【SCADA系统在燃气供应管理中的应用探究7100字（论文）】

SCADA系统在燃气供应管理中的应用研究摘要在燃气输配管网中，各调压箱、计量箱、商服计量间、CNG站等地理位置分散，站场偏远，地域广阔，如采用人工形式对各站（箱）进行监控，逐级汇报的方法，存在着上报数据不及时，设备故障发现不及时等安全隐患。建立SCADA系统，实现对现场生产数据的实时采集与监控和生产过程的调度指挥，对燃气输配、输送过程中进行实时监测和控制，及时发现泄漏事故并处理，按照终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。对天然气管网生产调度部门加强管网运行监控、提高工作效率和工作质量、保障安全生产、辅助生产运行和抢险决策，提高经济效益和社会效益起到了很大的促进作用。关键词：城市燃气，SCADA系统，燃气管网目录TOC\o"1-3"\h\u15487目录 3135841引言 199062SCADA系统的应用和发展趋势 240893SCADA系统的组成 4268933.1无人值守单元RTU 4288713.2有人值守监控站 4275593.3调度中心站 592303.4通信网络及通信方式 587584燃气SCADA系统的主要功能 626435结论 924621参考文献 111引言随着我国国民经济的发展，城市建设的现代化水平也在不断提高，人们对清洁能源的要求也越来越高，21世纪是天然气世纪，天然气作为一种优质高效的能源，是保护大气的最理想燃料，天然气SCADA系统的开发应用，在促进向城市清洁能源转移方面，有着重要的意义。近年来，城市基础设施建设不断增加，为此建立起先进和完善的天然气、供电、供水和地铁及轻轨等大规模监控管理系统需求不断增加，而计算机技术、网络技术、通信技术和自动化水平的提高和发展，为SCADA系统的建设和应用提供了条件，并在城市燃气、供配电，供水，地铁及轻轨大规模监控管理系统正在发挥越来越重要的作用。SCADA较早应用于电力系统的远程监测调试中，后广泛用于石油天然气，给水系统，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。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技术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，对工业进行本地或远程的自动控制，对工艺进行全面、实时监视，并为生产、调试和管理提供必要的数据。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。其主要结构包括：远程控制单元RTU、通讯网络、控制中心站。燃气企业的业务性质与一般的企事业单位有很大的不同，燃气是易燃、易爆、有毒的产品，燃气企业面对着千家万户的服务需求，管理着全市范围内纵横交错的地下管网和大量设备。因此，所研制开发的SCADA系统，必须要为安全稳定供气的严格要求服务，必须要为做好用户服务这个工作宗旨提供现代化的信息管理手段。这就要求燃气企业必须以整体信息化为出发点，将企业运营相关的所有数据进行集中管理，在此基础上针对燃气运营模型的要求，统一规划，构建生产调度、管网运行、营业收费、用户服务等专业应用系统，形成燃气综合管理信息平台。系统建立后，极大程度地改善企业生产调度的运营模式，将以前人工调度模式变为SCADA智能化调度系统，调度中心将实时监控各级监控端站的生产运营情况，对下级数据进行采集和分析汇总，发出控制命令，下级监控端站定时上报本站数据信息，接收来自调度中心的指令，做出具体响应。同时，调度中心利用采集存储数据可以进行用气量的分析和预测，给出指导性意见，从而减少和避免不必要的投资和浪费，节省成本。SCADA系统的建立对提高企业的现代化科学管理水平也有着重要的意义，使企业更好地服务人民、服务社会！我国目前燃气技术目前面临的主要问题：燃气供应调峰能力不足，城市燃气价格上涨。由于近年来气候变化，导致南方冬季气温降低，东北冰雪大风天气直接促使南京、武汉、重庆等城市的气量需求问题，使得我国城市燃气价格持续走高，如广州由于北方冰雪天气的影响，瓶装液化气价格持续上涨，南京、重庆、合肥、武汉等天然气需求矛盾加大。我国天然气技术科技、信息技术投入不足，设备陈旧，供配管网、燃气设备设施技术发展迟缓，与国际先进技术还有一定差距。但也不能盲目的认识，与国际接轨就是简单地引进国外先进技术设备，主要还应该充分发挥市场经济优势，依据国内实际情况，研发引进采用先进的科学技术和去糙取精，使国家和行业标准规范与国际接轨，使我国燃气行业在经营过程中能够取得盈利效益。2SCADA系统的应用和发展趋势快速高度发展我国燃气行业，使燃气行业能够安全平稳、高效运行，就得依靠先进的信息技术，以燃气管网输配系统运行和建设工程中出现的各种问题为基础，对国外的发达国家在在燃气技术发展方面进行调研，学习掌握核心技术，与国内技术进行比较分析，查找不足为国家研究高科技的研究成果，应用于城市燃气行业发展中去，逐步推动燃气产业和燃气设备制造工艺的发展，使国家的燃气技术发展。同时，对于特殊季节和节假日燃气需求大的问题，应该积极研发方案。因此，可以通过以下几种办法：设计开发城市燃气信息技术，突出应该重点研发的有地理信息系统、SCADA系统、抢险应急系统和仿真模拟系统，在科研技术数字化管理方面提高城市燃气管理的科学性，对于北京、深圳等用气需求大的大型城市，能够起到重要的缓解压力作用。建设标准的规范制度。首先要求就是规范制度必须要与国际接轨。建设完善的、合理有效的城市燃气标准化系统，在生产实际过程中能够使企业有法可依、有规可循，管理用户规范用气，减少燃气事故事件的发生，确保城市居民生活用气，重点保障学校、医院等不可间断用气的重点用户；尽量满足出租车需求，对季节性工业用户进行关停，普通工业用户实行限错峰和气量调配。建设城市燃气管网调峰环网，采用LNG、大型球罐等储气方式。根据实际生产需要对调峰措施进行多方面、全方位开发建设，并在使用经济技术性方面进行分析，针对城市天然气的输配状况，用户需求，采用最切合实际的储气调峰方案。随着燃气行业SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，SCADA系统提出新的要求，概括地说有以下几点：SCADA系统与其它系统的广域集成。SCADA系统是燃气行业数字化管理的实时数据源，为地理信息系统共享参数数据。同时在模拟培训系统，地理信息系统中都需要用到燃气场站参数和生产数据，如果没有这些参数数据，其它系统都将成为无源之水。研究课题SCADA系统如何与其它系统的数据共享桥接，成为重要研究方向；目前SCADA系统已经成功地实现了与调度员模拟培训系统、企业GPS系统的连接。SCADA系统与燃气计量系统，地理信息系统、燃气行业调度自动化系统、调度生产自动化系统的集成成为SCADA系统的一个重要研究课题，也是燃气企业数字化管理的必然要求。以RTU箱、计算机服务器为核心，将燃气场站和燃气管网的进出口压力、温度、流量等参数传入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低燃气场站的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。燃气场站的信息技术数字化管理已经成为制约企业安全生产的研究课题，我国英辰公司、天鸿科技公司已在这方面有了一定研究成果。有效利用地理信息系统、领导查询系统、神经网络等新技术，模拟燃气管网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和客户服务系统，由SCADA系统、地理信息系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式，以达到安全、有效地进行燃气气源调度，实现平稳运行的目的。面向对象技术、Internet技术的应用。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OOT运用于SCADA系统是发展趋势。3SCADA系统的组成3.1无人值守单元RTURTU的作用是进行本地的数据采集及发送,完成本地的控制,接受并完成远程控制。进行数据采集时,实时采集本地的相关生产参数,作为一个远程的数据通信单元,将所采集的参数定时或即时(当有故障报警时)发送给上级监控站或中心站。进行本地控制时,作为系统中一个独立的工作站,RTU可独立地完成联锁控制、PID调节、逻辑控制、前馈控制及时序控制等功能。进行远程控制时,可即时接受上级站的远程控制指令,按指令完成本地控制。RTU主要配置有CPU模块、模拟量I/O模块、数字量I/O模块、通信模块、电源、通信设备、机箱、一次测量仪表及执行机构。RTU完成任务流程取决于安装于CPU模块中的程序,CPU的程序一般由计算机高级语言或梯形图编写,然后下载到CPU模块中。3.2有人值守监控站有人值守监控站的作用是进行数据采集、监视及管理,完成本地的控制,下达远程控制指令及完成远程控制。进行数据采集、监视及管理时,实时采集本地生产场所的相关数据,定时或即时接纳下级站的数据,并对其进行监视、打印及管理,定时或即时向上级站发送本地数据。进行本地控制时,作为系统中一个独立的工作站,可独立完成本地的PID调节、联锁控制、反馈控制、前馈控制、逻辑控制及时序控制等调节控制功能。其远程控制功能主要是完成上级站下发的控制指令,对下级站发出控制指令。图3.1有人值守监控站的典型配置有人值守监控站主要配置有工业PC机、可编程控制器(PLC)、通信设备、电源机柜、一次测量仪表及执行机构,典型配置见图3.1。工控机通过组态软件完成其功能,PLC的编程采用梯形图。3.3调度中心站调度中心站的作用是实时采集下级站的运行参数,从而进行负荷分析、优化调度、状态评估、故障预报与分析、计量管理,向下级站下达遥控指令,并完成工况图、统计曲线报表等管理功能。其主要配置有容错小型机、工程师工作站、操作员工作站、通信机、大屏幕投影仪、打印机、平板绘图仪和图形拷贝机等。调度中心站是一个局域网系统,可包含多个工作站和支持网络功能的设备。它的软件支持是组态软件。3.4通信网络及通信方式通信网络采用无线通信、有线通信、光纤通信和卫星通信四种组合。通信方式有以下4种:轮询方式由系统设置一个时间周期,每隔一个时间段,系统进行一次查询,收集中心站所需要的现场数据。广播方式中心站向所有下级站下发命令。控制命令下发方式如下发开、关控制命令修改报警及控制权限,在通信上有较高的优先级。下级站触发通信方式包括事件触发方式,突发传输方式以及下级站在事故或非正常状况下向中心站突发数据。4燃气SCADA系统的主要功能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。为满足对城市燃气生产过程的调度指挥，建立数字化，信息化城市，需要建立可靠的城市燃气SCADA生产指挥系统。国内各主要燃气企业如北京、武汉、上海、徐州、绍兴都在有计划地推进或完成了生产调度指挥系统的建设。在燃气入户工程的迅速发展的环境下，目前，在城市燃气输配管网中，各调压箱、计量箱、商服计量间、CNG站地理位置分散，站场偏远，地域广阔，而且对各站（箱）的监控仍采取人工记录，逐级汇报的方法，所以存在着上报数据不及时，发现事故不及时等安全隐患。基于此情况，建立一套SCADA系统来满足对生产过程的调度指挥，将会实现对现场生产数据的实时采集与监控、保证安全平稳供气、完善应急供气方案。燃气SCADA系统的主要功能:图4.1SCADA功能图1.对各站数据的实时采集，处理和存储；2.实时和历史数据趋势图，棒状图和其它画面显示；3.对现场工艺变量，全线工艺设备运行状态进行监视；4.报警和事件管理；

5.通信通道监视及管理；

6.SQL/ODBC关系数据库链接，将SCADA系统实时数据库数据按要求写入历

史数据库，供其他系统使用；7.参数敲定画面；

8.系统自诊断；

9.安全保护功能，可设置不同安全区和安全级别，用户可以建立不同的安

全功能区，和不同的功能级别；10.SCADA系统在接口设计上应具备从共他系统(如GIS，CIS等)获取数据和

向其他系统(如GIS，管网仿真系统等)提供数据的功能，以便系统功能的扩展；

11.能根据实时数据，观看在扩展期内的发展趋势，至少可同时显示出4个

趋势且每10秒扫描一次(扫描频率可调节)，图形显示要求和历史数据显示一致且每10秒扫描一次(扫描频率可调节)，哪一个模拟量要显示趋势，由操作员根据标志或其他键盘输入确定，在要求时间段显示；12.对于预设的重要事件，系统可发出声、光报警，并预留能向特定人员发

出短信通知的接口，以便系统扩展；

13.系统可嵌入Webserver，页面可以使用Web浏览器显示浏览，支持图形

显示和链接功能。调度中心是城市燃气输配管网SCADA系统的控制中枢，它对燃气管网生产运行情况进行监控和管理，对工艺对象进行数据采集，对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。设计的控制中心主要功能要求如下：1）各站点的数据汇集和处理2）工艺流程的动态显示3）下达调度和操作命令4）报警显示，管理以及事件的查询，打印5）实时数据的采集，归档，管理以及趋势显示6）历史数据的管理，存贮；生产统计报表的生成和打印7）模拟培训，管网在线仿真8）对全系统进行时间同步，控制权限的确定9）流量计算管理，优化调度管理10）管网输配管理，管道泄漏检测和定位11）通讯系统监视及管理和主备信道的无扰切换12）网络监视及管理，系统诊断，故障分析及处理13）紧急切断和安全保护14）实现与企业信息管理系统(MIS)，ERP，MRPII等系统的连接和数据交换15）实现与上级计算机网络的通信及数据共享等在SCADA系统中通信系统显得非常重要，可以看成SCADA系统的神经系统。负责整个系统的数据信息传输，通信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系统的通讯系统可以是有线通信系统、无线通信系统和网络通信系统。有线的范畴很广，常用的包括电话线、音频电缆、电力载波、同轴电缆、光纤等，这里的有线指的是要有介质连接而且不经过网络协议而直接进行SCADA协议的通讯方式，常用的包括以太网、ADSL、CABLEMODEM等。无线通信常用的包括无线电台、微波通讯和卫星通讯、GPRS/CDMA等。网络通信方式在无线方式上常用的包括ZIGBEE，无线以太网等。SCADA系统通信方式的设计采用CDMA方式，门站和调度中心预留VPN，调压站、管网监测端站、工福户监测端站都通过CDMA方式与调度中心进行通讯，可以实现数据终端永远在线，实时时钟，透明数据传输与协议转换，支持虚拟数据专用网，支持点对点、点对多点、中心对多点等数据传输，支持多数据中心，短消息数据备用通道，支持RS-232/422/485接口，支持音频接口，能够通过XMODEM协议进行软件升级，支持空中软件升级，抗干扰、能够在电磁环境恶劣的情况下工作等功能。远程控制终端RTU是SCADA系统的基本组成单元，一种直接连接到现场各种工业设备的开放的远程控制终端，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。RTU一般包括通讯处理单元、开关量采集单元、脉冲量采集单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元，开关量输出单元和脉冲量输出单元等。RTU是一个真正开放的、易于集成的系统。一个RTU可以有几个，几十个或几百个I/O点，可以放置在测量点附近的现场。本次设计的RTU具备以下功能：数据采集及处理功能，数据传输（网络通信）功能，PID控制功能或逻辑控制功能，流量累计功能，具备实时时钟和内存，内存具有掉电保护功能，设有各种故障报警功能。门站监控系统采用了德国西门子PLC，适合于恶劣的环境下工作，设计用梯形图进行编程，实现就地故障判断和保护控制，实时性高。而且，今后工艺或功能要求变化后，可以通过修改软件来实现，适应性强。SCADA系统软件是基于MicrosoftWindows操作系统平台的软件，组态简单方便，较容易掌握。历史数据库采用中文版MicrosoftSQLServer软件，通过配置完成历史数据的存储备份。系统软件具有：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能。数据库分实时数据库和历史数据库，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SQLServer2000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，通过固定IP地址或域名就能查询。5结论利用SCADA生产指挥系统，有效监督管理管网运行，不断提高生产指挥效率。监控管网运行压力、场站工艺参数，发现场站运行、管网输送异常能够及时报警、第一时间处理，避免生产事故事件发生，保护用户和员工生命财产安全，避免企业经济损失，履行企业责任，树立良好社会形象。通过SCADA生产指挥系统及时发现管网运行压力异常，与上游供气单位沟通协调调整供气压力，有效避免用户停气事件；对场站设备设施动态进行监控，站内设备设施出现故障能够及时停机处理；统计生产数据，实现生产数据第一时间准确上传至系统并能够自动生成，为指挥生产提供科学依据；SCADA系统于地理信息系统、收费系统、客户服务等系统数据共享，为上述技术信息系统提供基础数据和参数，保障其他系统的高效运行。参考文献杨国强.论SCADA系统在延炼——西安成品油管道工程中的应用