燃氣SCADA系統的分析及建設

姜鑫

目前，我國正在著力于發展天然氣這一綠色能源，隨著國內城市建設規模的不斷擴張，城市管網輸配系統也不斷擴張，這也使燃氣輸配情勢越來越變得復雜，在一些大城市，SCAAD系統在燃氣行業正在備受關注，基于此本文論述了設置SCADA系統的必要性、燃氣SCADA系統的設計原則、軟件結構設置等。

一、燃氣SCADA系統分析

（一）SCADA系統概述

數據采集與監視控制系統即SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，是一個以計算機為基礎的對生產過程進行控制及調度的自動化系統。通過SCADA系統對生產現場設備進行監視和控制，能夠實現對生產現場數據的采集、對生產設備的控制、參數的調節以及信號報警等多種功能。

運用已有的網絡并依靠數據庫技術的輔助和較為完善的開發平臺，來開發這一一個管理系統，它具有開放的體系結構，維護與擴充都較易于進行，人機交互界面的燃氣調壓箱具有較好的運行狀態，實現數據的計算機存儲，由此大量減少紙質的文件的保存工作量，其差錯率也較人力操作大大下降，其快捷方便的特點主要表現在統計、查詢功能方面，較燃氣控制各種參數查詢、統計效率大大提高，不僅控制了成本，也實現了數據共享的最大化。

（二）設置SCADA系統的必要性分析

該系統的建立基礎是計算機、通訊系統、控制器、傳感器，其結構基本是由中央計算機管理系統、系統中繼站、遠程控制單元RTU等三級組成。主要包括計算機及其網絡系統、RTU及其通信系統等，以此來完成遠程控制、站控等功能。如今的城市燃氣輸配系統是一項較為綜合設施，主要有以下幾部分組成：

燃氣管網，其分為高壓、中壓、低壓等不同壓力等級；城市燃氣分配站或壓氣站、多種類型的調壓站或者調壓裝置；儲配站；監控與調度中心；維護管理中心。

調度控制中心設有SCADA系統，保證輸送管道及各站場的正常輸氣，并可以全面監視，對全線輸氣進行自動控制，為確保SCADA系統正常運行，在各站設置站控制系統，它是SCADA系統的遠程控制站，SCADA系統的正常運行必須以此為基礎。

（三）SCADA系統的功能要求

調度控制中心及后備控制中心的計算機系統、站控制系統SCS、遠程終端裝置RTU、通信系統構成了SCADA系統。由調度控制中心的統一調度，協調優化運行。

中心控制級系統。計算機控制系統已成為燃氣管網運行系統的核心，從現場收集信息實施管理功能，系統的配置必須要能夠提供：以多余的結構保證高效率；有多余的服務器用作數據收集和由SQL接口標準支撐的實時數據庫；有關歷史數據庫的服務器

站場控制級系統。站場控制裝置包括簡單的外部站到遠端站（RTUS）不同的種類，有的遠端站僅作為收集信息，控制中心得到信息后，通過智能遠端站實行地區的控制。簡單的外部站站務附加的智能控制能力，只能處理有限數量的過程數據。

就地控制級裝置。地控制系統對工藝單體或設備進行手/自動就地控制。當進行設備檢修或緊急切斷時，可采用就地控制方式。

二、燃氣SCADA系統

（一）燃氣SCADA系統設計原則

運用先進的計算機軟、硬件技術，組成一個SCADA集成應用環境，系統設計時應遵從的是先進性、安全可靠性、開放性、可擴展性、易用性的原則，主要表現在：

先進性：系統建設技術起點高，采用Client/Server主從分布式體系結構，選用統一的軟件平臺Windows 2000/windows NT操作系統，實現性能價格比的最佳化。

安全可靠性：該系統所選硬件設備有如下的要求，符合現代工業標準，采用雙機、雙網、雙電源，接人雙通道等冗余設計結構，故障出現時能夠自動切換，使系統的運行保持正常化，

系統軟件平臺完善，在軟件開發上，遵循軟件工程的方法，通過全面測試，保證程序運行正常，并方便維護。網絡和關鍵設備應具有雙重和多重冗余的特點，數據庫分層次，分級授權管理，系統應有備份，以便在系統出現故障的情況發生時，以最快的速度恢復系統的正常運行。

開放性：支撐平臺和應用系統體現了開放性的原則，就支撐平臺來說，選用標準化的軟硬件產品，系統中的設備的通用性也較強，通過對各個廠家的產品的集成，可實現系統的擴充和升級。但就應用系統來說，所應搭建一個一體化的支撐平臺，其特點是模塊化、網絡化、接口標準化，幫助對用戶應用軟件進行開發，并可以與其它系統互聯和無縫集成。

可擴展性：SCADA系統應具有良好的功能可擴展性，系統的建設能夠全局規劃，分段建設，逐步擴充和升級。

易用性：系統的用戶界面應簡單易學，操作簡便，對操作人員計算機專業知識沒有過高的要求，一般都可運用系統軟件中的各種功能的模塊，將數據庫作為核心，在網絡的諸多節點上分布，個別模塊要用相關硬件除外，一般都可以在任意節點機上運行，實現“即裝即用”。

（二）SCADA系統軟件結構設置

操作系統。操作系統主要有WINDOWS和UNIX（或LINUX），是為了方便用戶，管理和控制計算機軟硬件資源的系統軟件（或程序集合）。操作系統的基本功能是作業管理、文件管理、存儲管理、設備管理和進程管理。

通信與網絡軟件。SCADA網絡和通信做到了系統內的資源共享、信息交換和設備聯動，它們是將信號檢測、數據傳輸、處理、存儲、計算、控制等設備或系統連接成一個整體，實現多項事務相互協調運轉，它是直接與硬件設備和軟件連接的信息渠道。在與I/O設備通信進行時，請求方式和主動發送方式是運用最多的。主動發送方式即I/O設備在數據改變時主動報告數據。設備驅動程序可以支持諸多通信模式，協議一般有MODBUS，PROFIBUS等。

實時數據庫。在生產裝置運行的情況下，實時數據庫系統實時采集的運行數據，隨時掌握裝置的運行情形，監控和分析生產過程中關鍵的數據，及時處理異常問題，保持生產運行的正常平穩。可以及時反映生產狀態出現的變化，運用實時數據庫，可根據實時數據和歷史數據，對生產的工藝過程進行先進控制、優化控制和在線分析，反映生產的規律，實時調整工藝參數，以此優化狀態有效提升經濟效益。

組態軟件。組態軟件提供了各種繪畫工具、動畫連接手段等，使圖、文等與現場的數據相聯。畫面上圖形顏色、位置等隨現場數據變化而改變，通過觀察畫面上的圖形文字，即可掌握現場情形。根據過程控制和管理的需求，還可以提供趨勢圖、報表、報警、腳本工具等。

應用軟件。目前常用的軟件有如下幾種：壓縮機故障診斷系統；泄漏檢測系統；管道在線或離線仿真系統；地理信息管理系統（GIS）；生產調度指揮系統等。

目前，隨著SCADA系統在技術和管理的不斷提高，它緊密結合了現代控制理論，比如，專家系統、模糊決策等，同時，還有效地應用了目前發展迅速的網絡技術、面向對象技術等，根據目前對先進技術和現場管理精細化的需求，有待于工程技術人員在對SCADA軟件的使用中，有效融合更新相關信息技術，取人之長補己之短，趨利避害，不斷推出新產品。

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