燃气SCADA系统的分析及建设

姜鑫

目前，我国正在着力于发展天然气这一绿色能源，随着国内城市建设规模的不断扩张，城市管网输配系统也不断扩张，这也使燃气输配情势越来越变得复杂，在一些大城市，SCAAD系统在燃气行业正在备受关注，基于此本文论述了设置SCADA系统的必要性、燃气SCADA系统的设计原则、软件结构设置等。

一、燃气SCADA系统分析

（一）SCADA系统概述

数据采集与监视控制系统即SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，是一个以计算机为基础的对生产过程进行控制及调度的自动化系统。通过SCADA系统对生产现场设备进行监视和控制，能够实现对生产现场数据的采集、对生产设备的控制、参数的调节以及信号报警等多种功能。

运用已有的网络并依靠数据库技术的辅助和较为完善的开发平台，来开发这一一个管理系统，它具有开放的体系结构，维护与扩充都较易于进行，人机交互界面的燃气调压箱具有较好的运行状态，实现数据的计算机存储，由此大量减少纸质的文件的保存工作量，其差错率也较人力操作大大下降，其快捷方便的特点主要表现在统计、查询功能方面，较燃气控制各种参数查询、统计效率大大提高，不仅控制了成本，也实现了数据共享的最大化。

（二）设置SCADA系统的必要性分析

该系统的建立基础是计算机、通讯系统、控制器、传感器，其结构基本是由中央计算机管理系统、系统中继站、远程控制单元RTU等三级组成。主要包括计算机及其网络系统、RTU及其通信系统等，以此来完成远程控制、站控等功能。如今的城市燃气输配系统是一项较为综合设施，主要有以下几部分组成：

燃气管网，其分为高压、中压、低压等不同压力等级；城市燃气分配站或压气站、多种类型的调压站或者调压装置；储配站；监控与调度中心；维护管理中心。

调度控制中心设有SCADA系统，保证输送管道及各站场的正常输气，并可以全面监视，对全线输气进行自动控制，为确保SCADA系统正常运行，在各站设置站控制系统，它是SCADA系统的远程控制站，SCADA系统的正常运行必须以此为基础。

（三）SCADA系统的功能要求

调度控制中心及后备控制中心的计算机系统、站控制系统SCS、远程终端装置RTU、通信系统构成了SCADA系统。由调度控制中心的统一调度，协调优化运行。

中心控制级系统。计算机控制系统已成为燃气管网运行系统的核心，从现场收集信息实施管理功能，系统的配置必须要能够提供：以多余的结构保证高效率；有多余的服务器用作数据收集和由SQL接口标准支撑的实时数据库；有关历史数据库的服务器

站场控制级系统。站场控制装置包括简单的外部站到远端站（RTUS）不同的种类，有的远端站仅作为收集信息，控制中心得到信息后，通过智能远端站实行地区的控制。简单的外部站站务附加的智能控制能力，只能处理有限数量的过程数据。

就地控制级装置。地控制系统对工艺单体或设备进行手/自动就地控制。当进行设备检修或紧急切断时，可采用就地控制方式。

二、燃气SCADA系统

（一）燃气SCADA系统设计原则

运用先进的计算机软、硬件技术，组成一个SCADA集成应用环境，系统设计时应遵从的是先进性、安全可靠性、开放性、可扩展性、易用性的原则，主要表现在：

先进性：系统建设技术起点高，采用Client/Server主从分布式体系结构，选用统一的软件平台Windows 2000/windows NT操作系统，实现性能价格比的最佳化。

安全可靠性：该系统所选硬件设备有如下的要求，符合现代工业标准，采用双机、双网、双电源，接人双通道等冗余设计结构，故障出现时能够自动切换，使系统的运行保持正常化，

系统软件平台完善，在软件开发上，遵循软件工程的方法，通过全面测试，保证程序运行正常，并方便维护。网络和关键设备应具有双重和多重冗余的特点，数据库分层次，分级授权管理，系统应有备份，以便在系统出现故障的情况发生时，以最快的速度恢复系统的正常运行。

开放性：支撑平台和应用系统体现了开放性的原则，就支撑平台来说，选用标准化的软硬件产品，系统中的设备的通用性也较强，通过对各个厂家的产品的集成，可实现系统的扩充和升级。但就应用系统来说，所应搭建一个一体化的支撑平台，其特点是模块化、网络化、接口标准化，帮助对用户应用软件进行开发，并可以与其它系统互联和无缝集成。

可扩展性：SCADA系統应具有良好的功能可扩展性，系统的建设能够全局规划，分段建设，逐步扩充和升级。

易用性：系统的用户界面应简单易学，操作简便，对操作人员计算机专业知识没有过高的要求，一般都可运用系统软件中的各种功能的模块，将数据库作为核心，在网络的诸多节点上分布，个别模块要用相关硬件除外，一般都可以在任意节点机上运行，实现“即装即用”。

（二）SCADA系统软件结构设置

操作系统。操作系统主要有WINDOWS和UNIX（或LINUX），是为了方便用户，管理和控制计算机软硬件资源的系统软件（或程序集合）。操作系统的基本功能是作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理。

通信与网络软件。SCADA网络和通信做到了系统内的资源共享、信息交换和设备联动，它们是将信号检测、数据传输、处理、存储、计算、控制等设备或系统连接成一个整体，实现多项事务相互协调运转，它是直接与硬件设备和软件连接的信息渠道。在与I/O设备通信进行时，请求方式和主动发送方式是运用最多的。主动发送方式即I/O设备在数据改变时主动报告数据。设备驱动程序可以支持诸多通信模式，协议一般有MODBUS，PROFIBUS等。

实时数据库。在生产装置运行的情况下，实时数据库系统实时采集的运行数据，随时掌握装置的运行情形，监控和分析生产过程中关键的数据，及时处理异常问题，保持生产运行的正常平稳。可以及时反映生产状态出现的变化，运用实时数据库，可根据实时数据和历史数据，对生产的工艺过程进行先进控制、优化控制和在线分析，反映生产的规律，实时调整工艺参数，以此优化状态有效提升经济效益。

组态软件。组态软件提供了各种绘画工具、动画连接手段等，使图、文等与现场的数据相联。画面上图形颜色、位置等随现场数据变化而改变，通过观察画面上的图形文字，即可掌握现场情形。根据过程控制和管理的需求，还可以提供趋势图、报表、报警、脚本工具等。

应用软件。目前常用的软件有如下几种：压缩机故障诊断系统；泄漏检测系统；管道在线或离线仿真系统；地理信息管理系统（GIS）；生产调度指挥系统等。

目前，随着SCADA系统在技术和管理的不断提高，它紧密结合了现代控制理论，比如，专家系统、模糊决策等，同时，还有效地应用了目前发展迅速的网络技术、面向对象技术等，根据目前对先进技术和现场管理精细化的需求，有待于工程技术人员在对SCADA软件的使用中，有效融合更新相关信息技术，取人之长补己之短，趋利避害，不断推出新产品。

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