SCADA系統在城市燃氣行業的應用

李志強

摘要：隨著城市用戶逐年增長、管線日益增多，為保障管道燃氣安全及確保城市用戶安全穩定用氣，烏魯木齊自2003年竣工投產SCADA系統項目，SCADA系統是利用GPRS無線及光纖數據傳輸實現燃氣管網和場站的數據采集、監視、控制和管理，為生產運行的科學管理和調度提供科學的依據。經歷17年的發展，SCADA系統從單一的運行監控到全面掌控城市輸配體系，其在日常天然氣輸配運行過程中所起到的功能和作用，也隨這輸配系統的不斷發展而得到了顯著提升。

關健詞：SCADA系統;組成;調壓站;監控;應用;

引言：城市燃氣SCADA系統是一個安全可靠、技術先進、性能穩定、操作方便、易于擴展及開發、經濟合理、性能價格比高的，適用于天然氣管道工程的SCADA系統。它實現燃氣管網和場站的數據采集、監視、控制和管理，為生產運行的科學管理和調度提供科學的依據。

1城市燃氣SCADA系統概述

1.1系統描述

SCADA的英文是Supervisory Control And Data Acquisition，譯成中文就是數據采集與監視控制系統。SCADA系統是以計算機為基礎的DCS與電力自動化監控系統;它應用領域很廣，可以應用于電力、冶金、石油、化工、燃氣、鐵路等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域 。

SCADA系統是一類功能強大的計算機遠程監督與數據采集系統，它綜合利用了計算機技術、控制技術、通信與網絡技術，完成了對測控點分散的各種過程或設備的實施數據采集，本地或遠程的自動控制，以及生產過程的全面實施監控，并為安全生產、調度、管理、優化和故障診斷提供必要和完整的數據及技術手段。

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。SCADA系統主要有以下部分組成：監控計算機、遠程終端單元（RTU）、可編程邏輯控制器（PLC）、通信基礎設施、人機界面（HMI）。

1.2系統特點

一般來講，SCADA系統指分布式計算機測控系統特指分布式計算機測控系統，

主要用于測控點十分分散、分布范圍廣泛的生產過程或設備的監控，通常情況下，測控現場是無人或少人值守。

1.3系統原理

為了使整個大慶燃氣SCADA系統更可靠安全，容易操作，我們把整個系統分成幾個功能層次，見下圖。

1.3.1信息層

服務器為2個Sun Solaris Unix機器，互為冗余備份，并安裝IA SCADAmaster stations 軟件。

1.3.2通訊層

●有線部分（光纖， ADSL）

●無線部分（SCDMA）

有線部分最終接口是RJ-45，固定IP，在同一個網段內。中心和調壓站、計量站、調壓+計量站的通訊使用SCDMA無線通訊， SCADA系統要求完全透明通道。

1.3.3控制層

控制層由RTU控制單元和站內監控系統兩大部分組成。RTU設置在現場，它由CPU模塊、IO模塊、電源模塊、通信模塊等組成，可實現對各調壓箱、計量箱現場情況的監控。CNG母站、CNG子站和供氣門站內均設有由PLC和計算機組成的站控系統，實現對站內數據的事實監控。

1.3.4設備層

這一層由溫度變送器、壓力變送器、可燃氣體報警器和流量計等現場儀表和門禁開關等開關量信號組成傳感單元;由各類電動執行機構和繼電器輸出觸點組成控制單元，實現對調壓站、計量站、CNG站和門站的現場信號采集及控制指令執行。

2 SCADA系統的組成

2.1無人值守單元RTU

RTU的作用是進行本地的數據采集及發送，完成本地的控制，接受并完成遠程控制。進行數據采集時，實時采集本地的相關生產參數，作為一個遠程的數據通信單元，將所采集的參數定時或即時（當有故障報警時）發送給.上級監控站或中心站。進行本地控制時，作為系統中一個獨立的工作站，RIU可獨立地完成聯鎖控制、PID調節、邏輯控制、前饋控制及時序控制等功能。進行遠程控制時，可即時接受上級站的遠程控制指令，按指令完成本地控制。

RTU主要配置有CPU模塊、模擬量IO模塊、數字量IO模塊、通信模塊、電源、通信設備、機箱、一次測量儀表及執行機構。RTU完成任務流程取決于安裝于CPU模塊中的程序，CPU的程序- -般由計算機高級語言或梯形圖編寫，然后下載到CPU模塊中。

2.2有人值守監控站

有人值守監控站的作用是進行數據采集、監視及管理，完成本地的控制，下達遠程控制指令及完成遠程控制。進行數據采集、監視及管理時，實時采集本地生產場所的相關數據，定時或即時接納下級站的數據，并對其進行監視打印及管理，定時或即時向上級站發送本地數據。進行本地控制時，作為系統中一個獨立的工作站，可獨立完成本地的PID調節聯鎖控制、反饋控制、前饋控制邏輯控制及時序控制等調節控制功能。其遠程控制功能主要是完成上級站下發的控制指令，對下級站發出控制指令。有人值守監控站主要配置有工業PC機、可編程控制器（PLC）、通信設備、電源機柜、-次測量儀表及執行機構，典型配置見圖1。工控機通過組態軟件完成其功能，HLC的編程采用梯形圖。

2.3調度中心站

調度中心站的作用是實時采集下級站的運行參數，從而進行負荷分析、優化調度、狀態評估、故障預報與分析、計量管理，向下級站下達遙控指令，并完成工況圖、統計曲線報表等管理功能。其主要配置有容錯小型機、工程師工作站、操作員工作站、通信機大屏幕投影儀、打印機、平板繪圖儀和圖形拷貝機等。調度中心站是一個局城網系統，可包含多個工作站和支持網絡功能的設備。它的軟件支持是組態軟件。

2.4通信網絡及通信方式

通信網絡采用無線通信有線通信、光纖通信和衛星通信四種組合。通信方式有以下4種： （1）輪詢方式 由系統設置一個時間周期，每隔一個時間段，系統進行一次查詢，收集中心站所需要的現場數據。

（2）廣播方式中心站向所有下級站下發命。

（3）控制命令下發方式 ?如下發開、關控制命令修改報警及控制權限，在通信上有較高的優先級。

（4）下級站觸發通信方式 ?包括事件觸發方式，突發傳輸方式以及下級站在事故或非正常狀況下向中心站突發數據。

3 ?SCADA 系統在燃氣行業的應用狀況

我國于80年代開始引進和開發 SCADA 系統，進入 90 年代后，隨著燃氣事業在國內的快速發展，很多燃氣企業開始這一方面的工作，大多數企業采用國外廠家的 PLC 產品作子站的RTU部分，傳輸方式多以無線為主，中心控制系統也一定程度上采用了大型關系數據庫，實現的功能多是以監測壓力點為主。

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。

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多數進行監控，并實現遠程控制。

4總結

在我們的應用實踐中，信息技術的應用給燃氣行業帶來很多直接或間接的效益，不僅提高了服務質量和客戶滿意度，在解決一些技術問題上提供了直接的參考依據，建立先進、可靠、完善的燃氣生產指揮（SCADA）系統的優勢如下：

1、 對天然氣管網和全部站場進行監視、控制，實時掌握站場運行數據，維護生產過程的安全;

2、 及時處理操作報警，避免或降低事故造成的人身傷害、財產損失和環境損壞，以確保用戶（居民、商服及企業單位等）正常、安全用氣：

3、 全自動的抄表和記錄功能避免了大量的人為操作，在節省勞動力的前提下還提高了數據的可靠性。

4、 本系統還可與其它的計算機應用類系統相連接，實現資源信息共享，從而體現現代化的燃氣管理水平。

5、 本系統適用類型廣泛，主要適用于城市燃氣SCADA系統。對ADSL和SCDMA無線數據傳輸、遠端RTU站數據采集、生產指揮調度中心軟件等內容的研究和開發所得的相關技術也可以應用于其它城市管網（如自米水、熱網）以及相關數據采集監控系統，有很大的推廣價值。

結束語：

系統建成后，工作人員可根據系統提供的信息全面、實時掌握系統運行參數和狀況，最好地解決供需矛盾。以滿足工業及民用的需要。

燃氣是易燃易爆氣體，要求生產、輸配絕對安全，本系統提高了調度人員發現事故和分析事故的預見性，一且出現異常，可以及時采取有效措施，防止事故的發生和蔓延，從而保障了國家與人民財產的安全，具有顯著的安全效益。同時，系統建成后，可以根據運行狀況及各環節的運行數據等相關信息，進行綜合分析、優化調度，編制合理、經濟的供氣方案，節約了氣源，人力、物力，減少了對環境的污染。

參考文獻

[1] 曾力1，張廣煜1.SCADA在城市燃氣供應中的應用【J】.煤氣與熱力第22卷第3期，文章編號：1000-4416（2002）03-0264-02

[2] SCADA 系統在燃氣行業中的應用

作者簡介：李志強，男，1975，新疆呼圖壁縣人，化學工程專業工程師，研究方向：化學工程安全管理。