【毕业学位论文】（Word原稿）基于.NET的燃气SCADA系统设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 基于 燃气 统 设计 与实现 姓 名： 学 号： 所在院系：软件学院 职业类型：工程硕士 专业领域：软件工程 指导教师： 副 指导教师 ： 二 一 四 年 三 月 in 2010 2014 基于 . A D 同济大学 学位论文版权使用授权书 本人 完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 随着城市管网输配建设 规模的扩大，燃气输配系统日趋复杂，过去不科学且落后的工作方式已难适应当前行业的发展需要。旧的运营模式在新的运营体制下，突发的事故隐患很难及时发现，调峰工作也无法准确的预计，已影响到燃气公司日常输配调度管理与供气服务的质量。建设一套先进的 术的数据监控系统软件非常的必要。 本文是以大众燃气输气储气的需求为背景，通过深入调研，针对大众燃气公司输气储气的管理现状、特点以及需求，以 模的结构化方式设计和开发了基于 B/S 模式的大众燃气 统，从而实现输气储气压力情况信息化的需求。在系统的设计和 开发过程中，我们以软件工程的方法为指导思想，通过系统采集设备取得终端站的监控数据和现场视频监控图像，运用 发平台，以 C#作为系统的开发语言，以 大众燃气 统将是一个提供给燃气公司的高效稳定、架构先进、数据安全的系统管理平台。 便的查看所管辖范围内的调压站和相关重点用户的参数信息，通过数据查询功能立即分析当天各个重点用户或调压站的入口、出口压力以及报警信息等。并可以通过生成各种时间内的统计报表，包括某一 时间段内的压力的曲线图、某一个重点用户或者调压箱的日、月报表统计、各重点用户和调压站的用气量的统计和分析等等，及时了解公司管道输配的各种情况。还可以通过对调压站压力的设定、压力分析的填报、审核、查询、维修记录的填报和查询等，科学的管理各个站点的运行。 高 了 上海大众燃气有限公司的整体信息化水平。 关键字 : 息化，燃气输配，开发模式 I of is is to to of of of in is to in o of a of is is on of as a o of of , so as to of In of we of as of of # as as of be of a to o to of of of or of a of a or of on of of o. . 硕士学位论文 目录 录 第 1章 绪 论 . 1 题背景 . 1 内外研究现状 . 2 . 2 . 2 . 3 文主要工作 . 4 文的组织结构 . 5 第 2章 相关技术 介绍 . 6 . 6 . 6 008 . 9 . 10 . 11 章小结 . 12 第 3章 系统的需求分析 . 13 . 13 . 13 . 14 . 15 . 16 配站管理模块 . 16 量点监控模块的用例分析 . 17 压点监测模块的用例分析 . 18 表模块的用例分析 . 19 . 20 统配置模块的用例分析 . 22 . 22 第 4章 系统的设计 . 24 程监控端设计 . 24 同济大学 硕士学位论文 目录 . 25 . 26 统的整体架构设计 . 27 . 29 . 30 . 30 量点监控 . 31 压点监控 . 32 表模块 . 34 . 35 统配置模块 . 36 . 37 据库设计原则 . 37 据采集 . 41 据处理 . 43 . 44 据库表设计 . 47 . 49 第 5章 系统的实现 . 50 录界面 . 50 配站管理模块的实现 . 52 . 53 . 54 . 56 . 57 第 6章 总结与展望 . 60 . 60 . 60 致谢 . 62 参考文献 . 63 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果 . 65 第 1章 绪论 1 第 1 章 绪 论 题背景 燃气的供应和市民的生活息息相关，随着城市建设快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对城市燃气的供应服务质量和燃气供应量提出了越来越高的要求。在此背景下，燃气企业要运营发展必须建立一个具有一定技术水平的区域管网调度平台 1。这有助于平衡供气与输配需求，协调各个供气环节有序地运作。随着公用事 业企业的改革，燃气企业逐步从国家补贴的公共事业型企业转变为经营型企业，这就要求我们在确保燃气供应的同时，应当采取必要的管理机制和技术手段对燃气的供应成本、供应流量、产销差以及利润效益进行准确而有效的监控、计量、结算和审核，以确保企业有较好的经营业绩。在此背景下，燃气企业建设 统 (数据采集与监视控制系统 )刻不容缓 2。 燃气 统是由监控及数据采集、远程终端 通讯技术和调度中心管理平台等部分组成的整体。它有助于企业完成监视、控制、调度、管理天然气管网输配系统等工作。由于燃气输配工作对于城市日常生活影响重大，且公司日常工作任务重、管理陈旧，跟不上燃气发展的需要，急需 统运用到工作中去，能提高管理水平，减轻工作负担。因此本项目的建设周期紧迫，要在保证工程质量的前提下，尽可能的提早完成开发。一般提到的 统，全称是监控与数据采集系统。 统可以实时采集现场数据，实时全面的进行工业现场自动控制，监控整个工艺流程。采集实时数据为生产、调度和管理 提供过程数据。 统主要应用在工作条件恶劣，不适宜人类工作的地方；或者工业场所位置分散，不适宜统一管理的地方。通过 统可以实现集中监控和远程控制 3。 燃气 统是 统在燃气行业中的应用，它的侧重点是对燃气输配、输送过程进行实时监测和控制。这有助于及时发现泄漏等事故并第一时间采取措施处理和按照末端用户的实际需求进行燃气调度分配，提高燃气供应、输配的合理性和稳定性 4。燃气 统的开发重要分为远程终端 讯系统和调度中心管理系统三部分。 主要功能是完 成监测点和流量点同济大学 硕士学位论文 基于 计 与实现 2 物理量的采集和自动控制。通讯系统主要负责远程终端和调度中心的数据传递。燃气 统核心是调度中心，这是一套软件系统，可以是 C/S 系统也可以是 B/S 系统，关键是实现人机交互、数据库存储和数据分析功能 5。 内外研究现状 外研究现状 国外燃气 统的研究分为三个阶段，第一个阶段是上世纪 70 年，统在国外的实际生产管理中得到发展和应用。 二个阶段是 80 年代， 统发展为基于通用计 算机的 三阶段是进入 90年代后，随着信息技术的发展，各种计算机技术都融入 散式结构最终发展到了以分布式计算机网络与大型关系式数据库技术应用为特征的模式，这使 统与其它相关系统能够实现大范围的联网与数据共享。如今随着网络技术的突飞猛进，采用 B/向对象技术的新一代 统也逐步走向成熟，世界各大工业监控软件厂家纷纷提出了基于 览器的应用软件套件 6。 国外燃气企业相比国内来说起点高条件好，并且在传统的 础上，研究 统与 统如何整合一体，着重研究地下管网的信息管理系统开发。即在 有的对城市燃气输配的实时监控外，还具有采用 术进行输配管网的自动设计，采用 统完成燃气管线查询，竣工图管理、设备数据库建立、信息统计分析、用户信息管理及输配管网规划等信息管理的功能，构成一套完整的燃气输配调度管理系统 7。 内研究状况 我国对于 研究起步较晚，直到上世纪 80 年代才开始从国外引进统，燃气的 统建设就更晚了，到 90 年代初期才开始致力于 统的建设，在 过了长期的探索、开发和应用， 第 1章 绪论 3 积累了丰富的建设经验，企业 统信息化的水平不断提高 8。在近年由于“西气东输”工程和“数字供气”等项目的建设，对燃气企业 统的建设也越来越迫切。在燃气 统的建设过程中，伴随着燃气大发展的步伐，输配调度管理的 统的在日常工作中起到的作用越来越大。虽然统在生产调度中起到重要的辅助作用，但仍存在着以下不足： （ 1）系统容易出故障； （ 2） C/ （ 3）开发大多由外包完成，导致企业维护不便； （ 4）功能上局限于数据采集，缺乏数据的后期处理和分析能力。 近年来由于网络技术和信息化技术的高速发展，国内各家燃气企业都在尝试 9。燃气管网调度系统的功能越来越完善，监测范围越来越广，数据的分析工作也更加细致，这有助于更加合理调度，保证安全供气，节约能源与资金，加快紧急事件反应时间，减少不应有的损失，同时通过更加合理的调度节约大量的人力和物力，提高经济效益和管理水平，与国际先进水平接轨。燃气 统对燃气 企业的企业现代化建设和管理工作来说至关重要，充分体现了燃气企业：“数字供气”的服务理念和管理水平 10。 课题的目的和意义 天然气的发展和城市的发展息息相关，天然气的运用已经和我们的生活紧密的联系在一起了，每天的烧菜做饭、天然气空调取暖、电厂发电，都会用到这种绿色环保高效的能源 11。 天然气的输配，是通过高压管道从起源地输送到城市，在送到城市后，通过调压站将压力转为中压，通过中压管网进行室内输送，最后通过中低压调压站转为低压后再进入千家万户。在这一过程中天然气 统主要实现数据采集，并 和其它业务系统交互，起到安全供气、合理调度的作用。 由于各个城市的经济基础不一样，各地的燃气企业的 统发展的程度也不同，但从九十年代发展 统开始，到二十一世纪绝大多公司都将统的建设放到了公司重点发展日程上，到了 2010年燃气企业基本都拥有一套基于 术的结构完整、功能完善、管理规范、数据安全、运行可靠的 12。 同济大学 硕士学位论文 基于 计 与实现 4 发展 1保障供气安全 就是为城市燃 气输送过程提供监控，由于天然气的无色无味易燃易爆的特性，在输送过程中一旦发生泄漏，会造成严重的事故，但在燃气输送过程中，只有依靠监控管线压力的变化关系判断是否发生泄漏。这需要 统将各个监测点的压力实时传送到调度中心进行分析，工作人员才能第一时间发现问题，解决问题 13。 2对调度管理的保障作用 在保障供气安全的前提下， 统的监测数据可以有助于调度管理工作。通过分析各调压站点的流量和压力数据，调度中心可以得到整个管网燃气输配的情况。在对用户数据进行分析后，可以得出各类用户的用气规律，并 针对这些规律进行燃气供应，优化燃气输配的效率。还能通过 集的数据，对未来用气情况进行预测，制定出下一阶段的燃气采购计划。 统对燃气的调配起到不可或缺的作用 14。 3计量作用 输配管网的各重要节点设置监测点，能获得各个大用户和各区域的用气量，这有助于公司进行成本和费用的合算。 4为其他系统提供基础数据 统采集的都是输配现场的第一手数据，这些数据在数据库中，能为其他如 统、急抢修系统和其他一系列系统提供基础数据。通过研究其他燃 气公司开发的 统，可以看到，当系统建成后，燃气管网调度控制效率提高，输配过程中的安全隐患减少，有助于燃气用户及时处理隐患 15。 文主要工作 本论文大量翻阅了 统的开发文档，在此基础上，对燃气企业的业务流程做了深入的调研，通过 型中的用例图完成了系统的需求分析。并结合了燃气行业中已有的 统和面向对象的软件设计思想，提出了使用 架架构，用 C#程序设计语言进行编程开发，后台数据库使用 针对每个模块，使用时序图对模块的角 色和功能做了详细设计。最后对系统的实现进行了介绍，给出了每个模块的截图和关键代码。 第 1章 绪论 5 具体工作如下： (1) 需求分析。对燃气 统进行详细的了解和分析，深入燃气企业第一线，对燃气企业的工作流程和需求进行详细的分析，了解燃气 统的程序和业务的需求。 (2) 概要设计和详细设计。目的是设计出的系统结构合理规范，灵活性强，通用广泛。是该课题的目的和研究的方向。设计出的系统可以在实际工作中提升燃气输配的效率。 (3) 完整的系统实现。系统实现部分给出了各个功能的运行截图，并给出了部分重要的有意义的源 代码。 文的组织结构 本文以城市燃气 绍了如何在 #高级程序设计语言实现基于 本文由六个部分组成： 第一部分绪论，介绍了燃气 统的课题背景、国内外发展现状、课题的目的和意义、以及课题的研究内容。 第二部分相关技术，介绍了燃气 统遵循标准和原则，以及燃气据库技术、 第三部分系统的需求分析，通过对燃气企业输配过程的现场调研，获得燃气企业对 统的需求，包括：远程监控端、通信系统、调度中心系统的功能和非功能性需求，并通过用例图的方式，介绍了软件部分各模块。 第四部分系统的设计，运用了时序图对系统的各个模块的功能和角色进行了设计，然后用 的方式详细介绍了系统数据库的设计。第五部分系统的实现，通过系统截图和关键代码的展示，介绍了燃气 第六部分总 结与展望，对整个课题的设计和实现进行了总结，并提出未来的在展望 。同济大学 硕士学位论文 基于 计 与实 现 6 第 2 章 相关技术 介绍 统遵循标准和原则 为了保证生产生活的安全、正常进行，对于燃气工程的设 计、施工和生产，必须遵循严格的规范标准，特别是在设计中，按要求要达到不同的防雷防爆等级标准，对于燃气设备、仪器仪表、电动执行机构、通讯方式等的选择也有严格的指标要求 16。在本系统设计要达到和满足的标准规范如表 2示。 表 数据类型 备注 00280 93 城镇燃气设计规范 0093 2002 工业自动化仪表工程施工及验收规范 0028 92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 0508 控制室设计规定 20509 仪表供电设计规定 20513 仪表系统接地设计规定 16 87 自动控制安装图册 0057建筑物防雷设计规范 源防雷器 信网络防雷器 电子设备雷击保护导则 术 一个开发平台框架，是微软支持面向对象的开发工具，是一个支持跨语言开发的平台，该编程平台不仅支持 C#、 最新的高级程序设计 第 2章 相关技术介绍 7 语言，还支持 C+等语言。 一组跨越多个平台，包括移动设备，桌面客户端和 现桌面， 其他等多个平台之间共享，实现客户端逻辑 17。 架的构成如图 2 U s e r I n t e r f a c P T( W e b F o r m s ，m v c ， d y n a m i c D a t a )W i n d o w sP r e s e n t a t i o nF o u n d a t i o nW i n F o r m sS e r v i c e P T( W e b F o r m s ，m v c ， d y n a m i c D a t a )W i n d o w sP r e s e n t a t i o nF o u n d a t i o nW i n F o r m sD a t a A c c e s P T( W e b F o r m s ，m v c ， d y n a m i c D a t a )W i n d o w sP r e s e n t a t i o nF o u n d a t i o nW i n F o r m R EP a r a l l e lE x t e n s i o n sM a n a g e dE x t e n s i b i l i t yF r a m e w o r N Q L a n g u a g e sD y n a m i cL a n g u a g eR u n t i m eB a s e C l a s sL i b r a r yC o m m o n L a n g u a g e R u n t i m 架的构成 三层体系结构不仅是基于思维模块化方案的发展演变为程序块，能够减少模块，以提高可重用的模块之间的耦合度。当某一层发生改变时，不影响其他层，在这一层中的一个单一的变化可 能会改变。分为三层一般：（ 业务逻辑层（ 表示层（ 处理数据，不改变数据层可以轻松地进行维修和重新配置模块业务时改变的逻辑 18。 层体系结构如图 2 同济大学 硕士学位论文 基于 计 与实 现 8 图 层体系结构 是与用户交互的界面 。用户通过 向业务逻辑层层发出请求， 返回给业务逻辑层， 19。 一个功能强大的 用程序，以确保高质量的代码在整个应用程序生命周期，从设计到部署。 许更好地监测，集中管理和控制系统，而不是具有独立的应用程序开发能力。 发平台包括以下内容。 1. 公共 语言运行库 共语言运行库，实现安全性检查和内存以及应用程序方面的优化管理。该运行库处于框架的最底层，是框架的基础构成。避免了 化了程序的编写，实现了开发人员日思夜想的功能。 运行步骤大体如下，第一步使用公共语言运行库支持的编程语言编写程序代码，接着使用编译器将程序代码编译成微软的中间语言，在最后执行代码的时候使用即使编译器编译成相应的机器语言来执行。通过建立统一标准的接口实现跨语言编程的通信，实现面向对象的继承和抽象，便于整合设计和开发。公共语言运行库提高了软件开发人员开发软 件的速度，可以重用现有的其他编程语言编写的组件和类库，尽管运行库是为将来的程序开发来设计的，但仍然支持现有和以前的程序 20。运行库的目的还有一个重要的就是增强运行性能， 第 2章 相关技术介绍 9 加大内存引用区域，排除内存零碎。解决了无效内存引用和内存的泄露现象。 运行库加强了代码的可靠性，通过使用通用类型系统 实现。通用类型代码帮助实现了类型保真和类型安全。 2. 库 指的是内置的功能函数，提供了编程接口。提供了一个统一的、面向对象的、层次化的可编程的接口。它使用点好分割的方法，例如 形式表示， 的类可以和第三方组件实现紧密的集成。 框架类库有助于帮助程序设计人员完成代码编写的任务，比方说数据库的访问、文件的读写等任务。除此之外，框架类库还有助于开发 务、桌面应用程序、 用程序、 21。 008 数据库是信息系统开发中必不可少的项目之一，任何的系统都离不了数据库。在该项目中，数据库使用的是 008 数据库管理系统，该数据库包含了丰富的新的功能，完全 满足系统功能的需要。 据库是微软开发的企业级数据库，具有较强的安全性和数据可靠性，降低了管理数据基础设施的成本，具有可信任的、高效的、智能的特点。增强企业组织中用户的管理能力，推动企业管理信息化建设和业务发展。性能的关系数据库管理系统。 使用数据库 据库管理系统，提供的主要功能有 22。 1. 提供高效率的、可信任的功能 据库管理系统提供了数据加密的功能，可以实现对整个数据库，以及相关的日志 文件进行加密，保护数据库的安全，避免可修改应用程序，实现了数据的物理独立性和逻辑独立性，防止了未授权的用户访问数据库中的数据。同时 008 实现了外键的管理，提供了一套完整的解决方案对数据加密和密钥进行安全可靠的管理，例如支持第三方的产品。甚至还增加了对数据操作的审查，审查的内容 =包括修改内容的所有信息，还包括什么时候什么人物对数据进行了何种的操作，是写操作还是读操作，更加提高了系统的安全性 23。 2. 提高了性能，确保数据的安全性可持续性 同济大学 硕士学位论文 基于 计 与实 现 10 008 基于 2008 版本的数据库管理系统，改进了数据库镜像模式，提供了更加可靠的数据库平台。当数据库管理系统收到一个数据库备份的请求时候，如果在一台计算机上备份出现错误就需要重新拷贝复制，新版本的数据库管理系统可以实现页面的自动化修复，实现透明的拷贝，节省了大量的人力资源。新版本的升级还有就是提高了性能，对输出 的日志流进行了压缩，数据流的减小大大降低了了网络带宽的资源占用 。 术 统在生产过程现场的远程终端监控站。它通常由信号输入 /出 模块、微处理器、有线 /无线通信设备、电源及外壳等组成 ,并由微处理器控制。 为一种耐用型的智能设备不仅是一个现场独立的数据获取与控制单元 ,而且作为 统测控网络的一个节点 ,能通过网络通信系统与调度控制中心作信息交流。 现在 例如电厂、钢铁厂、化工厂 ),而且还在地域广、测控点分散的地方得到更广泛的应用。这包括 :城市供水自动化控制系统 ;城市废水处理系统 ;城市燃气管网综合调度系统 ;天然气、石油行业自动化系统 ;电力远程数据集控系统 ;热网管道自动化控制 ;大气 /水质等环保监 测 ;水情水文测报系统 ;灯塔信标、江河航运、港口、矿山调度系统等。顺应市场的需求 ,各种 品在自动化仪器仪表市场纷纷亮相 ,比如北京安控科技发展有限公司的 京华迅通信电子技术公司 线 国 司的 程终端设备 国 司的 大利亚埃波罗 (司的 大利亚悉雅特公司 司的 确实令人眼花缭乱。但分析起来 这些产品都可归纳为“单板 “模块 种基本类型。“单板式 在一个母板上中集成了所有的工 0/接口与运算控制处理功能 ,其特点是较为经济实用。而“模块式 根据需要把多个功能独立的模块加入一个或几个插槽底板组合而成 ,其特点是容易扩展。从技术角度看 ,遥”工程技术分不开的。“四遥”工程技术是研究地域分散或长距离的地方对某种物理变化过程 (如 :生产过程 )进行检测 (遥测、遥信 )、调节 (遥调 )、控制 (遥控 )的一门学科。这涉及了计算机网络、数据通信技术、自动控制 第 2章 相关技术介绍 11 技术、软件工程、机 械、还涉及传感器技术、仪器仪表技术等多学科的工程技术。今后 遥”工程技术的变化而发展 24。 从功能角度上看 接受和响应调度中心的轮巡 ,在本地参数报警时能主动上传数据 ,接受并执行调度控制中心下传的各种参数命令等 统的基石是设在门站、储配站与调压站等站场的远程终端监控站 ,即拟订的 120 个 站。其软件设计相对简单 ,但作为其硬件性能指标要求较高。 信技术 数据通信技术是指在通信网 络中传输数据的技术。按照交换方式的不同 ,数据通信可分为电路交换、分组交换两种。根据通信网络的传送层采用的传输媒质不同把数据通信技术归纳成两类 ,即有线数据通信技术与无线数据通信技术。基于现代通信网络中的通信技术表现出的多样性与复杂性 ,下面只描述在城市燃气 25。 1、有线通信技术 191字数据网 )。 字微波或卫星等数字传输通道提供永久或半永久性连接电路 ,以传输数据信号为主的数字传输网络。 由数字电路、 点网络 控制和用户环路组成 ,可以为用户提供各种速率的高质量数字专用电路和其他新业务 ,满足用户多媒体通信和组建中高速计算机通信网的需要。 务区别于传统模拟电话专线的显著优点是 :数字电路 ,传输质量高 ,时延小 ,通信速率可根据需要在 s 之间选择 ;路由可以自动迁回 ,可靠性和可用率高。一线可以多用 ,即可以通话、传真、传递数据 ,还可以组建会议电视系统 ,开发帧中继业务 ,做多媒体服务 ,或组建自己的虚拟专网 (设立网管中心 ,自己管理自己的网络 26。 2、无线通信技术 e。 e)是通用分组无线业务的简称 ,是基于现有 现 它包括两种类关 持节点 )和 务 。 并且在移同济大学