城市燃气管网SCADA系统设计及其实现

城市燃气管网SCADA系统设计及其实现

马云超

（廊坊市顺德劳务派遣有限公司河北廊坊065001）

摘要：在现代信息化的城市燃气管网中，SCADA系统是不可或缺的重要组成部分，对城市燃气输配站场的生产及安全监控发挥着非常积极的作用。该系统的应用证明，SCADA系统不仅可以很好的满足信息化监控及管理调度的需求，同时可以大幅减轻燃气输配站场工作人员的劳动强度，降低企业的运作成本，为各个城市燃气管网的长期安全平稳运行提供了可靠的保障，带来巨大的社会和经济效益。

关键词：城市燃气管网；SCADA系统；设计；实现；

引言：燃气管网是现代化城区的基础设施之一,在城区建设中有着极其重要的位置。寻求最佳供气管网运行方式,对于改善人民生活、减少城市环境的污染、节约能源、促进工业的发展都起着极其重要的作用。随着城区现代化的发展,城区供气管网在逐步扩大,用户不断增加。

1.系统设计

分散式测控、集中式管理是SCADA系统主要采用的方式，通常情况下，完整的系统主要有主调度中心、分散的远程测控终端（即RTU）以及软件系统（包括通信设计与监控界面设计）三部分构成。主调度中心是SCADA系统的核心，对整个系统的运行起管理调度作用；RTU又称远程站，是采用微处理器的可独立运行的智能测控模块，可以进行远程数据的收集与分析、现场运作版块的控制以及和相对的控制中心的通信，具有易扩展性和易维护性等特点。通信系统则是负责远程站和主调度中心之间的信息与数据沟通。

1.1主调度中心设计

1.1.1主调度中心功能要求

（1）主调度中心在对框架、电源设备以及相应处理器的选择时，应尽量保证使用模块化的产品。（2）为了保证系统运行的稳定高效性，作为通讯中枢系统的主调度中心在控制单元、通讯单元、给电单元和通讯设施上应当采用冗余结构，而且要保证这些构成单元能够对称地安置在独立的框架里面。

1.1.2主调度中心设计

主调度中心机房是SCADA系统的最核心部位，在整个燃气输配管网中，是所有信息处理、数据分析、指令发布、报表输出等的输出中枢。所以在燃气管网SCADA系统设计时，设计人员首要考虑的重点是怎样更加合理的利用硬件（通信设施和服务器）和软件（通信软件）来布局安全高效的中心机房，这是SCADA系统的核心问题。

1.2远程站设计

1.2.1远程站主要功能

要求远程站系统设计的主要功能要求有：（1）在实际应用中，远程站系统设计要充分考虑未来是否能最大限度满足远程控制功能的要求，同时，对于外围的监控站应尽可能的采用模块化程度较高的产品，以减少系统初期投资。（2）远程站系统的相应设备要具备监控数据存取功能，这样，可以满足现场调试与保养的需求。（3）系统应具有实时、高速计数输入功能，满足数据累计工作时的需求。（4）为了进一步的满足以后系统的控制功能，远程站控制系统应具备PID功能。

2.城市燃气管网SCADA系统的应用

2.1工作站

局域网中的计算机通过Internet浏览器(IE),可以通过直观友好的用户浏览界面,监控管网运行情况,完成信息查询、数据库检索、图表分析、报表输出等功能。调度中心采用客户机/服务器(Client/Server),设置SCADA服务器、通讯服务器、数据库服务器、专线接入路由器、核心交换机、操作员工作站、工程师工作站等设备,并通过局域网相连。调度中心接收管网中所有站点采集的数据,对各个站点的运行工况进行实时监视,掌握整个管网的运行状况,并根据管网参数及时调整运行工况,传输各种数据和信息,以实现整个燃气管网的优化、经济、合理、可靠地运行。调度中心完成采集数据的处理、显示、入库。

2.2监控终端站

天然气利用工程SCADA系统监控终端站包括站控系统和若干个监测点。监控站完成对管网和站场的工艺过程、控制设备的数据采集、控制、天然气流量计算等等。每个终端站可独立完成本站范围内现场数据的监测和控制,当个别站发生故障时,不影响系统其它远程终端站的正常运行。监控终端站通过对现场设备运行参数的采集,如温度、压力、差压、流量、阀门位置、开关状态等,经过RTU的实时运算和处理,完成现场的实时控制和各种记录。调度中心通过通信系统实现与各站控系统和监测点的远程数据交换,建立统一的数据采集及集中监控,完成公司调度中心的遥控、遥测、遥信及遥调功能,提供各种调度决策支持和管网施工建设支持。

2.3软件系统设计

2.3.1通信系统

通信管理软件作为SCADA系统中数据传输的纽带和核心，主要负责调度中心与远程站点之间的数据传输，发挥着对数据帧进行分析、解包和封装、协议转换和转发等重要作用。因此，只有通信管理软件运行稳定才能保证整个SCADA系统的真实完整。

3.中哈管道SCADA系统概况

中哈管道SCADA系统一期投产的是Atasu-Alashankou管段,全长965.1km,包含1个中间泵站PS09,3个清管站PTS,1个计量站ATMS以及40个线路阶段阀室(BVS)。首站Atasu不属于KCP公司管辖。二期管线从Kenkiyak至Kumkol,全长794.147km,包括首末站,中间3个清管站以及30个线路阶段阀室,全线数据最终进入一期的Atasu控制中心。中哈管道的二期二阶段会将原来的各PTS扩展为输油泵站,以期提高年输量,届时整条管道的SCADA控制系统将在整个管道的安全生产中起到重要的作用。

3.1一期SCADA系统概况

一期SCADA系统已于2009年投产,控制中心采用Telvent公司的OASYSSCADA软件,基于Unix系统平台,站控系统采用Allen-Bradley的ControlLogix冗余PLC系统,ESD和F&G系统采用了德国HIMA的H41/H51系统,达到SIL3安全等级。站控采用TelventWindowsNT平台的OASyS系统,全线以光缆作为主通信信道,卫星VSAT为备用信道,实现各站与控制中心的数据通信。

3.2二期一阶段SCADA系统概况

二期在首末站各设1套监控系统,采用西门子的WinCCHMI软件,基于WindowsNT平台,由于没有泵站(泵站为原来泵站的扩展,不属于KCP公司),仅实现对各阀室、清管站等设备和工艺的远程控制和数据采集。各站PLC采用与一期相同的硬件平台———ABControl-Logix系统。通信配置与一期基本相同。另外,通过数据接口所有数据将纳入一期控制中心系统中。

3.3二期二阶段SCADA系统的扩展

二期二阶段工程会将一期和二期一阶段的各清管站扩展为泵站,工程目前在一期的PTS11上开始进行,站控系统与控制中心系统也将进行扩展和改造。随着泵站的增加和输量的提升,一个统一的控制中心将是必要的,管线的统一调度、管理将是必须考虑和实现的。

4.结束语

开发设计SCADA系统时，为了保障燃气管网的可靠稳定运行，借鉴了国内外相关领域的先进技术和设计理念。该系统结合了天然气输配工艺和输送网管以及场站中各设备的独特性质。

参考文献

[1]胡华.太钢燃气监控系统设计与实现[D].大连理工大学,2014.

[2]高礼强.无负压水泵监控系统SCADA软件设计与实现[D].南京理工大学,2014.

[3]朱伟斌.基于CDMA的城市燃气配送管网监控系统设计[D].杭州电子科技大学,2014.

[4]胡婧.城市燃气管网运行的智能化研究[D].北京建筑大学,2014.