郭存剛 史堃

摘 要 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA），是工業(yè)自動化行業(yè)生產(chǎn)過程中的重要組成部分;在天然氣生產(chǎn)調(diào)度指揮中，SCADA系統(tǒng)具有極其重要的作用。本文按照某天然氣管網(wǎng)公司實際應用案例進行編寫，淺談SCADA系統(tǒng)在天然氣生產(chǎn)調(diào)度指揮中的應用。

關(guān)鍵詞 SCADA;數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng);數(shù)據(jù)支撐;安全保障

前言

隨著中國能源工業(yè)發(fā)展迅速，天然氣作為一種清潔、高效的能源，漸漸取代煤炭、水煤氣在工業(yè)生產(chǎn)、居家生活中的地位。但天然氣作為易燃易爆炸氣體，具有流動性，城市燃氣管網(wǎng)遍布整個城市，為保障城市與居民安全，現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition以下簡稱SCADA）便成為天然氣生產(chǎn)調(diào)度指揮中的重要組成部分。

（1）天然氣生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)

天然氣管網(wǎng)公司作為整個燃氣管網(wǎng)的生產(chǎn)與安全的管理者，需實時監(jiān)控下轄各站點（門站、調(diào)壓站、閥室、燃氣管道等）的各項數(shù)據(jù)，因此一套完整的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心系統(tǒng)在天然氣行業(yè)是必不可少的。

天然氣生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)由生產(chǎn)網(wǎng)調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、調(diào)度中心呼叫系統(tǒng)組成。

（2）SCADA系統(tǒng)建設(shè)條件

天然氣管網(wǎng)公司建立完善的監(jiān)控中心SCADA系統(tǒng)，需將天然氣各門站、調(diào)壓站、閥室中的儀器儀表最大限度的統(tǒng)一接入PLC控制器中，保證設(shè)備數(shù)據(jù)全面，最終可實現(xiàn)閉環(huán)控制。在各門站、調(diào)壓站內(nèi)配置上位機軟件獨立采集站內(nèi)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控，保證在突發(fā)事件發(fā)生時，站內(nèi)可以自行處置。監(jiān)控中心SCADA系統(tǒng)設(shè)置最高權(quán)限，可直接連接各站的PLC控制器，進行數(shù)據(jù)采集、設(shè)備操作。監(jiān)控中心以SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基準，建立完善的數(shù)據(jù)報警機制，保障生產(chǎn)與居民人身安全。

1SCADA系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)安全措施

1.1 整體結(jié)構(gòu)

SCADA系統(tǒng)由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、監(jiān)控中心應用層三部分組成。

（1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層。主要將天然氣工藝管道上的各個閥門、傳感器數(shù)據(jù)接入PLC控制器中，使用標準通信協(xié)議，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過TCP/IP的通訊方式傳送給上位機軟件。設(shè)置PLC控制器數(shù)據(jù)多向傳送模式，既將數(shù)據(jù)提供給站內(nèi)，又將數(shù)據(jù)提供給控制中心。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)方式將數(shù)據(jù)上傳。因天然氣數(shù)據(jù)的重要性，應首先考慮通過光纖傳輸數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)控中心應用層。通過監(jiān)控中心人機界面，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、存儲、分析、集中展示，并將數(shù)據(jù)單向推送至辦公網(wǎng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，再由生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)讀取調(diào)用。

1.2 硬件網(wǎng)閘保證系統(tǒng)安全

系統(tǒng)中心軟件經(jīng)由有線網(wǎng)絡(luò)直接對各站內(nèi)PLC控制器進行控制，為了數(shù)據(jù)通信格式的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)安全，現(xiàn)場PLC控制器上端需增加工業(yè)防火墻。生產(chǎn)網(wǎng)監(jiān)控中心通過單向隔離網(wǎng)閘，將數(shù)據(jù)單向推送至辦公網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，起到保證網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)安全作用。

1.3 軟硬件結(jié)合保證數(shù)據(jù)完整性

系統(tǒng)使用實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的模式，使用磁盤陣列，保證數(shù)據(jù)存儲。采用故障轉(zhuǎn)移群集的冗余機制，當某臺服務(wù)器上發(fā)生故障時，資源會重定向到群集中的另一臺服務(wù)器，工作量也會重新分發(fā)到群集中的該服務(wù)器上，確保用戶可以一直瀏覽服務(wù)器中的數(shù)據(jù)資源[1]。

2監(jiān)控中心人機界面的設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

為保障SCADA系統(tǒng)完整性，需完善燃氣輸配管信息的采集、存儲、管理和利用。從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的分散控制和集中管理。通過數(shù)據(jù)報警信息加快生產(chǎn)系統(tǒng)的故障和異常處理，提高全系統(tǒng)通信異常、設(shè)備報警的反應處理能力，為進一步加強企業(yè)生產(chǎn)管理提供數(shù)據(jù)支撐和安全保障。

2.2 人機界面功能與作用

監(jiān)控中心SCADA系統(tǒng)人機界面設(shè)計以分布式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)置工程師站與操作員站，將現(xiàn)場設(shè)備的實際情況制作成平面工藝圖，通過實時監(jiān)控現(xiàn)場各站模擬畫面及燃氣輸配管，企業(yè)用戶可以直觀、清晰的查看各站的運行情況與各項數(shù)據(jù)。實現(xiàn)以報表、曲線、餅圖、柱圖等方式對數(shù)據(jù)進行查詢與分析。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)限值報警、閥門開關(guān)狀態(tài)報警等功能，保障生產(chǎn)安全，有效減小因故障導致電動閥門打開或者關(guān)閉造成的損失，可以讓現(xiàn)場人員第一時間排查設(shè)備故障。在用戶管理方面，為了防止用戶對閥門誤操作，造成不必要損失或人身傷害，本系統(tǒng)使用特殊用戶安全管理機制，每次操作前需要進行閥門用戶登錄，并保存用戶操作記錄，做到實時顯示[2]。

3SCADA系統(tǒng)的拓展性

SCADA系統(tǒng)具有良好的功能擴展性，它可以通過特定協(xié)議將數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，同時可開放二次開發(fā)接口供軟件人員進行功能增加，可實現(xiàn)GIS地圖繪制、攝像頭硬盤錄像機視頻展示、可拓展自動發(fā)送數(shù)據(jù)報警E-mail、短信、撥打電話等功能。

4結(jié)束語

天然氣調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)是一個集數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過程監(jiān)控、硬件安全檢查為一體的現(xiàn)代化、科學化生產(chǎn)系統(tǒng)。為企業(yè)提供及時、準確和可靠的運行數(shù)據(jù)，方便企業(yè)建立生產(chǎn)模型，為企業(yè)領(lǐng)導提供決策依據(jù)，保證燃氣系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)、高效和經(jīng)濟地運行，提高調(diào)度管理的自動化、信息化，通過對各項數(shù)據(jù)的綜合監(jiān)管，有效的消除信息孤島和節(jié)能死角，優(yōu)化管理，降低運行成本，幫助企業(yè)實現(xiàn)安全可持續(xù)發(fā)展的目標。

本文淺談SCADA系統(tǒng)在天然氣生產(chǎn)調(diào)度指揮中的作用及功能，愿為我國天然氣行業(yè)獻出一份微薄之力。

參考文獻

[1] 王魁軍. SCADA系統(tǒng)在昆侖燃氣的開發(fā)建設(shè)和應用[D].大慶：東北石油大學，2016.

[2] 白慶林，張培山，張林江，等.城市燃氣SCADA及信息管理系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀表，2009，24（4）：47-50.