天燃气管道SCADA系统培训课件

天然气管道数据采集与监控SCADA系统培训 成都华泰燃气设备有限公司 成都华泰燃气设备有限公司 讲解员 何刚 SCADA系统简介 01 一 SCADA系统组成结构 二 SCADA系统功能 01 三 SCADA系统应用领域 01 四 城市燃气SCADA系统应用 01 五 内容提要 LNG CNG站控系统应用 六 引言 现代输气管道自动化管理多采用SCADA系统 在国内外输气管道设计中 SCADA系统已成为的选择 已成为管道系统管理和控制的标准化设施 压气站 计量站 调压站 LNG站 CNG站 清管站 阴极保护站等均由SCADA系统实行遥测 遥控 1997年建成的陕京输气管道是目前国内陆上第一条自动化程度较高的大口径长距离输气管道 它采用的SCADA系统体现了国外90年代先进技术水平 我国西部开发战略中拟建的西气东输工程 全长4000km 全线采用目前世界先进的SCADA系统进行监视 控制 动态模拟及智能检漏 该工程的建成 又将使我国天然气长输管道自动化水平上一新台阶 一 SCADA系统简介 一 SCADA系统简介 1 1系统概况 SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 系统 即监测监控及数据采集系统 是基于计算机 通讯和控制技术发展起来的一种数据采集与控制系统 是数字化管道的基础 它可以对现场的运行设备进行监视和控制 一实现数据采集 设备控制 测量 参数调节以及各类信号报警等各项功能 一 SCADA系统简介 1 2发展历程 SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 系统 全名为数据采集与监视控制系统 SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关 SCADA系统发展到今天已经经历了四个阶段 1 形成阶段 SCADA系统的概念形成于60年代 2 成型阶段 SCADA系统成型于70年代 3 功能阶段 80年代 微机 PLC PC 功能强大 4 网络阶段 90年代 网络拓宽了应用范围 管理自动化 更方便 1 3发展展望 SCADA系统在不断完善 不断发展 其技术进步一刻也没停止过 当今 随着电力系统 铁道气化系统 供水系统 供气系统需求的提高以及计算机技术的发展 为SCADA系统提出新的要求 概括地说 有以下几点 1 SCADA EMS系统于其它系统的广泛集成 2 专家系统 模糊决策 神经网络等新技术研究的应用 3 面向对象技术 Internet技术及JAVA技术的应用 一 SCADA系统简介 二 SCADA系统组成结构 2 1系统组成 1 系统结构SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 系统 即监测监控及数据采集系统 SCADA系统具有三层结构 它包括调度中心 通信处理机和RTU 2 网络结构主要功能 在网络中的所有用户可以共享全部或部分信息资源 实现硬件 软件和数据共享 3 硬件配置SCADA主机 操作员工作站 打印机 数据库 UPS电源 通信处理机 网络服务设备 4 软件配置操作系统软件 SCADA系统软件 应用软件 2 2系统结构 二 SCADA系统组成结构 3 1调度控制中心概况 调度控制中心简称DCC DCC作为SCADA系统最高级别的一层 主要负责采集所有现场RTU的数据及系统数据库的生产 对整个系统的工艺生产进行管理 优化 决策及控制 调度中心负责对全线进行集中监视 控制和调度管理 包括以下几个部分 1 调度中心实时服务器 主要是进行数据的采集和处理 2 数据库服务器 进行数据的存储及网络发布 WEB 功能 3 设置两台工作站 实现系统数据的查询 处理 设置 报表 打印等功能 两台工作站可以显示不同的画面 4 短信报警系统 可以将重要的报警信息发送到相关人员手机上 保证系统重要报警信息的快速处理 5 UPS电源 为调度中心提供后备电源 保证数据完整性 三 SCADA系统功能 3 2远程终端单元概况 远程终端单元 RTU 是一个术语 用来描述不仅能用就地控制层 是实现现场数据采集 计量 报警 停车保护 控制 显示与打印的黑匣子 它作为SCADA系统现场终端能按要求实时向主站发送信息 并接收来自主站的控制指令与信息 实现远程控制 各种SCADA系统中所应用的RTU功能与组成各不相同 三 SCADA系统功能 3 3通讯方式概况 调度中心与远程监测站之间采用以太网或者无线CDMA GPRS 3G网络通信 其实施要根据该SCADA系统的规模大小 一般选择网络为 调度中心与站控系统采用以太网方式通信 与远程管网监测端站采用无线CDMA GPRS方式通信 无线一般我们首选中国移动GPRS通讯方式 采用GPRS通信 调度中心需申请公网IP地址或者固定域名 各监测端站均配SIM数据通讯卡 为用户节省大量的运营费用 用户只需支付各监测端站相应的GPRS费用即可 三 SCADA系统功能 4 1应用领域概况 由于各个应用领域对SCADA系统的要求不同 所以不同应用领域的SCADA系统发展也就不完全相同 在电力系统中 SCADA系统应用最为广泛 技术发展也最为成熟 它作为能量管理系统 EMS系统 的一个最主要的子系统 有着信息完整 提高效率 正确掌握系统运行状态 加快决策 能帮助快速诊断出系统故障状态等优势 现已经成为电力调度不可缺少的工具 它对提高电网运行的可靠性 安全性与经济效益 减轻调度员的负担 实现电力调度自动化与现代化 提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用 SCADA在铁道气化运动系统上的应用较早 在保证电气化铁路的安全可靠供电 提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用 在铁道电气化SCADA系统的发展过程中 随着计算机的发展 不同时期有不同的产品 同时我国也从国外引进大量的SCADA产品与设备 这些都带动了铁道电气化运动系统向更高的目标发展 四 SCADA系统应用领域 城市燃气SCADA系统是一个安全可靠 技术先进 性能稳定 操作方便 易于扩展及开发 经济合理 性能价格比高的 适于天然气管道工程的SCADA系统 它实现燃气管网和场站的数据采集 监视 控制和管理 为生产运行的科学管理和调度提供科学的依据 五 城市燃气SCADA系统应用 引言 5 1系统概述 城市燃气有限公司拥有天然气配气门站一座 中高压调压站3座 阀室6座 区域和专用调压站 柜400余座 中 低压天然气管网500余公里 拥有近10万居民用户和工福户400余户 包括以下几个部分 1 调度中心1个 2 配气门站站控系统 3 有人值守调压站 柜 3座 站控系统 4 阀室6个RTU终端 5 无人值守调压站 柜 5座RTU终端 6 民用户16座RTU终端 7 工福户10座RTU终端 五 城市燃气SCADA系统应用 5 2系统网络结构 城市燃气SCADA系统是采用以计算机网络为核心构成三级式的监控和数据采集系统 系统网络中的主要元素为调度监控中心 高压输配门站 远程站 高 中压调压站 区域和专用调压站 调压箱 阀室 本系统为三级分布式控制系统 一级 调度中心为系统控制管理级 负责数据的处理和监控 二级 带有本地站控系统的门站和高中压调压站为系统过程控制级 负责现场数据采集和设备控制 三级 分布于各个管网端站的RTU为远程检测控制级 三级 系统通过有线或有线通讯网络有机地结合在一起构成一个完整的数据采集和监控系统 调度中心网络监控系统通过远程RTU对城市燃气的管网和场站的工艺参数进行数据采集和监控 远程RTU设备完成对管网和场站的工艺流程 控制设备的数据采集 控制 天然气流量计算 将数据上传到调度中心 并执行和接受调度中心的指令及下传的数据 五 城市燃气SCADA系统应用 5 3整个系统网络图 五 城市燃气SCADA系统应用 5 4调度中心网络图 五 城市燃气SCADA系统应用 5 5门站 有人值守调压站网络图 五 城市燃气SCADA系统应用 5 6无值守调压站网络图 五 城市燃气SCADA系统应用 5 7通讯方式 在调度控制中心 门站 高中压调压站采用有线 光纤 为主 无线 GPRS 为备用的组网方式 以保证这些重要站点通讯的可靠性 稳定性 在数据吞吐量较小 实时性要求不高 有线通讯网络覆盖不到或单独为此敷设线路不经济的区域或站点如 各类调压站 中 低压站 调压箱 管网监测点等 仅采用无线 GPRS 的通讯方式 五 城市燃气SCADA系统应用 5 8软件产品 本系统选用Wonderware公司的INTOUCH软件作为二次开发的组态平台 Wonderware是全球最大的工控软件公司之一 提供全面的工业企业解决方案 与IndustrialSQLServer和SuiteVoyager相配合 可以无缝地实现与管理信息系统的链接 软件产品分配表如下表 五 城市燃气SCADA系统应用 5 9系统功能 本系统的主要功能如下 数据采集和处理 全线输气袭人及各站的启动和停输 数据的显示包括工艺流程的动态显示 趋势图显示 报警显示 管理以及事件的查询 打印 将数据传送到历史数据库中 为其它管理系统如模拟仿真系统 MIS GIS CallCenter等提供平台接口 进行数据交换 数据共享 实现与GIS MIS或CallCenter等系统的集成 五 城市燃气SCADA系统应用 5 10显示功能 调度中心对采集到的各种数据 子啊显示屏上以画面 报表 图像的形式动态显示系统的工艺过程 参数 设备状态 显示屏幕上可以显示当前监测的数据 亦可显示历史数据 趋势曲线 显示时 可以通过颜色变化 百分比 色标填充等手段增强画面的可视性 五 城市燃气SCADA系统应用 5 11数据存档功能 本系统的数据库采用Wonderware的IndutrialSQLServer数据库 它是适用于工厂数据的高性能的实时关系数据库 内嵌MircosoftSQLServer 他们之间的集成时完美无缝的 在远程客户端 可以使用于MircorosoftSQLServer相同的访问工具和方法直接访问IndutrialSQLServer 本系统中 INSQLSERVER直接从IOSERVER上读取实时数据进行储存 储存周期为30秒 这种方式下 只需要运行采集服务器 IOSERVER 工程师站和操作员站运行是否都不会影响历史数据的储存 从而保证了历史数据的完整和可靠性 客户端可以通过ODBC直接进行访问和查询 对于未进行采集的数据可提供一个数据录于窗口进行补录 五 城市燃气SCADA系统应用 5 12简单调度元素的分析 调度中心系统是整个系统的管理中枢 而调度人员又是调度中心系统的执行者 因此如果调度系统能够为调度人员提供一些参考信息 帮助调度人员更加科学 合理管理整个管网的运行 将会节约能源 减少不必要的浪费 增加经济效益 例如 根据现场上传的运行数据 经过计算分析 可以得出高峰段用气量 通过分析能够提供以下信息 计算管网动态量比 计算日 月 年累计流量 计算长输管线输差率 计算管网平均压力 最低点压力 计算高峰段的用气量 五 城市燃气SCADA系统应用 5 13数据存档功能 调度系统对存放在数据库中的数据 可进行最大值 最小值 平均值 偏差值 累计值和其它各种特殊的运算处理 并可根据需要 生成各类报表 趋势曲线 实用图表 包括即时报表 日报 月报 年报 各类趋势曲线 棒 饼 状图等等 系统具备报表自动生成功能 即操作人员利用系统提供的实用程序 通过简单的人机对话或定时功能 可以录入天气情况 值班人员 交接班日志 当日班故障分析及处理等信息 就可完成各类报表的制作工作 并具有定时打印和随机打印功能 五 城市燃气SCADA系统应用 5 14报警功能 实时报警 当故障发生时 发生声光警报 显示故障点和故障状态 可按照报警等级做出相应反应 记录故障的信息 并在显示画面上提示处理故障的方法 报警打印自动打印故障记录 历史报警 通过INTOUCH本身自带的AlarmDBLoggerManager 可以自动将报警和操作信息存入标准的SQL2000数据库中 以服务方式运行 通过ODBC方式可以查询任意时间段的报警记录 五 城市燃气SCADA系统应用 5 15操作权限 系统具有多级操作权限 统一级别的用户具有相同的权利 比如对于一些控制功能 必须具有一定级别的操作员才能够进行操作 本调度系统的工作站划分多个操作权限 系统管理员 系统所有画面的浏览 操作 数据输入及系统的修改和维护 调度人员 系统所有画面的浏览 操作和数据输入 其他人员 系统所有画面的浏览 发布的Web网页只有授权用户才可以浏览 其他无权用户无法进入和浏览这些网页 具体的用户名称和密码将由用户提供 五 城市燃气SCADA系统应用 5 16WEB的发布 从方便用户的要求出发 系统接口统一采用WEB方式 通讯用户计算机上安装的浏览器软件 如IE浏览查询下列信息 实时数据的浏览 生产报表的浏览 历史数据的查询 系统的介绍 五 城市燃气SCADA系统应用 5 17SCADASERVER冗余 对于调度中心的服务器来讲 两台IO服务器是冗余的 如果一台服务器故障 另一台服务器承担所有实际工作 而不影响系统的操作 INTOUCH可以很容易的配置冗余或热备 它并不是作为一个功能放入到INTOUCH中的 而是INTOUCH自身的体系结构决定了随时可以将INTOUCH配置成冗余或热备 INTOUCH与其它HMI软件使用的最大区别是在I O通讯方式上 INTOUCH使用I OServer与I O设备通讯 其它HMI软件使用I ODriver与I O设备通讯 I OServer与I ODriver是两个不同的概念 I OServer是独立的 而I ODriver必须与其它HMI软件相关 这就是为什么其它HMI软件必须要增加一个功能才能配置冗余或热备 换句话说 INTOUCH自身的体系结构决定INTOUCH与生俱来的冗余或热备 功能 然而大部分软件需要增加功能才能完成冗余或热备 五 城市燃气SCADA系统应用 5 17SCADASERVER冗余 INTOUCH通过I OServer与RTU通讯 I OServer可以和INTOUCH安装在同一台计算机上 也可以分布在位于同一个以太网上的不同计算机上 INTOUCH用I OServer内置的点SRATUS监视I OServer与RTU的通讯 用INTOUCH内置的主题 Topic 监视INTOUCH与I OServer的通讯 INTOUCH热备冗余的基本方法是 配置 在不同的计算机内 2个以上的I OServer 正常时只有I OServer与I O设备通讯 INTOUCH通过主I OServer与I O设备通讯 INTOUCH不断监视的状态 一旦发现主I OServer有问题 INTOUCH立即自动转到备用I OServer 五 城市燃气SCADA系统应用 结束语 系统建成后 工作人员可根据系统提供的信息全面 实时掌握系统运行参数和状况 最好地解决供需矛盾 以满足工业及民用的需要 燃气是易燃易爆气体 要求生产 输配绝对安全 本系统提高了调度人员发现事故和分析事故的预见性 一旦出现异常 可以及时采取有效措施 防止事故的发生和蔓延 从而保障了国家与人民财产的安全 具有显著的安全效益 同时 系统建成后 可以根据运行状况及各环节的运行数据等相关信息 进行综合分析 优化调度 编制合理 经济的供气方案 节约了气源 人力 物力 减少了对环境的污染 五 城市燃气SCADA系统应用 引言 站控系统具有高可靠性和尽可能强的系统能力 包括 数据采集 安全监视 系统调节控制 系统自动诊断 对生产区内可燃气体泄露进行监测报警等功能 站控系统在实时接受调度中心监控的同时 还应具备足够的自我支持运行能力 以确保系统的可靠性 调度控制中心的调度和操作人员能通过操作员工作站提供的管道系统工艺过程的压力 温度 流量 水分含量等信息 完成对管道全线的监控及运行管理 六 LNG CNG站控系统应用 6 1站控系统概况 LNG CNG站控系统是以计算机为基础 以可编程控制器PLC为核心 对现场仪表进行数据采集与控制 以无线通讯模块DTU为传输载