制，以及邏輯程序執行結果的在線監視。

RTU，即遠程控制終端(Remote Terminal Units)，除具備對現場信號、設備的監測和控制外，還具有更優良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于無人值守的、惡劣的溫度和濕度環境。

2 應用

某城市燃氣管網包括1座門站和5座高--中壓調壓站。調度控制中心設置在門站，門站設置SCADA系統和SCS系統各一套。調壓站中1座為有人值守站，設置SCS系統一套，其余4座為無人值守站，各設一套RTU系統。工藝現場采用隔爆型變送器及電氣設備。

DCS系統，即集散控制系統，屬90年代國際先進水平大規模控制系統。它適用于測控點數多、測控精度高、測控速度快的工業現場。其特點是分散控制和集中監視，組網通訊能力、測控功能強，運行可靠，易于擴，組態方便，操作維護簡便，但系統的價格昂貴。

SCADA系統屬中小規模的測控系統。它集中了PLC系統的現場測控功能強和DCS系統的組網通訊能力的兩大優點，性能價格比高。所以在燃氣行業的管理中，SCADA系統更加經濟適用。

[1]林小峰.可編程控制器原理及應用 .北京：高等教育出版社，1994

[2]陸德民.石油化工自動控制設計手冊（第三版）北京：化學工業出版社，1999.08

[3]張萬忠.可編程控制器應用技術 北京：化學工業出版社，2001.12

[4]于慶廣.可編程控制器原理及系統設計 北京：清華大學出版社.2004