机械毕业设计-SCADA系统在天然气输送中的应用
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毕业设计(论文)报告课题名称SCADA系统在天然气输送院 /专 业班 级学 号学生姓名指导教师： 年 05 月 20 日SCADA系统在天然气输送中的应用 摘要随着城市现代化建设的发展,城市燃气管网的规模逐步扩大,用户的种类、数量不断增加,传统的人工调度管理方法已不适应于现代化、大规模的生产和管理的要求。为了加快科技进步,保证燃气安全生产、合理分配、优化调度、使决策者能够及时掌握当前管网运行情况,燃气管网优化设计等,自动化应用到天然气的输送中将提高其效率及降低工作难度，以及便于远程控制。 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition System） 的出现，大大对分布距离远，生产单位分散的生产系统以及危险区域的一些数据采集、监视和控制得到了很好的改善。因此，本人选择制作输送天然气场站SCADA系统为课题加以研究。关键字：天然气输送 SCADA PLC 远程控制 Abstract Along with the city modernization development, the city fuel gas pipe network scale expands gradually, users type, quantity increase unceasingly, the traditional manual dispatch management did not adapt in modernized, the large-scale production and the management request in order to speed up the advance in technology, guaranteed the fuel gas safety in production, the rational distribution, the optimized dispatch, will enable the policy-maker to keep abreast of the current pipe network movement situation promptly, the fuel gas pipe network optimize the design and so on, the automation apply the natural gas in the transportation to enhance its efficiency and to reduce the work difficulty, as well as will be advantageous for the long-distance control. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition System) the appearance, is away from greatly to the distribution far, the production unit disperses the production systematic as well as the dangerous region some data acquisition, the surveillance and the control had the very good improvement. Therefore, I choose the manufacture transportation natural gas airfield SCADA system to study for the topic.Key words: Natural gas SCADA PLC Long-distance control 目录第1章 SCADA系统简介61.1SCADA系统简介61.1.1 SCADA系统概述61.1.2 SCADA系统发展历程61.1.3 SCADA系统发展瞻望71.2 SCADA系统控制71.2.1 调度控制中心级71.2.2 站场控制级71.2.3 现场控制级71.3 SCADA系统主要功能及构成81.3.1 调控中心功能及构成81.3.2 站控系统功能及构成91.3.3 SCADA系统网络构成101.4 控制系统的实现101.4.1 控制系统结构101.4.2 监控中心组成和功能11第2章 顾山输气站自控系统设计122.1 设计目标及原则122.2 硬件设计122.2.1 站控系统硬件结构122.2.2 站控系统硬件设备清单132.2.3 站控系统PLC模块清单132.3 软件设计142.3.1 顾山站控系统I/O点数分配152.3.2 顾山站站控系统PLC配置16第3章 顾山输气站站控SCADA软件系统183.1 系统软件操作界面183.2 顾山分输站仪表设备清单193.3 顾山站工艺流程图203.4 流量数据显示213.5 变送器维护与ESD命令223.6 长输管线图233.7 参数一览233.8 报警显示253.9 参数曲线253.10 数据查询273.11 远程控制的实现283.12 系统特点29第4章 SCADA系统的维护304.1 系统备份与维护304.2 数据库备份304.3 系统常见故障分析及注意事项324.3.1 系统常见故障及分析324.3.2 注意事项334.4 PLC维护34结束语36谢辞37参考文献38第1章 SCADA系统简介1.1SCADA系统简介1.1.1 SCADA系统概述SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。1.1.2 SCADA系统发展历程 SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）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代。 第一代是基于专用计算机和专用*作系统的SCADA系统，这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。 第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。 90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。 第四代SCADA/EMS系统，该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 1.1.3 SCADA系统发展瞻望 SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA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系统与其它系统的广泛集成 SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为EMS系统提供大量的实时数据。同时在模拟培训系统，MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据， SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向。 2）变电所综合自动化 以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。 3）专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用 利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或出来故障的方法，以达到合理、经济地进行电网电力调度，提高运输效率的目的。 4）面向对象技术、Internet技术、及JAVA技术的应用 面向对象技术（OOT）是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适工具，将面向对象技术（OOT）运用于SCADA/EMS系统是发展趋势。 1.2 SCADA系统控制输气管道的SCADA系统常采用管理集中、控制功能分散的分布式控制方式，一旦通信系统或调度控制中心设备故障，各站仍能独立地运行。一个完整的输气管道SCADA系统一般可分为三级控制：调度控制中心级、站场控制级和现场控制级。1.2.1 调度控制中心级调度控制中心是SCADA系统的核心，承担着对SCADA系统进行管理、集中数据处理、监控和数据交换控制等功能，同时实现管道在线模拟、运行优化、计量管理、模拟培训等任务，具有良好的适应性、灵活性和扩展性。在调度控制中心可完成对各个增压站、分输站等站场的数据汇总、数据存储、组态显示、远程控制、远程视频监控等工作。调度控制中心能够进行信息发布，授权用户可以通过网络对生产数据进行查看、浏览、甚至控制；技术人员可通过调度控制中心对各站场的生产参数进行远程设置、远程组态，完成对管道全线的远程监控和统一调度管理。调度控制中心主要由SCADA主机系统、操作员接口、应用计算机系统、通信设备等组成，它通过信道与分布在管道上各站场的控制系统相连。1.2.2 站场控制级站场控制系统(站控系统)是保证天然气管道系统安全操作的基础，它通过现场仪表或成套控制设备检测和处理压力、温度、流量以及运行状态等相关数据，并控制相应阀门，同时向调度中心传送必要的数据并接受调度控制指令。站控系统以结构简单，控制逻辑修改简单、扩展性好、可靠性高、通讯方便为设计原则。对站控系统来讲保持站内设备与人身安全是特别重要的。自控系统的检测仪表、操作逻辑和控制设备在设计时应充分考虑它们故障或维护时可能带来的危害。站控系统完成以下主要功能：现场数据的采集、存储和处理；各职能子系统的监控；显示动态工艺流程、有关参数和报警、人机对话窗口；显示实时趋势曲线和历史曲线；压力、流量控制；ESD、站控逻辑控制；压缩机组的监控、打印报警和事件报告、打印生产报表、执行控制中心发送的指令、向控制中心发送带时间标志的实时数据、数据通信管理。输气干线首站、支线首站、气体接收站作为调压计量站主要是接收天然气，向输气干线输送符合管输标准的气体。1.2.3 现场控制级现场控制主要是指对工艺单体或单台(套)设备进行手自动就地独立的操作。输气管道现场仪表的性能和正确的设置直接影响对工艺参数检测的准确性和实时性。一个性能优良的检测仪表能及时可靠地反映工艺参数变化，准确无误地提供给控制系统进行运算和判断，它是实施控制策略的依据。输气管道的压力一般都在10MPa以下，并且在无凝液条件下运行，所以大多数常规仪表都可适用。仪表检测回路一般按隔爆系统设计，也可按本系统设计。1.3 SCADA系统主要功能及构成1.3.1 调控中心功能及构成调控中心是SCADA系统的最高控制层负责整个管道运行的控制和管理。如图1.3.1所示：图1.3.1调控中心结构示意图中调控中心设有工程师站、操作员站、调度员站、模拟仿真工作站、培训工作站、投影仪工作站。工程师站完成整个SCADA系统的管理、维护和根据生产需要进行的开发工作。不参加生产运行管理；操作员站控制整条管道的运行完成对各个站场生产数据的监控和生产运行管理工作：调度员工作站完成生产调度工作依据生产运行指标通过操作员站下达调度指令并随时控制生产运行情况。处理紧急事件：模拟仿真工作站与模拟仿真服务器配合通过管道高级仿真应用软件对管道运行情况进行模拟仿真。为生产调度提供依据；培训工作站完成对工作人员的培训工作：投影仪工作站控制调度中心大屏幕的控制功能完成各个站的监控电视的呈现和必要事件的大屏幕显示功能。调控中心配有2台互为冗余的实时服务器。安装实时Versant对象数据库通过SCADA系统的TCfyIP LAN从各个输气站服务器上实时读取和发送生产数据。处理能力超过10000点IO的能力，同时具有存储历史数据功能：配有1台历史数据服务器安装Oracle历史数据库管理系统对历史数据进行存储和管理：配有WEB服务器用于对外发布系统生产信息WEB服务器通过网络不断与2台SCADA实时数据服务器通信将扫描到的参数送人自身数据库中并通过WEB SERVER实现用户对SCADA的相关信息的浏览访问。为了确保SCADA系统各部分实现时钟同步调控中心服务器内置FEP通讯前置实现时钟同步。通过美国Turetime公司高精度的GPs系统为SCADA系统注入标准时钟信号。通过NTP协议利用DNP30通信协议的时间传输功能控制中心和各场站间的时间同步在10 ms内调控中心采用了Invensys公司的IA SCADA系统软件。它是基于UNIX的Solaris操作系统。客户操作端可选择安装在Windows 2000操作系统下，具有完整的数据库管理功能并具有图形组态编辑器为客户操作端提供结合生产需要的人机交换界面1.3.2 站控系统功能及构成站控系统由互为冗余的PLC、操作站、流量计算机、10设备和网络通信设备构成。见图1.3.2：图1.3.2站控系统结构示意图结构图中站控系统核心为PLC。通过PLC定期扫描流量计算机和IO设备获取生产数据再由PLC通过网络将数据传输给操作站和调控中心：操作站和调控中心的控制命令也是通过网络传给PLC由PLC执行命令。站控系统PLC采用了双机热备机构，以提高站控系统可靠性。PLC采用了高性能的机交换界面图1.3.1调控中心结构示意施奈德的QuantuIn系列67160 PLC其中网络模块、PLC内部网络、电源模块全部采用了冗余配置。扫描速率达到03 msK。操作员站由1台工业计算机构成安装Wonderware Intouch HMI软件根据各个站的生产和工艺需要进行组态。操作员站与PLC通信。获取生产数据信息和发送指令，并根据需要显示、记录生产数据，判断生产状况。发出报警。流量计算机为超声波流量计通过串行接口与PLC通信。IO设备主要与现场的压力变送器、温度变送器、电动球阀、电动调压阀连接采集数据和执行PLC命令。1.3.3 SCADA系统网络构成调控中心与各站控系统局域网采用以光缆通信为主通信线路(光缆为管道同沟敷设的光缆)构成光纤网。针对光缆铺设的光纤网星型结构，DDN(公网)通信为辅助通信线路构成有线网。1.4 控制系统的实现系统包括场站自动化、输配调度自动化系统(SCADA系统)、公司计算机管理系统。其中，场站自动化系统，采用“分散控制，集中管理”的控制原理:调度自动化系统采用分布式控制系统，把直接数字控制(DDC)、监控及数据采集(SCADA)、远程终端(RTU)和调度管理(Management)、MGS通讯、有线电话(备用)等有机地融合为体，组成调度管理自动化系统。1.4.1 控制系统结构控制系统结构如图1.4.1所示：图 1.4.1远程RTU/门站/储配站/指挥中心网络数据连接拓扑图RTU的系统结构，既可分散式安装、又可集中组屏，其设计思想符合国际电工委员会IEC关于变电站自动化系统的规定要求，也可满足老站改造，对己经具有远动RTU和变送器的厂站可以最大限度地保留原有设备，以节约开支，因此可以保证系统很容易进行再开发。集中式结构:交流采样、遥控、遥信子系统集中组屏。间隔级分站:智能电子装置、电度表、微机保护系统等可真正做到功能上的分布和地理上的分散。多CPU结构、多功能的模块化处理，可实现灵活数据处理和高速度的运算，也可非常简单任意组合实现多功能组合。内部网络管理:可靠、高速实现数据的流向，外部公开网络、RS485/232串行口，可实现多种规约，多种动态智能接口。系统由公司调度控制中心和远程外围子站组成。公司调度控制中心站，采用“客户机一服务器”结构的局域网(LAN),网络采用loom以太网，遵循TCP/IP传输协议。1.4.2 监控中心组成和功能天然气管理输配调度无线通信SCADA系统的控制中心主要由主控机、后备机、服务器、大屏幕多媒体投影机、电台、铁塔及天线等组成。监控中心主要完成以下功能:大屏幕多媒休投影机动态显示SCADA系统中每一个RTU地图中所处位置及该站点的工作状态和实时参数(包括各条线路的交流电压、电流、功率、电度表读数、亮灯率等)。根据该城市所处经纬度及日出日落时间，制定出对应全年的每日开/关灯时间曲线以实时控制路灯的通/断;另外可由控制人员结合具体情况，修改开/关灯时间，并传送给RTU控制。定时巡检/定点检测RTU，通过无线Modem获取RTU返回的开关状态、数据参数及报警码。在 巡 检 过程中，若发现故障或参数越限，可进行声光报警，并在大屏幕土动态显示以该站点位置为中心的放大地图及相应的工况、实测数据及故障形式。数 据 处 理、存储及报表打印功能。第2章 顾山输气站自控系统设计2.1 设计目标及原则系统应具备高可靠性和尽可能强的系统能力，包括：数据采集、安全监控、系统调节控制、系统自动诊断、对生产区内可燃气体泄漏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。本系统主要为顾山输气管道而设计，在设计时需要考虑并实现在保证安全可靠的同时，能充分利用原有资源。2.2 硬件设计2.2.1 站控系统硬件结构整个系统的软件建立在Microsoft Windows2003/XP的平台上。在选择所采用的控制设备时，首先要考查现场使用的各种一次仪表。现场采用的仪表主要有：涡轮流量计、超声波流量计、球阀、调压阀、热敏电阻、压力传感器等。对这些一次仪表或控制设备，需考查其量程、信号形式、信号输入/输出范围、数量以确定与其相连的二次仪表，从而确定采用什么样的数据采集和流程控制方式。在最终确定所采用的硬件设备时，需要考虑系统目标。毕竟解决方案要为系统需求服务。进行综合考查后，拟采用由计算机、RTU（远程终端单元)、安全栅、继电器、流量积算仪等设备组成的控制系统!计算机是实现自动化管理的重要设备，其上需要运行监控软件，由它对系统进行统一管理。RTU标准配置为4个输入/输出模块(DI、DO、AI、AO),在点数不够时可外接相应的模块；它还带有2个以太网口，可实现本地和远程的高速通信；还具备232/485通信能力。另外，在RTU中还可以编写简单的程序，实现与计算机的部分冗余控制。它是计算机与现场仪表的中介。流量计算机用于测量管道中的流量，并能提供其他参数及短期历史数据。继电器用于数字量反馈及控制。天然气站控系统硬件结构如图2.1.2所示。图2.2.1 天然气站控系统硬件结构图系统的工作过程大致为：现场仪表采集数据，经安全栅（及继电器）将信号传递到RTU,RTU再通过网络接口连接将数据传递给计算机；计算机对数据进行处理（部分数据由RTU处理）再经RTU实现对现场设备的监视与控制#与流量相关的部分数据经流量计算仪传递给计算机。2.2.2 站控系统硬件设备清单表2.2.2 硬件设备清单设备名称数量厂商设备型号双联空开7正泰单联空开3正泰行程开关1正泰三芯插座1正泰AC30-250VAC10A照明灯1国产220V继电器1OMRONMY2NJ-24VDCAC/DC电源1菲尼克斯QUINT-PS-100-240AC/24DC/10AAC/DC电源1菲尼克斯QUINT-PS-100-240AC/24DC/5A220V电源避雷1MTLZD1440924伏电源防雷1MTLZB90548220V电源避雷1MTLZD14409220V电源避雷1MTLMA15模拟量防雷栅3MTL2B91333模拟量防雷栅2MTLZB24547PT100防雷栅2MTL开关量3通道防雷栅13MTL2B24542RS232-RS485转换器1ADAMADAM-45202.2.3 站控系统PLC模块清单表2.2.3 PLC模块清单模块名称型号数量插槽底板电源模块140CPS1242011主CPU底板CPU模块140CPU1130312RIO模块140CRP9320013以太网模块140NOE7710114热备模块140CHS1100015电源模块140CPS1242011从CPU底板CPU模块140CPU1130312RIO模块140CRP9320013以太网模块140NOE7710114热备模块140CHS1100015电源模块140CPS1242021,2I/O底板RIO模块140CRA9320013模拟量输入模块140ACI0300024,5开关量输入模块140DDI8410036,7,8开关量输出模块140DRA8400029,102.3 软件设计软件是整个系统的核心，其质量高低关系到系统的安全性、可靠性及扩展性。软件用于处理数据、控制设备，并要实现与调度中心的协作，同时它还是人机交互的接口。在生产工艺和信息处理需求发生变化时，能与需求保持同步。另外还可实现数据在两者间的无缝交换。软件的人机接口部分设计为图2.1.3所示:图2.3人机接口结构示意图结构示意图中界面上增加导航条，方便各功能间的转换。张家港末站控制中心主要完成对整个长输管线各个站场的调度控制，同时实时监测站场的所有采集参数。设备主要包括数据库服务器、DCC操作员站、DCC工程师站、本地SCS工作站、交换机、路由器和相应的DDN、PSTN设备。监控软件使用Intellution 公司的iFix3.5，生产管理软件使用Microsoft VisualStudio.Net，办公软件使用Microsoft Office2003，数据库软件使用Microsoft SQL Server 2000。2.3.1 顾山站控系统I/O点数分配顾山分输站站控系统采用Modicon Quantum系列PLC控制器，而此类PLC具有高性能体系、安全可靠性高、良好的兼容性等特点。顾山站控系统PLC输入量分别有模拟量和数字量，顾山分输站要求PLC热备冗余，I/O机架不冗余，具体I/O点数分配如表2.3.1所示：表2.3.1 站控系统I/O点数分配表AI序号位号变量名称通道防雷栅AI-1PT101进口压力AI1.1SAI01AI-2PT104出口压力AI1.2AI-3PT105高压出口压力AI1.3AI-4PDT101过滤器压差1AI1.4SAI02AI-5PDT102过滤器压差2AI1.5AI-6阴保1AI1.6AI-7阴保2AI1.7SAI03AI-8阴保3AI1.8AI-9TE101进口温度AI2.2SPI01AI-10TE102出口温度AI2.3SPI02DIDI-1PV101进口电动球阀开DI1.1SDI01DI-2进口电动球阀关DI1.2DI-3进口电动球阀过扭距DI1.3DI-4进口电动球阀故障DI1.4SDI02DI-5进口电动球阀手自动DI1.5DI-6PV102出口电动球阀开DI1.6DI-7出口电动球阀关DI1.7SDI03DI-8出口电动球阀过扭距DI1.8DI-9出口电动球阀故障DI1.9DI-10出口电动球阀手自动DI1.10SDI04DI-11PV103高压旁路电动球阀开DI1.11DI-12高压旁路电动球阀关DI1.12DI-13高压旁路电动球阀过扭距DI1.13SDI05DI-14高压旁路电动球阀故障DI1.14DI-15高压旁路电动球阀手自动DI1.15DI-16FV101流量计1电动球阀开DI2.1SDI06DI-17流量计1电动球阀关DI2.2DI-18流量计1电动球阀过扭距DI2.3DI-19流量计1电动球阀故障DI2.4SDI07DI-20流量计1电动球阀手自动DI2.5续表2.3.1DI-21FV102流量计2电动球阀开DI2.6SDI08DI-22流量计2电动球阀关DI2.7DI-23流量计2电动球阀过扭距DI2.8DI-24流量计2电动球阀故障DI2.9DI-25流量计2电动球阀手自动DI2.10SDI09DI位号变量名称通道防雷栅DI-26ZI101调压器1截止阀DI2.11SDI09DI-27ZI102调压器2截止阀DI2.12DI-28ESD启动DI3.1DI-29ESD确认DI3.2DI-30ESD复位DI3.3DI-31消音DI3.4DI-32DCC控制DI3.5DI-33手动控制DI3.6DODO-1PV101开进口电动球阀DO1.1SDO1DO-2关进口电动球阀DO1.2DO-3PV102开出口电动球阀DO1.3DO-4关出口电动球阀DO1.4SDO2DO-5PV103开高压旁路电动球阀DO1.5DO-6关高压旁路电动球阀DO1.6DO-7FV101开流量计1电动球阀DO1.7SDO3DO-8关流量计1电动球阀DO1.8DO-9FV102开流量计2电动球阀DO1.9DO-10关流量计2电动球阀DO1.10SDO4DO-11阴保触发DO1.11DO-12报警指示灯DO1.12DO-13声光报警DO1.13DO-14ESD启动DO1.14DO-15ESD确认DO1.15顾山分输站实际配置I/O点数：模拟输入16点，数字输入48点，数字输出32点。2.3.2 顾山站站控系统PLC配置顾山分输站要求PLC热备冗余，I/O机架不冗余，流量控制采用一备一用。站内含有两台第三方智能仪表。根据该站控系统的要求，PLC的配置示意图（图2.3.2）如下（连接各个机架的双缆是与每个机架上的RIO接口模块相连，本图只是连接参考图）：图2.3.2 PLC配置图该系统PLC具有多种强大的处理能力的CPU处理器，最多可处理六万多点，以及300个以上的调节回路。CPU处理器内置通讯端口，包括Modbus和Modbus Plus，并有锂电池保存数据。电源失电恢复后，处理器能够自动重新启动。控制系统能够方便地实现电源模板冗余，I/O网络冗余，以太网通讯冗余及控制器热备冗余；所有模板的平均无故障时间（MTBF）均大于20万小时；所有模板都是带电可插拔型模板，而且每块模板都有自诊断功能，自动诊断出系统中各个部件、网络通讯等的状态。PLC能够方便地与第三方产品通讯。易于升级，处理器的版本升级采用FLASH方式，只需要更新CPU操作系统即可；支持全开放的工业以太网，应用层使用开发的工业标准Modbus，可实现“透明工厂”功能。第3章 顾山输气站站控SCADA软件系统3.1 系统软件操作界面操作系统启动（开启计算机）前应仔细检查计算机的各个接口（计算机电源、显示器电源、显示器数据线、网线等）是否正确连接，如果连接正常则按下计算机前面板上的电源开关按钮，系统将进入启动过程。系统启动的最后一个步骤将提示用户输入用户名和口令，输入相应的用户名及口令即可进入系统。监控系统在操作系统启动时自动运行，用户无需作任何操作。监控系统启动的第一个界面是系统加载界面，进度条表示系统加载的进度，此过程中操作员不要做任何操作，以免影响监控系统的正常加载。图3.1(a)为SCADA在全线管道的示意图：图3.1（a）管线示意图如图3.1(b)所示，界面的最上面是系统名称和导航菜单：图3.1(b)界面菜单栏依次为：管线图，首站工艺图，末站工艺图，参数一览，数据查询，调度指令，曲线显示，操作记录，参数属性，用户切换，关闭系统功能模块，各功能模块的详细操作在将下面论述。导航菜单上还提供日期及时间的显示功能。3.2 顾山分输站仪表设备清单 顾山分输站是锡沙线天然气管道的枢纽站承担了向下游供气以及向高压管道输气的重要任务，场站SCADA系统与场站工艺区设备联系在一起，具体的设备清单如表3.2所示：表3.2 场站仪表设备清单名称数量型号厂家主要参数涡轮流量计2G400.DN100ANSI600荷兰ELSTER INSTROMET公司Qmax:650 m/h Qmin:32m/h Pmax:100bar T:-20+602G1000.DN150ANSI600Qmax:1600 m/h Qmin:80m/h Pmax:100bar T:-20+60流量计算机2F1N荷兰ELSTER INSTROMET公司2FC2000阴极保护系统1PC-1B福建省三明市无线电二厂供电电源：220V、1相、50HZ、 恒电位范围：0V-3V 防电击保护类型：I类EPS应急电源1ZMS-22KW潍坊锦天消防电子科技公司输入频率: 50Hz0.5%输出频率：(逆变) 50Hz0.5% 输出功率：22KW输入电压：380V 输出电压：380/220V 电池电压：492V 工作时间：90分钟UPS不间断电源1RT3000APC铂电阻温度变送器2WZP-24SA上海自动化仪表三厂 测温范围：200500压力变送器43051S北京远东罗斯蒙特仪表有限公司校验量程：0-8000KPa 最大工作压力：27.6MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V2校验量程：0-5000KPa 最大工作压力：13.8MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V2校验量程：0-100KPa 最大工作压力：25MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V1校验量程：0-8000KPa 最大工作压力：27.6MPa 输出信号：4-20mA 电源电压：10.542.4V温度变送器43144P北京远东罗斯蒙特仪表有限输出信号：4-20mA 电源电压：12.042.4V3.3 顾山站工艺流程图 天然气输气场站的工艺流程可概括为进站-调压-过滤-计量-调压-出战，顾山分输站有两个进气口，分别是川气东送和西气东输进气，进站后先经过调压阀调压，接着气体进入卧式过滤分离器过滤掉固体和液体及粉尘杂质，然后气体通过涡轮流量计计量（涡轮流量计显示数值为工程标准状态下的数值,一般跟下游交接流量是以流量计算机的数值为准。），计量过后再次经过调压阀调压，此次调压要将管道内介质压力调到2.5MP一下以满足下游燃气公司的供气。图3.3(a) 顾山站工艺流程图绿色表示站场正处于指示灯下方的控制状态，红色指示灯下方的控制状态无效！操作员可以通过SCS对站内的电动阀、电动平板阀进行控制，同时可以设置计量管线、变送器、过滤分离支路等设备的状态。站手动：操作员只能在现场设备边上手动操作设备的启停图中共设有两类阀门： ：电动球阀，绿色表示阀开，红色表示阀关； ：手动阀，绿色表示阀开，红色表示阀关；图3.3(a)中共有三种颜色的管线：黄色：天然气输送管线；红色：放散管线；黑色：排污管线。电动球阀操作：点击工艺图上的电动球阀，如图3.3(b)所示： 图3.3(b)电动阀界面手动阀操作：手动阀没有电动执行机构，故无法直接采集到其状态，需要操作员根据现场的实际情况将手动阀的状态实时的回填到系统中，以供南京调度中心和末站控制中心参考。手动阀只有开关操作，同过点击界面上的开关即可完成。3.4 流量数据显示如图3.4所示，流031流034表示顾山站的四台流量计，流1-流4都为涡轮流量计。点击相应的流量计，进入流量数据显示界面为计量支路1（流1）：图3.4 流量计界面显示了当前流量计1的实时、累计数据及重要报警，点击“关闭”退出。3.5 变送器维护与ESD命令当现场的变送器出现故障或需要维护时，操作人员通过变送器维护界面将相应的变送器设置为维护状态，为调度管理提供及时准确的信息。点击“变送器维护”，进入如下界面图3.5(a)：图3.5(a) 变送器操作界面点击“关闭”退出界面。ESD命令操作员根据实际情况，在重大事故发生时，可以通过此功能启动ESD系统，此命令等同于在PLC机柜上按下“ESD”按钮和“ESD”确认按钮。末站控制中心可以远程启动首站的ESD功能，在首站的控制界面上会弹出ESD命令确认对话框，操作员可以确认或取消命令，当命令30秒内没有被确认或取消，在30秒后自动启动。功能界面如图3.5(b)所示：图3.5(b) ESD执行界面系统还设有出站超压ESD，当出站压力超过限值，系统会自动触发出站超压ESD报警，并在监控界面上弹出确认对话框，操作员可以根据时间情况确认或复位，当点击确认，系统会关闭相应的出站阀门，当点击复位，则系统出站超压ESD报警取消。3.6 长输管线图以市长输管线走向为背景，标示出各个站场的地理位置。图上显示相应的站信息，如图3.6所示：图3.6 长输管线图3.7 参数一览在顾山输气站SCADA系统中可以进行相关数据的查询，数据反映的是场站目前工艺流程中设备仪表的状况，具体样式如表3.7：表3.7部分参数一览表全站相关属性进站压力进站温度高压出口压力出站压力高限有无计量支路可开出站压力出站温度支路使用优先级进站压降速率进站管道破裂报警过滤1压差过滤2压差高压出站压力高限出站压力超高报警高压出口超高报警计量支路1相关属性计量支路1是否可用计量支路1实时温度计量支路1当前月标况总体积计量支路1综合故障计量支路1当日标况总体积计量之路1当前月总能量计量支路1工况体积流量计量支路1当日总能量计量支路1前一月标况总体积计量支路1标况体积流量计量支路1前一天标况总体积计量支路1前一月总能量续表3.7计量支路1能量流量计量支路1前一天总能量计量支路1运行时间计量支路1累积工况体积计量支路1当前小时标况总体积计量支路1总责任报警计量支路1累积标况体积计量支路1当前小时总能量计量支路1总涡轮责任报警计量支路1累积总能量计量支路1前一小时标况总体积计量支路1总非责任报警计量支路1实时压力计量支路1前一小时总能量计量支路1总非责任报警计量支路2相关属性计量支路2是否可用计量支路2实时温度计量支路2当前月标况总体积计量支路2综合故障计量支路2当日标况总体积计量之路2当前月总能量计量支路2工况体积流量计量支路2当日总能量计量支路2前一月标况总体积计量支路2标况体积流量计量支路2前一天标况总体积计量支路2前一月总能量计量支路2能量流量计量支路2前一天总能量计量支路2运行时间计量支路2累积工况体积计量支路2当前小时标况总体积计量支路2总责任报警计量支路2累积标况体积计量支路2当前小时总能量计量支路2总涡轮责任报警计量支路2累积总能量计量支路2前一小时标况总体积计量支路2总非责任报警计量支路2实时压力计量支路2前一小时总能量计量支路2总非责任报警表3.7中分类显示了顾山站场所有的压力、温度、流量信息，以及所有的阀状态、报警信息等。3.8 报警显示 报警显示实时提供系统运行中出现的报警信息，分为高高限报警（HIHI）、高限报警（HI）、低限报警（LO）、低低限报警（LOLO）、通讯状态报警（COMM）、和开关量报警（COS），报警在未被确认时会闪烁，被确认后显示为静态文本，当报警参数恢复正常后，报警自动消失。报警状态条显示在监控界面的下面，如图3.8：图3.8 报警界面1）报警信息中，“节点名”为iFix服务器的节点名；“标签名”为当前报警参数在iFix数据库中的编号；“状态”表示当前报警的级别，“HIHI”表示超高高限、“HI”表示超高限、“LO”表示超低限、“LOLO”表示超低低限、“COMM”表示通讯中断；“值”是参数的当前值；“描述”是参数名称；“开始时间”和“结束时间”是报警的开始时间和结束时间2）点击“确认所有报警”可以一次确认当前所有的未确认报警3）选择一条未确认报警，然后点击“确认所选报警”可以确认选择的报警4）当报警过多时，可以点击“删除所有报警”3.9 参数曲线参数曲线是调度系统的一个重要组成部分，分为历史曲线与实时曲线，曲线的采样周期与系统的采样周期保持同步，历史曲线记录了系统中所有参数自系统正式运行开始后所有的值变化。其界面如图3.9所示：图3.9 数据曲线界面使用方法：1)点击“选择站点”选择相应的站点 2)点击“实时曲线”选择所选站点的相应参数，然后点击“添加实时曲线”即可添加此参数的实时曲线3)点击“历史曲线”选择所选站点的相应参数，然后点击“添加历史曲线”即可添加此参数的历史曲线4)参数曲线的X轴表示时间，Y轴对应参数的量程5)最多同时显示10条曲线6)不可以连续添加同一条曲线7)将鼠标移动到曲线中间位置的灰色竖线，可以发现系统自动显示竖线时间点的参数值。此时点下鼠标左键并拖动，可以移动竖线，并显示不同时间的参数值。8)对于历史曲线，点击“”可以向后翻一屏9) 对于历史曲线，点击“”可以向后翻半屏，向前翻屏操作相同10)当需要局部放大曲线时，可以使用鼠标在曲线上画出区域，然后松开鼠标即可即将所画区域放大到满屏显示，也可以通过“缩放”区域的设置进行精确缩放。11)曲线显示的时间轴可以任意调整，1小时以内可以点击“5分钟”、“15分钟”、“30分钟”来设置，1小时以上可以在内输入数值，然后点击“刷新”即可，设置完毕后立刻生效12)开始日期和开始时间是针对历史曲线的，可以在内设置，日起格式为“YYYY-MM-DD”，时间格式是“HH24：MI：SS”，设置完毕后，在下一次曲线调用时生效 13)在添加了多条曲线时，点击“多数据值坐标”可以使各曲线的量程（曲线的Y轴）同时显示在界面上14)点击“删除笔”可以删除最早添加的一条曲线3.10 数据查询数据查询是整个调度监控系统数据的统计显示，分为“实时数据”、“AI历史分钟”、“DI历史数据”、“AI历史小时”、“报警数据”、“综合”、“日报表”、“月报表”、“年报表”、“日曲线”、“月曲线”、“年曲线”等功能模块。 （1）实时数据 如图3.10(a)所示： 图3.10(a) 实时数据查询界面 （2）DI历史数据其功能是查询历史任意时间段DI参数的变化，显示信息包括变化前状态、变化后状态、变化发生时间和发生状态变化的参数。界面如图3.10(b)：图3.10(b) DI历史数据查询界面 （3）AI历史数据AI历史数据包括：AI历史分钟、AI历史小时。AI历史分钟的功能是查询任意站点任意参数的历史分钟数据，每5分钟存储一组；AI历史小时的功能是查询任意站点任意参数的历史小时数据，每小时存储一组。数据包括小时平均值、小时最大值、小时最小值、小时整点值。在查询结果中，如“2011-4-8 14：00：00”的结果是2011年4月8日14点到15点的1个小时内的平均值、最大值、最小值，整点值是2011年4月8日14点整时的数据。界面如图3.10(c)：图3.10(c) AI历史数据查询界面3.11 远程控制的实现远程控制主要有电动球阀的具有“开阀”、“关阀”、“停阀”3种操作和电动平板阀的开度设定操作。控制前提：1）阀“本地/远控”处于远控级别；2）阀“手/自动”拨到手动状态；3）站场的“DCC/SCS/本地”控制级别处于DCC；控制及执行流程：1）发出开/关/停阀的命令；2）命令通过通讯系统写入远程的站控PLC；3）命令在PLC中保持30秒，同时在远程的SCS工作站界面上弹出提示框，提示操作员DCC要远程控制，并显示相应的操作指令；4）远程站场操作员点击确认，则指令执行；远程站场操作员点击取消，则指令不执行；如果30秒内操作员没有确认或取消指令，则PLC系统自动取消命令；5）DCC看到反馈后再进行下个指令的执行。3.12 系统特点RTU仪和流量计算仪工作稳定,数据采集和计算精确,系统稳定可靠；各路信号均通过防爆安全栅进行传递，从电气上保障了系统的安全性；计算机和RTU均具备以太网接口，RTU除了和本地计算机联网外，还可以通过另一网口连接调度中心，实现网络的冗余控制；友好的中文界面，操作简单易行。第4章 SCADA系统的维护4.1 系统备份与维护系统备份总体分为两部分，操作系统备份和数据库备份。操作系统备份包括系统及运行于系统之上的各种监控软件，由于系统安装完毕后，各部分所占的磁盘空间基本保持不变，故对于操作系统备份可以采用整体备份；数据库是整个系统的数据中心，其容量随着时间的增长而增长，所占的磁盘空间也会不断增大，故数据库的备份采用周期性备份，并及时删除系统中的旧数据，以保证有足够的空间存储新的数据。系统中的计算机设备分为数据库服务器、操作员站、计量结算工作站，为了保证系统数据的高可靠性，文件格式全部采用NTFS。系统没有设置专用的本备份软件，故采用第三方软件Ghost个人版对操作系统进行备份，备份文件存储在本地硬盘的最后一个分区上，恢复时可以直接使用此软件恢复。4.2 数据库备份数据库的备份应根据数据量的多少而及时调整备份周期。系统数据库采用SQL Server 2000， 系统数据库在设计结构时已经充分考虑到了数据的备份与恢复，历史数据表以年为组，每年产生独自的数据表，这样不但有利于数据查询的数度，更有利于数据的备份，工程师可以在每年的一月将前一年的数据移到磁带机上或其他安全的存储介质上，这样可以释放更多的可用磁盘空间给系统使用，又可以保证系统数据的安全性，下面将讲述如何在SQL Server中实现数据的备份和恢复。操作步骤：“开始程序Microsoft SQL Server企业管理器控制台根目录Microsoft SQL ServersSQL ServerWXSCSAEROTOPSCADA数据库-AEROTOPSCADA”，右击，“所有任务-备份数据库”，如图4.2(a)：图4.2(a) 备份操作图点击进入： 图4.2(b) 备份如图备份栏选择“数据库-完全”，目的栏通过添加按钮选择要备份到的文件夹，重写栏选择“重写现有媒体”，点击确定即可。完成后将生成的文件妥善保存，以备将来查询使用。数据库的恢复过程与备份相同，在右键菜单中选择“还原数据库”。 图4.2(c) 还原数据库“还原为数据库”选项选择AEROTOPSCADA，点击“选择设备”，在弹出的对话框中点击“添加”，弹出另一对话框，“文件名”中选择先前的备份文件，点击确定完成操作。注意：还原操作失败可能导致数据文件的永久性损坏，故非工程师请勿擅自恢复数据库。4.3 系统常见故障分析及注意事项4.3.1 系统常见故障及分析1）系统启动时出现措施1：只有此台计算机出现故障，则问题出在此台计算机，重新拔插一下网线，故障排除。措施2：所有计算机都出现此故障，则问题出在网络或服务器，等5分钟后如果故障依旧，则请示系统管理员。2）系统运行过程中出现措施1：点击“跳过全部”，如果系统正常运行，则属于临时性连接失败。措施2：网络连接故障，检查网线是否松动，与交换机的连接是否正常。措施3：检查DDN专线连接是否正常，如专线连接不正常与电信局联系。3）发出对电动平板闸阀的开关命令，而阀门没有动作措施1：将开度重新设置为“0”，然后再将开度设置为“100”，如阀门动作，故障排除。措施2：操作人员到现场手动操作阀门，直到电动执行机构能够自动开启阀门。4）当报警栏中出现某个站点的某个参数有“COMM”报警分析：如果此站点的其他参数数据显示正常，则可以判断出是此参数的采集出现问题，故障点应该出现在PLC的采集部分，原因可能是现场变送器或流量计算机出现故障或正在维修；措施：到现场察看现场变送器或流量计算机运行是否正常，通信线路是否因施工出现破损。5）当报警栏中出现某个站点的所有参数都有“COMM”报警分析：电信的DDN专线出现故障或本地PLC系统出现故障措施：察看本地PLC工作是否正常，可以通过计算机的Ping命令实现，在站控计算机上点击开始运行输入“cmd”后回车 图4.3 CMD图输入Ping *.*.*.*，如检测顾山的PLC通信是否正常，可输入“Ping 01”如返回“Reply from 01:bytes=32 time200ms TTL=64”，则表示PLC通信正常，如返回“Request timed out”则表示PLC通信不正常或DDN链路通信不正常。用同样的方法可以Ping顾山的路由器网关，即“Ping ”，如返回正常则表明路由器及DDN专线工作正常，可以判断出PLC出现故障；如返回不正常则表明DDN专线工作不正常，给电信部门打电话，检查DDN线路，同样用Ping命令还可以检测本地网络和远程网络的工作状态。6).当因为特殊原因需要对PLC进行断电，操作顺序是面对PLC柜，将开关自右至左依次断开；上点的顺序是面对PLC柜自左至右将开关依次合上，顺序不可颠倒。4.3.2 注意事项1）UPS电源在使用满3个月后需要进行一次放/充电的操作，即断开市电，由UPS直接给设备供电，待电池电量低于30%后，再将市电接入。此操作可以延长电池的使用寿命，也可以检测UPS的后备供电功能是否正常。2）计算机在使用满1年后，建议对计算机内部及外部接口处进行除尘操作，检查散热风扇运转是否正常，以上操作均需在完全断电的状态下完成，在重新供电前检查各处连接是否正确，是否有虚接，设备内部是否完全干燥，检查无误后方可供电。3）计算机担负着系统数据采集、站场设备控制、ESD启动等重要任务，需要一个独立的网络，为保证系统软件不出现兼容性问题，整个系统内并没有安装任何防火墙或防病毒软件，因此不要以任何理由在计算机上接入存储设备，如果必须要接入时，请保证接入的存储介质上没有病毒。4）操作员在使用过程中，应随时检查设备的运行状态，当发生故障时，及时记录，并进行故障归零；系统正常运行过程中不要关闭监控软件，也不要对计算机进行开关操作，严禁强行关机，这样将可能对系统和程序造成无法恢复的故障，给系统带来重大损失。5）在系统的操作过程中，不要高频率的连续点击一个按钮，应该在一次操作后看到了明确的结果（成功或失败）后再进行下一次操作。6）由于大部分监控软件还不支持超线程技术，因此系统中所有的计算机、服务器都应关闭超线程，具体操作在开机后进入CMOS设置，目前系统所有的超线程都已经关闭，如果运行期间设备硬件出现故障，请确保重新进入系统前超线程已经关闭。7）系统使用的液晶显示器属于高端液晶产品，屏幕横容易破损，在进行屏幕清洁时，请首先吹干屏幕上的灰尘，然后使用专用屏幕清洁巾进行清洁。8）系统设有GPS接受设备，保证系统的时钟同步，但PLC柜的时钟同步由监控计算机自动完成，由于系统通讯延时，可能出现PLC时钟与计算机时钟出现误差（3秒以上），此时需要操作员手动为PLC校时，手动校时建议在本地完成，即在顾山使用顾山的SCS工作站为顾山的PLC校时，在末站使用末站的SCS工作站为末站的PLC校时，校
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