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SCADA系統(tǒng)在青島某公司天然氣管網(wǎng)中的應(yīng)用

所屬欄目:軟件開發(fā)論文 發(fā)布日期:2011-02-21 17:27 熱度:

  摘要:本文介紹了青島某燃?xì)庥邢薰咎烊粴夤芫W(wǎng)SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition,即遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)的設(shè)計情況。對系統(tǒng)的建立原則、系統(tǒng)構(gòu)成、軟硬件配置、投資估算以及各部分的功能進(jìn)行了較詳細(xì)的描述,并介紹了SCADA系統(tǒng)在城市燃?xì)庀到y(tǒng)的應(yīng)用情況。SCADA系統(tǒng)的使用,對公司天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、合理使用性以及長遠(yuǎn)發(fā)展,都具有重要的指導(dǎo)作用及現(xiàn)實(shí)意義。
  關(guān)鍵詞:SCADA系統(tǒng),天然氣,監(jiān)控,管網(wǎng)
  1 緒論
  SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng),即遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),是集計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)于一體的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)[1]。它可以實(shí)時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程控制,對工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時監(jiān)控,為生產(chǎn)調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù),并可籍此運(yùn)用先進(jìn)控制論算法提供進(jìn)一步的輔助分析和生產(chǎn)調(diào)度決策。
  國外于20世紀(jì)60年代開始對SCADA系統(tǒng)進(jìn)行研究,到90年代,在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家,SCADA系統(tǒng)已成為電力、電信、燃?xì)狻⒐┧⒐彷斉湎到y(tǒng)中的普通設(shè)施,并且涌現(xiàn)出了像美國MOTOROLA、澳大利亞ACTION和德國SIEMENS等名牌SCADA系統(tǒng)成套產(chǎn)品,其設(shè)備性能先進(jìn)、技術(shù)成熟,東京煤氣公司、德國城市天然氣公司等都是典型的用戶代表[2]。我國早20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)和開發(fā)SCADA系統(tǒng),到90年代,電力、電信行業(yè)發(fā)展已相當(dāng)成熟,國內(nèi)也有相當(dāng)多的燃?xì)夤尽⒆詠硭尽⒐峁静捎脝纹瑱C(jī)技術(shù)自行開發(fā)自己的SCADA系統(tǒng)[3]。
  2005年3月16日,青島該燃?xì)庥邢薰九c青島市市政管理委員會正式簽署了《青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東部區(qū)天然氣特許經(jīng)營協(xié)議》,成為青島市第一家獲得青島市燃?xì)庑袠I(yè)特許經(jīng)營權(quán)的企業(yè),特許經(jīng)營25年。特許經(jīng)營范圍為:東起規(guī)劃區(qū)的排干渠,西至臨近高速路;北起開發(fā)區(qū)北外環(huán)東延長線,南至南環(huán)路。規(guī)劃總面積約14平方公里。特許經(jīng)營項(xiàng)目建設(shè)主要包括:50公里天然氣管線和3座調(diào)壓站,總投資1.23億元,規(guī)劃年用氣量2.26億立方米。
  燃?xì)庑袠I(yè)的特殊性,要求調(diào)度系統(tǒng)能夠在緊急情況下迅速做出反應(yīng)、采取行動,控制緊急情況,而且要做到安全、可靠,盡可能不影響用戶的正常用氣。因此,為加強(qiáng)對管網(wǎng)的管理及控制,提高該公司燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的安全性和合理使用性,本文結(jié)合提高該公司燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)的特點(diǎn),研究采用SCADA技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃?xì)庀到y(tǒng)檢控、數(shù)據(jù)采集及調(diào)度自動化解決方案。
  2 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計及選型原則
  2.1系統(tǒng)的設(shè)計原則
  系統(tǒng)設(shè)計充分考慮特許經(jīng)營范圍燃?xì)庀到y(tǒng)的生產(chǎn)、管理現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃,既滿足現(xiàn)狀使用要求,又為將來的發(fā)展留有擴(kuò)展的可能;
  系統(tǒng)做到安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理;采用國內(nèi)外同類項(xiàng)目的成熟、先進(jìn)技術(shù);系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)簡便;采用模塊化的設(shè)計。
  2.2系統(tǒng)的選型原則
  該公司燃?xì)夤芫W(wǎng)SCADA系統(tǒng)的選型遵循如下原則:
  系統(tǒng)采用的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)是具有世界先進(jìn)技術(shù)水平,并且經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)證明其安全、實(shí)用的產(chǎn)品。
  系統(tǒng)具有高可靠性、穩(wěn)定性和靈活性,以保證生產(chǎn)安全可靠地進(jìn)行。系統(tǒng)能對自身進(jìn)行自診斷并形成報告,能監(jiān)視整個系統(tǒng)的工作狀態(tài),以便對系統(tǒng)的管理和維護(hù)。
  系統(tǒng)具有較高的性能價格比。
  RTU采用模塊化產(chǎn)品。
  系統(tǒng)具有足夠的擴(kuò)展能力,以滿足未來發(fā)展需要。
  系統(tǒng)的重要功能和設(shè)備采用冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計,如SCADA服務(wù)器等。
  系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是技術(shù)先進(jìn)和性能可靠的。
  系統(tǒng)有完善的防雷擊和防浪涌的保護(hù)措施。
  SCADA系統(tǒng)所用軟件采用模塊化結(jié)構(gòu),并具有強(qiáng)大的人機(jī)對話能力。
  SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用軟件具有開放式數(shù)據(jù)庫接口,便于其它應(yīng)用程序讀取其數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。
  3 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計方案
  系統(tǒng)設(shè)計時,充分利用現(xiàn)有高新技術(shù),并考慮了系統(tǒng)的發(fā)展,該系統(tǒng)的調(diào)度管理既具有將來采用“信息集成系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、實(shí)時模型、系統(tǒng)預(yù)估優(yōu)化”等高級應(yīng)用軟件的能力,還可與公司計算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)資源共享。
  配合該發(fā)展規(guī)劃,本方案設(shè)計的SCADA系統(tǒng)總規(guī)模包括:調(diào)度及監(jiān)控中心(1個)、場站7個(2個高中壓站,5個管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn));并保留了500個擴(kuò)容點(diǎn)。
  為滿足對燃?xì)夤芫W(wǎng)的監(jiān)控和調(diào)度,設(shè)計的SCADA系統(tǒng)是一個集中管理、統(tǒng)一調(diào)度、分散控制的集散型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)由以下三個部分組成:
  3.1調(diào)度及監(jiān)控中心(主控中心)
  主控中心為一級站,是整個系統(tǒng)的中樞,主要監(jiān)測天然氣輸配管網(wǎng)的運(yùn)行壓力、溫度、流量等重要的工藝參數(shù),進(jìn)行壓力、流量平衡控制調(diào)度,指揮各站點(diǎn)操作,發(fā)布調(diào)度指令,優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行,保證整個管網(wǎng)能夠安全、合理地為用戶供氣,屬監(jiān)控級。
  主控中心是監(jiān)控系統(tǒng)的中樞,為確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行,采用雙局域網(wǎng)、雙服務(wù)器熱備冗余結(jié)構(gòu)。服務(wù)器配RAID5硬盤陣列,可存儲大量的實(shí)時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)。設(shè)一臺工程師工作站,配可擦寫光盤驅(qū)動器,作為系統(tǒng)工程師維護(hù)系統(tǒng)、完成系統(tǒng)參數(shù)定義、重新組態(tài)等高級功能用。設(shè)兩臺操作員工作站,供系統(tǒng)操作員執(zhí)行日常系統(tǒng)操作用,兩臺操作員站可互為備用。主控中心可通過通信通道與各二級站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。為保證主控中心供電安全,設(shè)不間斷電源USP。
  3.2遠(yuǎn)程監(jiān)控站
  遠(yuǎn)程監(jiān)控站包括次高壓調(diào)壓站和工業(yè)及公服大用戶,采用RTU作為數(shù)據(jù)終端,完成數(shù)據(jù)采集、處理及通信功能。其主要功能是監(jiān)測其管轄范圍內(nèi)的管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù),將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理后通過通信系統(tǒng)上傳至主控中心,按照主控中心發(fā)布的遠(yuǎn)程控制指令控制閥門的開閉。也可在本地通過本地計算機(jī)、筆記本電腦或直接在RTU面板上操作閥門的開閉,當(dāng)然,這種操作應(yīng)在主控中心通過授權(quán)允許后才能進(jìn)行。
  3.3通信系統(tǒng)
  通信系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及話音通信系統(tǒng)兩部分。
  4 SCADA系統(tǒng)軟件描述
  本系統(tǒng)采用的是DYNAC套裝軟件,其于LINUX操作系統(tǒng)上運(yùn)行,并同時兼容客戶工作站上的常用操作系統(tǒng)。它具有明確的高可靠性和有效表現(xiàn),并采用開放式數(shù)據(jù)存取標(biāo)準(zhǔn),如ODBC模式協(xié)議(數(shù)據(jù)源),使其它軟件能以市場上標(biāo)準(zhǔn)方式摘錄和使用SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。
  4.1DYNAC
  DYNAC軟件是美國TRANSDYN公司的產(chǎn)品,為SCADA系統(tǒng)的主要部分。軟件沒有遠(yuǎn)程站及用戶數(shù)目的限制。
  4.2DYNAC二次開發(fā)
  SCADA系統(tǒng)組成部分,除了所提及的計算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)通信、可編程控制器/遠(yuǎn)程終端單元及各類型變送器外,更重要的一部分就是SCADA軟件本身。DYNAC軟件是一套完整而具有特定標(biāo)準(zhǔn)功能的SCADA軟件,但仍需要設(shè)計、營造及開發(fā)特有的應(yīng)用程序及人機(jī)接口配合用家要求。
  4.3LINUX分析
  DYNAC軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性,除建基于軟件本身自己的穩(wěn)定性外,更需要配合操作系統(tǒng)及服務(wù)器的穩(wěn)定性及可靠性。LINUX目前在全球的用戶已經(jīng)超過900萬人,在中國的用戶也已經(jīng)超過10萬人,在中國的應(yīng)用也越來越廣泛。基于以上原則及現(xiàn)今國家在信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略,DYNAC軟件選用已廣泛應(yīng)用于中國的LINUX為SCADA服務(wù)器的操作系統(tǒng)。
  5 SCADA系統(tǒng)功能描述
  根據(jù)該公司天然氣工程的建設(shè)情況使SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控能力達(dá)到500多個關(guān)鍵點(diǎn),能夠滿足對特許經(jīng)營范圍內(nèi)地區(qū)進(jìn)行監(jiān)控的要求,并為以后的擴(kuò)容留有足夠的空間。整個SCADA系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算分析等功能。
  5.1監(jiān)控功能
  SCADA系統(tǒng)可以進(jìn)行燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行工程監(jiān)控、天然氣輸配管網(wǎng)遙控遙調(diào)、系統(tǒng)故障弱化與系統(tǒng)冗余、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程診斷與監(jiān)控管理等功能。
  監(jiān)控功能可以實(shí)現(xiàn)整個天然氣輸配系統(tǒng)的高效運(yùn)行和先進(jìn)管理,及時了解生產(chǎn)運(yùn)行情況,增加全網(wǎng)透明度,降低生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行成本,保證生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)正常運(yùn)行,提高系統(tǒng)維護(hù)和管理水平,為管理者提供科學(xué)決策的有效依據(jù)。
  5.2數(shù)據(jù)采集功能
  數(shù)據(jù)采集是指通過各監(jiān)控點(diǎn)安裝的RTU等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳送,數(shù)據(jù)采集功能設(shè)計為實(shí)時采集管網(wǎng)上各點(diǎn)的天然氣運(yùn)行參數(shù),并將參數(shù)傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)中,進(jìn)而到調(diào)度中心,使整個SCADA系統(tǒng)及時收集數(shù)據(jù),做出判斷。正常情況下,RTU將按調(diào)度中心的要求傳遞當(dāng)前的各參數(shù)值和狀態(tài)量,一旦監(jiān)測到異常事件,立即發(fā)送報警信號,使調(diào)度中心得到消息,調(diào)度中心可根據(jù)實(shí)際情況對RTU發(fā)出控制命令。
  5.3數(shù)據(jù)計算分析功能
  該SCADA系統(tǒng)可以對燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)進(jìn)行多方面計算與分析,其中包括:計算統(tǒng)計整個天然氣管網(wǎng)輸配日不均衡、月不均衡、季不均衡系數(shù);實(shí)時計算顯示1#調(diào)壓站(門站)出站壓力與2#、3#調(diào)壓站進(jìn)站壓力差及變化趨勢,計算顯示各個重要站點(diǎn)日、月、季、年累計流量輸差分析趨勢圖、列表;進(jìn)行管網(wǎng)輸配的簡單仿真;對管網(wǎng)干管儲氣量進(jìn)行實(shí)時計算統(tǒng)計分析。此外,系統(tǒng)還可以生成輸配管網(wǎng)各子站點(diǎn)的年、月、日生產(chǎn)統(tǒng)計報表,報警事件統(tǒng)計報表,系統(tǒng)事件統(tǒng)計報表等。還可以向公司領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門提供大量的編制生產(chǎn)計劃、管網(wǎng)規(guī)劃、用戶發(fā)展規(guī)劃所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
  另外,本系統(tǒng)還考慮與青島燃?xì)饧瘓F(tuán)調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)相連,如遇有特殊緊急情況而本系統(tǒng)調(diào)度中心不能有效監(jiān)控時,由燃?xì)饧瘓F(tuán)調(diào)度中心對本系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控,這樣可以避免由于特殊緊急情況而給運(yùn)行管理帶來的不便。
  6項(xiàng)目投資
  本項(xiàng)目投資主要由系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)硬件、遠(yuǎn)程終端、現(xiàn)場儀表以及主控中心裝修等部分構(gòu)成,投資總額見下表:
  工程投資總額
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  7結(jié)語
  SCADA系統(tǒng)啟用后,能夠向生產(chǎn)經(jīng)營提供高層次的決策和優(yōu)化調(diào)度的支持,對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析,提高管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量,減少乃至防止安全事故的發(fā)生,降低運(yùn)行成本,提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,相信在不遠(yuǎn)的將來,SCADA系統(tǒng)將在該公司管網(wǎng)輸配系統(tǒng)以及整個燃?xì)庑袠I(yè)的管網(wǎng)輸配調(diào)度中發(fā)揮越來越重要的作用。
  8參考文獻(xiàn)
  【1】馬福軍,朱洪林。SCADA技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用【J】。齊魯石油化工,2003,31(1):79-81.
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