摘　要：將SCADA系統(tǒng)作為燃氣管網調度管理自動化的解決方案，分析了SCADA系統(tǒng)中調度中心的結構、功能設計。

關鍵詞：SCADA系統(tǒng)；　調度中心；  結構；　功能；  系統(tǒng)接口

Design of Dispatching Center of City Gas SCADA System

Abstract：The SCADA system is used as a solution of dispatching management automation of gas pipe network．The structure and function design of dispatching center in SCADA system are discussed．

Keywords：SCADA system；dispatching center；structure；function；system interface

1　概述

從20世紀80年代開始，SCADA系統(tǒng)在燃氣行業(yè)得到了廣泛的應用。它可以進行現(xiàn)場數據的實時采集，對現(xiàn)場進行本地或遠程自動控制，對工藝流程進行全面、實時監(jiān)視，并為生產、調度和管理提供必要的數據^[1]。SCADA系統(tǒng)主要由調度中心、現(xiàn)場監(jiān)控站點和通信系統(tǒng)組成。調度中心主要由計算機系統(tǒng)組成，包含SCADA服務器、SCADA工作站和通信服務器等；監(jiān)控站點設備平臺由RTU組成，實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表參數的實時監(jiān)控^[2]；調度中心與監(jiān)控站點通過通信系統(tǒng)進行監(jiān)控參數和指令的信息交換，通信服務器負責監(jiān)控數據集中和通信管理。監(jiān)控數據由SCADA服務器集中處理、儲存，工作站上運行調度操作軟件，將監(jiān)控信息以入機界面方式表現(xiàn)出來，供生產調度人員使用^[3]。

因調度中心是SCADA系統(tǒng)中最為重要的組成部分，本文對SCADA系統(tǒng)中的調度中心做著重介紹。調度中心是由SCADA服務器、操作員工作站、工程師工作站、通信服務器等組成的計算機網絡系統(tǒng)^[4-5]。調度中心接收管網中所有現(xiàn)場監(jiān)控站點采集的數據，對各個站點的運行工況進行實時監(jiān)視，掌握整個管網的運行狀況，并根據管網參數及時調整運行工況，傳輸各種數據和信息，完成采集數據的處理、顯示、入庫以及與燃氣公司其他系統(tǒng)的信息集成^[6]。

2　調度中心系統(tǒng)設計

2．1　系統(tǒng)結構

調度中心是整個SCADA系統(tǒng)的調度指揮中心，操作人員在調度指揮中心通過計算機系統(tǒng)即可完成對整個城市燃氣輸配管網的監(jiān)控和運行管理等任務。調度指揮中心配置SCADA服務器、通信服務器、數據庫服務器、專線接入路由器、核心交換機、操作員工作站、工程師工作站等設備，并通過局域網相連，系統(tǒng)結構見圖1。

圖1中，通信服務器用于接收各個現(xiàn)場監(jiān)控站點采集的數據，并將數據存入數據庫服務器的數據庫中，數據庫服務器儲存實時數據，并記錄歷史數據以便數據查詢與歸檔功能的實現(xiàn)。SCADA服務器從數據庫服務器獲取各個現(xiàn)場監(jiān)控站點所采集的數據，實現(xiàn)調度中心系統(tǒng)的主要功能，其中配置備用SCADA服務器用于實現(xiàn)熱備切換功能。通過配置KVM切換機，用戶使用一套鍵盤、鼠標、顯示器即可操作多臺服務器，實現(xiàn)在多臺服務器之間進行切換。操作員工作站用于實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控界面顯示、參數顯示、系統(tǒng)調度命令下發(fā)等操作。工程師工作站用于實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的修改、維護、系統(tǒng)配置等工作。GPS授時系統(tǒng)從GPS衛(wèi)星上獲取標準時間信號，將其通過接口傳輸給調度中心系統(tǒng)中需要時間信息的設備(通信服務器、數據庫服務器等)，達到整個系統(tǒng)的時間同步，避免系統(tǒng)中各個設備之間因時間偏差引起的數據記錄不準確等問題。

2．2　調度中心功能設計

調度中心接收現(xiàn)場監(jiān)控站點PLC采集的數據，主要完成燃氣廠站的實時數據采集和處理、各站工藝流程的動態(tài)顯示、報警管理、數據歸檔、在線組態(tài)、熱備切換、通信管理、系統(tǒng)管理以及設置、記錄、報表生成及打印等輔助功能，如圖2所示。通過彩色顯示器可直觀地顯示全站各工藝流程段的實時工況、各工藝參數的趨勢畫面，使操作人員及時掌握全站運行情況，以實現(xiàn)整個燃氣管網的優(yōu)化、經濟、合理、可靠地運行。

2．2．1實時數據采集和處理

調度中心SCADA服務器可實時采集相應的遠程終端調壓站的運行參數，從而實現(xiàn)對管網和工藝設備的運行情況進行自動、連續(xù)的監(jiān)視管理。其中系統(tǒng)對每個遠程終端站的輪詢、自報時間可以設定，每個站點最小通信時間為1s，經驗值為3s，可根據實際情況調整，無設定上限。系統(tǒng)通過通信網絡實時采集管網運行參數數據，對各種燃氣參數進行統(tǒng)計分析、儲存及打印，對越限數據進行報警，以便決策人員根據系統(tǒng)提供的參數信息進行實時調度處理。

2．2．2各站工藝流程動態(tài)顯示

操作員工作站和工程師工作站通過以太網與SCADA服務器進行數據交換，將系統(tǒng)采集的數據以直觀、友好的圖形方式表現(xiàn)給用戶。顯示界面主要包括：管網圖動態(tài)實時顯示，重要站點工藝流程圖動態(tài)實時顯示，站內設備布置圖的動態(tài)顯示，實時及歷史趨勢圖顯示。

2．2．3報警管理

系統(tǒng)具有報警和報警處理的功能，報警功能對于系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，及時發(fā)現(xiàn)并清除隱患具有巨大的意義。所有報警信息都儲存在數據庫中，可以查詢、打印及顯示。查詢可以按照時間、參數名稱、站類型等多種條件組合實現(xiàn)，報警數據的儲存時間由數據所在磁盤空間決定，可以隨時根據需要對報警數據進行刪除或備份處理。

2．2．4數據歸檔

①數據儲存歸檔

對系統(tǒng)采集的數據實現(xiàn)按一定時間間隔進行儲存，儲存間隔按照實際需求設定，目前國內SCADA系統(tǒng)的經驗設定值為5min(實時數據)和1h(統(tǒng)計數據)。歷史數據的儲存時間完全由硬盤物理空間決定，本系統(tǒng)設計的硬盤空間至少可以保證歷史數據儲存10a。

②數據查詢和輸出

系統(tǒng)提供豐富的數據查詢功能，包括實時查詢、分鐘間隔歷史數據查詢、小時整點數據查詢、小時統(tǒng)計數據查詢、報警歷史數據查詢、操作記錄數據查詢、日報表查詢、月報表查詢、年報表查詢、閥門開關狀態(tài)歷史查詢、各個站點橫向對比查詢、各類統(tǒng)計及實時曲線查詢等，所有查詢都可以按照Excel標準格式儲存或打印輸出，保證歷史數據的二次利用。具有以上多種間隔的歷史數據儲存，可以有效地保證SCADA系統(tǒng)為管網GIS、OA、調度指揮等系統(tǒng)提供基礎分析數據。同時統(tǒng)計報表生成和打印，保證在SCADA系統(tǒng)內各處生成的報表中的數據完全相同。

2．2．5在線組態(tài)

系統(tǒng)可以對遠程終端站的量程、報警上下限、報表格式等內容進行設置，使系統(tǒng)根據實際情況靈活、方便地運行。所有的設置均在線完成，不影響系統(tǒng)的正常運行。

2．2．6熱備切換

SCADA服務器采用雙機熱備方案，故障切換時間≤l0s，切換由系統(tǒng)自動執(zhí)行，無需人工干預。

2．2．7通信管理

系統(tǒng)自動統(tǒng)計出每個站點韻叫通率，并儲存到數據庫。系統(tǒng)管理人員可查詢不同時段、不同站點的通信成功率，隨時掌握系統(tǒng)通信狀態(tài)，保證系統(tǒng)通信穩(wěn)定。

2．2．8系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理功能主要實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)中調度中心的各項管理功能以及輔助功能，具體設計包括以下功能：

①輸配管網管理，動態(tài)分析；

②與輸配管理系統(tǒng)保留接口，實現(xiàn)調度和控制命令的遠程下達；

③設置多級控制權限，每個權限分別設置口令保護；

④對全系統(tǒng)進行時鐘同步，確保系統(tǒng)數據的一致性與可靠性；

⑤調度中心向下對廠站計算機及RTU設備進行時鐘同步，確保數據采集時間的準確性；

⑥網絡監(jiān)視及管理，對系統(tǒng)的網絡設備提供網絡監(jiān)視功能，隨時了解整個網絡的運行狀態(tài)；

⑦通信信道監(jiān)視及管理，提供整個系統(tǒng)的通信監(jiān)視功能，可以實時統(tǒng)計出任何一個站點的通信叫通率、間隔中斷時間、連續(xù)中斷時間等信息，以便對通信信道進行優(yōu)化。

2．2．9系統(tǒng)接口

SCADA系統(tǒng)、管網地理信息系統(tǒng)(GIS)、巡線車輛調度GPS系統(tǒng)均為燃氣公司生產業(yè)務管理主線中的重要分支，都與燃氣管網有著密切的聯(lián)系，三者之間存在著諸多的關聯(lián)。因此，SCADA系統(tǒng)調度中心應設計預留與管網地理信息系統(tǒng)(GIS)、巡線車輛調度GPS系統(tǒng)的接口功能。

①與管網地理信息系統(tǒng)的接口

管網地理信息系統(tǒng)(GIS)需要與SCADA系統(tǒng)進行數據資源的共享與交換。為了做到數據資源的共享，通過編寫調度中心與GIS的接口模塊，完成SCADA系統(tǒng)與GIS的通信，使GIS可以動態(tài)訪問用戶數據、SCADA數據信息，并在GIS中進行定位顯示，使GIS進入動態(tài)管理的階段，使管網管理人員可以實時得到最新的管網信息及其相關輔助信息。

GIS和SCADA系統(tǒng)的接口主要有兩種方式，一種是在SCADA系統(tǒng)數據庫開放的情況下，直接訪問SCADA系統(tǒng)的數據庫，在設定時間間隔內，GIS定時訪問SCADA系統(tǒng)的數據庫，獲得監(jiān)測數據，將監(jiān)測數據直接儲存到GIS數據庫中，并進行屏幕顯示。另一種方式是SCADA系統(tǒng)的數據庫對外保密，需要SCADA系統(tǒng)的設計人員編寫對外服務接口，GIS通過調用SCADA系統(tǒng)的對外服務接口來獲得監(jiān)測數據。

②與車輛調度GPS系統(tǒng)的接口

對調度員來說，在沒有GPS衛(wèi)星定位的情況下，巡線車輛發(fā)出去以后，并不知道所發(fā)出車輛的實時位置信息，因此很難根據車輛的實際巡線情況進行有效的調度。借助GPS車輛調度指揮系統(tǒng)，調度人員可以掌握詳細的車輛動態(tài)信息，從而實現(xiàn)高效、科學的調度決策。本調度中心系統(tǒng)設計預留與車輛調度GPS系統(tǒng)的接口，在后續(xù)的系統(tǒng)升級中可以通過增加WEB發(fā)布服務器將獲得的車輛信息以網頁的方式發(fā)布，保證車輛使用的有效性、及時性和可控性。

3　系統(tǒng)運行效果

調度中心系統(tǒng)運行的部分主要界面如圖3～4所示。

圖3和圖4分別為各站工藝流程動態(tài)顯示功能中的站內工藝流程圖和歷史曲線圖，可分別實現(xiàn)重要站點工藝流程圖動態(tài)實時顯示和歷史趨勢圖的顯示。

4　結語

本文以SCADA技術為基礎，結合城市燃氣管網的具體情況，進行了SCADA系統(tǒng)中調度中心的結構與功能設計。在整個系統(tǒng)的開發(fā)過程中，須充分結合城市燃氣輸配工藝、燃氣管網和廠站的設備特性。調度中心系統(tǒng)能較好地實現(xiàn)集中監(jiān)控任務，使燃氣管網的正常運行及調度管理有了良好的保障，為公司管理層提供了燃氣管網的大量信息，可使企業(yè)的管理水平和效率得到進一步的提高。

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本文作者：朱海燕

作者單位：唐山市燃氣集團有限公司