SCADA系统在城市燃气行业的应用

李志强

摘要：随着城市用户逐年增长、管线日益增多，为保障管道燃气安全及确保城市用户安全稳定用气，乌鲁木齐自2003年竣工投产SCADA系统项目，SCADA系统是利用GPRS无线及光纤数据传输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。经历17年的发展，SCADA系统从单一的运行监控到全面掌控城市输配体系，其在日常天然气输配运行过程中所起到的功能和作用，也随这输配系统的不断发展而得到了显著提升。

关健词：SCADA系统;组成;调压站;监控;应用;

引言：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，适用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。

1城市燃气SCADA系统概述

1.1系统描述

SCADA的英文是Supervisory Control And Data Acquisition，译成中文就是数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统;它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃氣、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域 。

SCADA系统是一类功能强大的计算机远程监督与数据采集系统，它综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程或设备的实施数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实施监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。

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。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。SCADA系统主要有以下部分组成：监控计算机、远程终端单元（RTU）、可编程逻辑控制器（PLC）、通信基础设施、人机界面（HMI）。

1.2系统特点

一般来讲，SCADA系统指分布式计算机测控系统特指分布式计算机测控系统，

主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控，通常情况下，测控现场是无人或少人值守。

1.3系统原理

为了使整个大庆燃气SCADA系统更可靠安全，容易操作，我们把整个系统分成几个功能层次，见下图。

1.3.1信息层

服务器为2个Sun Solaris Unix机器，互为冗余备份，并安装IA SCADAmaster stations 软件。

1.3.2通讯层

●有线部分（光纤， ADSL）

●无线部分（SCDMA）

有线部分最终接口是RJ-45，固定IP，在同一个网段内。中心和调压站、计量站、调压+计量站的通讯使用SCDMA无线通讯， SCADA系统要求完全透明通道。

1.3.3控制层

控制层由RTU控制单元和站内监控系统两大部分组成。RTU设置在现场，它由CPU模块、IO模块、电源模块、通信模块等组成，可实现对各调压箱、计量箱现场情况的监控。CNG母站、CNG子站和供气门站内均设有由PLC和计算机组成的站控系统，实现对站内数据的事实监控。

1.3.4设备层

这一层由温度变送器、压力变送器、可燃气体报警器和流量计等现场仪表和门禁开关等开关量信号组成传感单元;由各类电动执行机构和继电器输出触点组成控制单元，实现对调压站、计量站、CNG站和门站的现场信号采集及控制指令执行。

2 SCADA系统的组成

2.1无人值守单元RTU

RTU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，RIU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IO模块、数字量IO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- -般由计算机高级语言或梯形图编写，然后下载到CPU模块中。

2.2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。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、-次测量仪表及执行机构，典型配置见图1。工控机通过组态软件完成其功能，HLC的编程采用梯形图。

2.3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城网系统，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。

2.4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： （1）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。

（2）广播方式中心站向所有下级站下发命。

（3）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。

（4）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。

3  SCADA 系统在燃气行业的应用状况

我国于80年代开始引进和开发 SCADA 系统，进入 90 年代后，随着燃气事业在国内的快速发展，很多燃气企业开始这一方面的工作，大多数企业采用国外厂家的 PLC 产品作子站的RTU部分，传输方式多以无线为主，中心控制系统也一定程度上采用了大型关系数据库，实现的功能多是以监测压力点为主。

SCADA系统属中小规模的测控系统。它集中了PLC系统的现场测控功能强和DCS系统的组网通讯能力的两大优点，性能价格比高。所以在燃气行业的管理中，SCADA系统更加经济适用。

SCADA系统包括站控系统（SCS）和远程控制终端（RTU）以及现场仪表，可实现以下功能：

1.1 对燃气温度、压力、流量、可燃气体浓度等参数设指示、记录、报警;

1.2当工艺装置出现异常情况时，可实现紧急自动停车，以保护人员和设备的安全：

1.3对门站、调压站进行视频监控和入侵报警，防止非正常进入：

1.4对各级调压站的工艺多数进行监控，并实现远程控制。

4总结

在我们的应用实践中，信息技术的应用给燃气行业带来很多直接或间接的效益，不仅提高了服务质量和客户满意度，在解决一些技术问题上提供了直接的参考依据，建立先进、可靠、完善的燃气生产指挥（SCADA）系统的优势如下：

1、 对天然气管网和全部站场进行监视、控制，实时掌握站场运行数据，维护生产过程的安全;

2、 及时处理操作报警，避免或降低事故造成的人身伤害、财产损失和环境损坏，以确保用戶（居民、商服及企业单位等）正常、安全用气：

3、 全自动的抄表和记录功能避免了大量的人为操作，在节省劳动力的前提下还提高了数据的可靠性。

4、 本系统还可与其它的计算机应用类系统相连接，实现资源信息共享，从而体现现代化的燃气管理水平。

5、 本系统适用类型广泛，主要适用于城市燃气SCADA系统。对ADSL和SCDMA无线数据传输、远端RTU站数据采集、生产指挥调度中心软件等内容的研究和开发所得的相关技术也可以应用于其它城市管网（如自米水、热网）以及相关数据采集监控系统，有很大的推广价值。

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，一且出现异常，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。

参考文献

[1] 曾力1，张广煜1.SCADA在城市燃气供应中的应用【J】.煤气与热力第22卷第3期，文章编号：1000-4416（2002）03-0264-02

[2] SCADA 系统在燃气行业中的应用

作者简介：李志强，男，1975，新疆呼图壁县人，化学工程专业工程师，研究方向：化学工程安全管理。