郭立軍

摘要：本文簡要介紹了秦皇島市天然氣管網(wǎng)及設(shè)施發(fā)展情況，為提高全市的燃?xì)夤芫W(wǎng)及設(shè)施的管理水平，從SCADA系統(tǒng)簡介、系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)及功能和實(shí)際應(yīng)用三個方面對全市燃?xì)鈹?shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）做了分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 應(yīng)用分析

0 引言

本市作為沿海旅游城市，對于城市環(huán)境要求較高。天然氣是一種無毒、清潔的能源，它的引進(jìn)非常有利于改善我市的空氣質(zhì)量。我市現(xiàn)有燃?xì)夤芫W(wǎng)是高中低壓三級管網(wǎng)，管網(wǎng)約1500km，居民供氣達(dá)20萬戶，年供天然氣約2.5億Nm3，城市氣化率約為90%，極大的方便了城市居民的生活。本市市區(qū)地理位置的特點(diǎn)是沿渤海帶狀發(fā)展，市區(qū)之間需要城市高壓管網(wǎng)連接，各區(qū)內(nèi)發(fā)展局部的區(qū)內(nèi)管網(wǎng)，形成了高中低壓三級管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，隨著氣化區(qū)域的增大，管網(wǎng)的復(fù)雜程度也隨著增加，這就要求一個先進(jìn)的系統(tǒng)來管理日益增大的管網(wǎng)和燃?xì)饨?jīng)營市場。

1 燃?xì)鈹?shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)簡介

城市要更好的利用天然氣資源，對其輸配管網(wǎng)的安全性、高效性都有很高的要求。目前隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)自動化控制水平的不斷提高，對現(xiàn)在復(fù)雜的城市多級管網(wǎng)的監(jiān)控、管理就需要智能化的系統(tǒng)。對于管網(wǎng)運(yùn)行時的各項(xiàng)參數(shù)能夠及時、準(zhǔn)確的采集到系統(tǒng)中，系統(tǒng)能夠自動處理所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，并對管網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的不正常的情況發(fā)出警告，做出自動控制，避免事故的發(fā)生。管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)全部存儲到計算機(jī)中，以便查詢。

2 針對本市的天然氣多級管網(wǎng)系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 以管理中心為核心，依托各站點(diǎn)的站控系統(tǒng)，采用星形的結(jié)構(gòu)，把原有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、門站、儲配站、調(diào)壓站、加氣站、工業(yè)用戶、辦公局域網(wǎng)連成一套系統(tǒng)。把全市的管網(wǎng)和設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。

2.2 系統(tǒng)功能簡介 ①門站。門站是天然氣進(jìn)入城市的第一關(guān)，完成天然氣的計量和調(diào)節(jié)進(jìn)入城市高壓管網(wǎng)的壓力等一些關(guān)鍵性的工作。對于門站調(diào)壓器的控制可確保城市高壓管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定性。②液化天然氣儲配站。儲配站是調(diào)節(jié)城市用氣波動的關(guān)鍵設(shè)施，為保障城市用氣的穩(wěn)定，其擁有液化天然氣低溫儲罐等儲氣設(shè)施來調(diào)節(jié)用氣高峰時的波動。對各種設(shè)備的壓力、溫度、開關(guān)等的監(jiān)控需要精密、及時、準(zhǔn)確的完成。③調(diào)壓站。調(diào)壓站是調(diào)節(jié)城市多級管網(wǎng)壓力平衡的重要設(shè)備。通過調(diào)節(jié)各調(diào)壓站的壓力可保障不同級別的管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。通過對各中高壓、中中壓調(diào)壓站的壓力、門開關(guān)等數(shù)據(jù)的監(jiān)控，可以有效的保障管網(wǎng)的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。它通過站點(diǎn)內(nèi)RTU采集到數(shù)據(jù)信息，用無線傳送的方式傳送給管理中心，管理中心可以遠(yuǎn)程監(jiān)控各調(diào)壓站。④各工業(yè)用戶。根據(jù)我市市場調(diào)查的情況，工業(yè)用戶用氣量將占總用氣量的80-90%，工業(yè)用戶用氣量很大，所以對每個工業(yè)用戶的專用管線的監(jiān)控和管理也是十分重要的。這些大用戶通過系統(tǒng)監(jiān)控管理?？蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計量、遠(yuǎn)程控制、泄漏報警、故障報警等一些功能，提高經(jīng)營管理的水平，同時可提供安全的監(jiān)控服務(wù)，保證供氣安全，可以對故障及時、準(zhǔn)確的排除。⑤加氣站。加氣站是本市天然氣汽車加氣的重要設(shè)施。目前，本市天然氣汽車主要是公共交通系統(tǒng)使用。加氣站的穩(wěn)定運(yùn)行保障著全市公共交通系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)，把各個加氣站站內(nèi)站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，及時掌握和調(diào)度各加氣站的運(yùn)行。⑥管理中心。管理中心是對整個管網(wǎng)的監(jiān)控中心，所以的重要設(shè)備都進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，對所以數(shù)據(jù)進(jìn)行備份管理。調(diào)度站可根據(jù)獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)調(diào)度整個管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。圖檔工作站可以提供城市管網(wǎng)圖像信息，為更加直觀的了解整個管網(wǎng)。服務(wù)站可提供各種經(jīng)過整理的信息，供各個單位查詢。工程師站管理整個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。管理中心具有各種數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、業(yè)務(wù)報表、系統(tǒng)維護(hù)等功能。公司各辦公單位可通過辦公網(wǎng)絡(luò)查詢管理中心提供的各種信息，信息的共享可以提高各部門的工作效率，提高公司的管理水平。

3 數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

本系統(tǒng)為燃?xì)夤芫W(wǎng)和生產(chǎn)監(jiān)控及管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要完成全市管網(wǎng)及設(shè)施的監(jiān)控管理，對天然氣高中低壓三級管網(wǎng)、燃?xì)庹{(diào)壓設(shè)施、加氣站等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理。并實(shí)現(xiàn)整個公司的客戶服務(wù)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、決策支持管理、設(shè)備檔案管理、查詢統(tǒng)計等功能。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計原則 該系統(tǒng)具有高可靠性、穩(wěn)定性、和靈活性，以保證生產(chǎn)安全可靠的運(yùn)行。

系統(tǒng)采用的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有世界先進(jìn)技術(shù)水平，并且經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)證明其安全、實(shí)用的產(chǎn)品。

站控系統(tǒng)的硬件和軟件的可利用率達(dá)到99.99%。系統(tǒng)同時完成打印、編程、畫面顯示時，實(shí)時采集系統(tǒng)不能被中斷。

站控系統(tǒng)中重要的部位為冗余設(shè)置。當(dāng)發(fā)生故障時，能夠自動進(jìn)行切換，為運(yùn)行管理提供可靠的保障，以保證系統(tǒng)正常、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行工作。

3.2 系統(tǒng)描述 本系統(tǒng)包括以下組成部分：

采用BB公司ControlWave 系列控制器用于門站、儲配站、調(diào)壓站、加氣站系統(tǒng)過程控制單元PLC對站內(nèi)生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集、存儲與處理。

系統(tǒng)過程控制單元PLC選用BristolBabcock公司的ControlWave系列控制器。實(shí)時采集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)和重要的工藝參數(shù)并將所采集到的數(shù)據(jù)儲存在機(jī)架上的處理器中。

BristolBabcock公司的ControlWave控制器組態(tài)軟件ControlWave Designer工作在基于32位的Windows系統(tǒng)，軟件編程支持復(fù)制、粘貼、自定義工具欄、快捷方式、I/O仿真、程序離線測試、程序打印等操作，同時軟件編輯器提供各種操作的向?qū)椭梢允共僮髡呷菀椎耐瓿扇纾篒/O的組態(tài)、函數(shù)和功能塊的添加刪除、關(guān)鍵字的添加、變量和數(shù)據(jù)類型的定義等工作。

以下是生產(chǎn)監(jiān)控及管理系統(tǒng)主要設(shè)備的介紹：

①PLC-ControlWave Micro。CW系列中的ControlWave Micro是集成了PLC，RTU和PAC 的優(yōu)點(diǎn)與一體的可編程混合控制器，從小規(guī)模、中等規(guī)模的應(yīng)用到大規(guī)模的應(yīng)用場合都能使控制系統(tǒng)性能達(dá)到最大化。具有強(qiáng)大的通信能力：支持撥號、以太網(wǎng)、無線、專線、衛(wèi)星、光纖等通訊方式，支持包括Modbus RTU、Modbus ASCII、Modbus TCP/IP、DNP3 、OPC等通訊協(xié)議，方便連接第三方智能設(shè)備?？刂破髦С謱?nèi)存模塊、I/O模塊、CPU模塊、通信模塊、電源模塊等進(jìn)行診斷，將有故障單元的信息發(fā)送至調(diào)度控制中心。

②PLC/RTU組態(tài)工具。OpenBSI （Open Bristol System Interface） 是用于BB產(chǎn)品（NETWORK3000、CONTROLWAVE、流量計算機(jī)）的網(wǎng)絡(luò)通訊維護(hù)及實(shí)用工具軟件包。這些介于通訊層的應(yīng)用軟件統(tǒng)稱為OpenBSI實(shí)用軟件包（OpenBSI UTILITIES）。

OpenBSI實(shí)用軟件包主要完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、通訊診斷、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。

第三方軟件可以通過OpenBSI實(shí)用軟件包實(shí)現(xiàn)與Bristol產(chǎn)品的通訊。

③OpenBSI實(shí)用軟件包。LocalView、NetView、下載工具、DataView、OpenBSI Monitor、Signal Extractor、Data Array Save/Restore、SigWrite、Alarm Router、OpenBSI DDE Server工具、OPC Server、Harvester、WebBSI。

ControlWave Designer帶ACCOL III功能塊庫

為了減少工程和開發(fā)時間，軟件采用了PLC編程的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3。ControlWave Designer是完全滿足IEC61131-3編程環(huán)境的ControlWave系列產(chǎn)品編程組態(tài)軟件。除了基本的功能塊及函數(shù)外，ControlWave Designer還集成了基于二十多年SCADA及過程控制經(jīng)驗(yàn)不斷完善的ACCOL III功能塊庫。ACCOL III功能塊庫包括60多個用于石油天然氣、水及污水、過程計量及控制應(yīng)用場合的功能塊，同時將來還會集成更多實(shí)用有意義的功能塊。

除此之外，可以利用ControlWave Designer軟件編程組態(tài)實(shí)現(xiàn)帶時間標(biāo)簽的報警及歷史數(shù)據(jù)在控制器中的存儲，當(dāng)設(shè)備與外界通訊中斷恢復(fù)后，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回填。

通過智能的管網(wǎng)監(jiān)控管系統(tǒng)，可以提高公司的工作效率、服務(wù)水平，該監(jiān)控管系統(tǒng)利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)的有線、無線通信手段、工業(yè)自動化控制、標(biāo)準(zhǔn)管理軟件，對于以后的升級、擴(kuò)容、維護(hù)是非常方便、快捷的，能夠滿足現(xiàn)階段各種需要。這種系統(tǒng)有著各種標(biāo)準(zhǔn)的接口，能夠通過基礎(chǔ)的開發(fā)語言對其功能進(jìn)一步的開發(fā)和完善。

這是筆者對燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的監(jiān)控和管理的一點(diǎn)見解，燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的監(jiān)控和管理是非常復(fù)雜的，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的監(jiān)控和管理會有更深入、廣泛的發(fā)展。

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