二、城市燃气SCADA系统介绍

1、城市燃气管网 SCADA 系统简介 随着城市化进程的发展，城市燃气的工业、民用需求不断增加，城市 天然气管网规模不断扩大，因此如何有效的对城市天然气管网工况运行 进行监测管理显得尤为重要。城市燃气 SCADA系统的应用对于解决城市 天然气管网数据采集，监测控制，调度管理等起到十分重要的作用。SCADA 较早应用于电力系统的远程监测调度中，后广泛用于市政环保和石油天 然气等行业。 一、SCADA系统概念 SCAD( Supervisor Con trol And Acquistio n )系统，即监测控制 及数据采集系统。它是利用现代计算机技术、控制技术和通讯技术，实 时采集现场数据，对工业现场

2、进行本地或远程的自动控制，对工艺流程 进行全面、实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据。其主 要结构包括：远程控制单元(RTU、通讯网络、控制中心站。 SCADA系统具有以下特点： 1、 高度集成的解决方案：SCADA系统所采用的核心产品包括上位监控软 件和远程控制终端RTU匀为成熟的产品，集成度很高； 2、 开放的系统结构和优异的扩展性能： 基于真正的模块化结构，功能齐 全、系统扩展容易、伸缩灵活，可与 MAPINFO!子地图接口，实现控制 的直观性和可操作性，最大化地保护客户的投资。 3、系统具有优良的兼容性能： 系统采用的是流行且通用的标准设备，具 备良好的兼容性。 采用的开放式

3、网络是透明的， 支持各种网络通讯协议 和现场数据总线协议，兼容多厂家的 RTU设备。 4、 应用技术成熟稳定： 系统综合了现代控制技术、网络技术、数据库技 术、通讯技术、SCADA/HM技术等流行技术，使之有机地结合在一起。 良好的总体性能及成功的应用实例更为业界所赏识。 5、 基于 Windows平台的SCADA件：SCADA统软件是基于 Windows技 术的工业控制平台软件。其良好的架构、开放的思想、丰富的二次开发 资源，给客户带来了实惠与便利。 二、城市燃气SCAD系统介绍 城市燃气SCAD嫁统是城市燃气集、输、供、管计算机化、自动化 的标志，是城市燃气管理网络化、自动化、信息化的基础

4、，是城市燃气 合理利用、可视调度、有效管理的科技手段，它为生产调度及时、准确、 可靠的提供管网运行工况数据，降低劳动强度、提高管理效益、使整个 供气生产管理过程可视化、规范化、自动化、信息化。 城市燃气SCAD嫁统分布包括调度控制中心、各类门站、高中低调 压站、罐区、工业用户站、加臭站，各类管网测压站等。系统可根据技 术内容划分为：调度控制中心部分、通讯系统部分、 SCADA系统软件部 分、远程控制终端（又称现场控制单元） RTU部分、系统安全防护部分。 下面就每个部分的基本功能、作用及设备配置做简单介绍。 1、调度控制中心 控制中心是城市燃气输配管网 SCADA系统的控制中枢，它对燃气管 网

5、生产运行情况进行监控和管理，对工艺对象进行数据采集，工艺过程 和重要设备进行控制。 同时还可实现管网在线模拟仿真、 设备运行优化、 制定输送计划、泄漏检测及定位、计量管理、模拟培训，在电子地图上 的定位显示和控制等一系列任务。 控制中心的操作人员通过计算机系统操作员工作站所提供的各场站 的压力、温度、流量、液位信号及设备运行状态等信息，完成对整个输 配管网的运行监控和调度管理。 控制中心主要功能如下： 各站点的数据汇集和处理； 工艺流程的动态显示； 下达调度和操作命令； 报警显示、管理以及事件的查询、打印； 实时数据的采集、归档、管理以及趋势显示； 历史数据的管理、存贮；生产统计报表的生成和打

6、印； 模拟培训，管网在线仿真； 对全系统进行时间同步，控制权限的确定； 流量计算、管理；优化调度管理； 管网输配管理，管道泄漏检测和定位； 通讯系统监视及管理和主备信道的无扰切换； 网络监视及管理，系统诊断、故障分析及处理； 紧急切断和安全保护； 实现与企业信息管理系统（MIS）、ERR MRffi等系统的连接和数据 交换； 实现与上级计算机网络的通信及数据共亨等。 系统结构和设备配置 控制中心是整个系统中数据最集中的地方，也是安全性要求最高的 地方，因此在系统设计时的要充分考虑了这一要素。计算机网络设备可 以按 C/S 结构配置。为提高系统的可靠性，保障系统长时期可靠运行， 可对系统中重要设

7、备采用多级热冗余设计。操作员工作站、工程师工作 站等均作为局域网上的一个节点，共享服务器的资源。控制中心配置防 火墙、网络路由设备等接入系统的通讯网络（DDN GPRS ISDN光纤网 络等）与RTU空制系统网络相连构成本 SCAD療统的通信网络系统。通 讯协议采用工业以太网TCP/IP,通讯接口为RJ45另外考虑到电源稳定 因素，在控制中心还应设置 UPS电源系统。 2、通讯系统 通讯系统的主要功能是为SCADA系统的远程监控功能提供必需的数 据通道，这些数据通道连接着各种不同的控制中心和远程站点。城市燃 气管网SCADA系统的通讯系统目前常用的二个子系统，一个是有线 DDN 通信系统，作为

8、控制中心与关键工艺站场的主通讯信道，另一个是 GPRS 无线通信系统，作为控制中心与各关键工艺场站的备用通讯信道。另外 还有其它专线（如：专用光纤等）通道等。 DDN接入示意图如下: DDN光缆接入示意图 GPR觅线通讯网络结构如下: 恥阿机网 i 咲啊丹L种一 DDN铜缆接入示意图 光端机 朮端机 联网机构一 联网机构二 王艺场站 WloxRTU (1RE踐讷或 1伽？ Kit 秒动数报网 星1 2KTT1X QBE 3、SCADA系统软件 SCADA系统软件是基于Microsoft Windows操作系统平台的软件， 组态简单、方便，教容易掌握；历史数据库采用中文版 Microsoft S

9、QL Server 2000软件，通过配置，完成历史数据的存储、备份。系统软件应 具有：IE浏览；监控管网的运行情况；海量存储能力；信息查询；数据 库检索；图表分析；报表输出；组态编程简单、运行操作维护容易等功 数据库分实时数据库和历史数据服务器，实时数据库存储在实时服 务器中，由上位监控软件来管理，历史数据存储在历史服务器中，历史 数据库管理系统采用 Microsoft公司的SQL Server 2000软件。实时数据 和历史数据可以通过多种方式进行查询。如通过 Web的方式发布，既可 以在同一局域网内查询，也可以远程查询，管理人员可以很方便的随时 随地，只要能上网，通过固定IP地址或域名就

10、能查询。 组态软件是实现过程可视化及过程监控功能的高性能的工业自动化软 件，它将系Ju 1厂 烈 斗 孔生詔戸 Sjhj -1 a L=3 FhuHP -i.i4艺盘1吐 j 円 | 亞：U L v .1 HUN JE： H | :匿V Saf亚也址启工 L 厶匕 能 O MX TL W尺!二Kw l P i !l 茜3总广2 眄国巫 r Jlhll* rm疗扛创酬 例图：统管网工况工作过程形象、直观的在计算中心显示出来，可 以方便监视、 控制生产过程， 能够在调度控制中心对生产事件快速反应， 提高系统的实用性。 4、远程控制终端 RTU RTU是一种直接连接到现场各种工业设备的开放的远程控制

11、终端。 RTU是为现场与各种远端计算机系统之间提供远程设备而设计的，体现 了“测控分散，管理集中”的思想。 RTU是一个真正开放的，易于集成 的系统。 典型的RTU站由直流电源，控制器和可选内置和外接I/O模块组成。 附加选项包括一个现场总线端口，内置的 UPS及充电器端口。 RTU系统还能为更复杂的应用提供各种I/O配置，并且RTUGateway 还提供了各种现场总线通信模块。 RTU包括串口和以太网口。特定的 RTU则内置GSM模块、GPRS模块 或调制解调器。通过串口、以太网口及现场总线扩展， RTU可以连接更 多的扩展现场数据采集 I/O 模块。 RTUM有数据采集及处理、数据存储、天

12、然气流量计算、 PID控制、 逻辑控制等能力。 RTU的硬件结构是模块化的，具有良好的扩展性能，所选用的模块 均为可热插拔模块。 RTU支持多处理器模式，可满足各式各样的冗余配置要求，包括处 理器冗余、电源冗余、通信冗余、 I/O 冗余, 处理器间的冗余切换时间小 于 30ms。 RTU 具备良好的互连性能和开放性能，支持标准的Modbus Modbus+ Profibus、Can bus DNP3和TCP/IP通讯协议。能通过可编程的通信接 口与支持标准通讯协议（如 Modbu9的计算机监控系统、RTU/PLC智 能仪表（流量计算机、色谱仪等）直接相连。 RTU操作系统和控制程序在掉电恢复后

13、，无需人工的任何干预就可 以恢复到正常状态，启动时间不超过 10S另外RTU具有掉电自保持功 能，当RTL重新启动，所有变量和参数与断电前保持一致。 RTU带有实时时钟发生器，时钟信息由后备 CMOS!池保持，RTU时 钟可与控制中心时钟实现同步，同步精度在 30天内误差不超过 1 秒。 RTU具备自诊断功能，RTU能提供开机诊断及运行时对内存卡、I/O 卡、CPU卡、电源、通信的连续诊断，诊断信息可将通过有线或无线方 式发送到控制中心或就地储存，某些状态诊断也能在面板 LED上显示。 RTU具备现场访问和远程访问能力，现场访问通过便携电脑通过串 行口或以太网口直接与RTU相连， 远程访问可通

14、过有线或无线方式进行。 所有故障诊断、程序调试和下载、参数的下传和修改均可通过现场访问 或远程访问实现。 RTU在通讯中断或传输故障的情况下可本地存储长达数月的历史数 据，数据存储带时间标签。通讯恢复后可自动将数据恢复到 SCAD/系统 历史数据库，保证整个SCADA系统的数据完整性。 RTU拥有强大的通讯能力，与绝大多数传统通讯手段（无线电台、 PSTN等）无缝兼容，并支持多种现代化通讯方式（如 GSM GPRS光纤 接入及DDN等）。多种通讯方式可混合同时使用。 RTU采用模块化设计，扩展灵活多变，最大程度为客户节省投资。 通过其现场数据采集系列I/O模块的扩展可满足现场多种多样的I/O要

15、 求。 RTU典型系统图 5、系统的安全防护 所有的SCADA系统设备均安装在安全的区域内，与现场相连的变送 器和传感器均选择具有安全防爆型设备 所有本安型仪表信号需经安全栅隔离后接入 RTU而对于防爆型设 备的开关量信号可直接接入 RTU。 各远程监控点现场电源开关、备用蓄电池、安全栅、 RTU、 I/O 卡等 设备均安装在特定的控制机柜中，具有相当的机械及电子防护能力。防 护体均有接地点，接地需达到本安标准。完善的 SCADA系统应设有完善 的防雷和防浪涌的保护措施。 SCAD廉统的计算机安全策略利用了 WindowsXP操作系统、Windows 2003 Server操作系统和SCADA

16、系统应用程序提供的双重安全功能， Windows XP和 Windows 2003 Server操作系统在操作系统的层面上管理 操作员用户或网络及系统管理人员的登录，而 SCADA系统通过设置以安 全级别为基础的各种用户，在应用程序层面对操作员的操作权限进行控 制，保证正常操作，禁止越权操作。 SCADAR统的操作权限达到256之多。另外，SCADA系统的网络以 NetBIOS 名为标识建立通讯，非法用户很难通过一些常规的入侵手段进 入SCADA系统内部网络。对SCADAR统操作的权限一般划分为四级，分 别授予系统维护工程师、自控工程师、工艺工程师、操作员。数据库安 全策略数据库的安全性对于企业来说是至关重要， SCADA系统中所指的 安全性主要是指允许那些具有相应的数据访问权限的用户能够登录到 SQL Server 并访问数据以及对数据库对象实施各种权限范围内的操作， 但是要拒绝所有的非授权用户的非法操作。 SQL Server 2000 的安全性 管理是建立在认证( authentication ) 和访问许可( Permission ) 两 者机制上的认证是指来确定登录 SQL Server 的用户的登录账号和密码 是否正确以此来验证其是否具有连接 SQL Server 的权限，但是通过认 证阶段并不代