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(dòng)化行業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行編寫(xiě)，淺談SCADA系統(tǒng)在天然氣生產(chǎn)調(diào)度指揮中的應(yīng)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(guó)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(dòng)性，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)遍布整個(gè)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(jiǎn)稱(chēng)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(gè)燃?xì)夤芫W(wǎng)的生產(chǎn)與安全的管理者，需實(shí)時(shí)監(jiān)控下轄各站點(diǎn)（門(mén)站、調(diào)壓站、閥室、燃?xì)夤艿赖龋┑母黜?xiàng)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(bào)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(mén)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。在各門(mén)站、調(diào)壓站內(nèi)配置上位機(jī)軟件獨(dú)立采集站內(nèi)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控，保證在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，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(jìn)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(zhǔn)，建立完善的數(shù)據(jù)報(bào)警機(jī)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、監(jiān)控中心應(yīng)用層三部分組成。

（1）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集層。主要將天然氣工藝管道上的各個(gè)閥門(mén)、傳感器數(shù)據(jù)接入PLC控制器中，使用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP的通訊方式傳送給上位機(jī)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(yīng)首先考慮通過(guò)光纖傳輸數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)控中心應(yīng)用層。通過(guò)監(jiān)控中心人機(jī)界面，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、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(kù)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直接對(duì)各站內(nèi)PLC控制器進(jìn)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(chǎng)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(guò)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的模式，使用磁盤(pán)陣列，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。采用故障轉(zhuǎn)移群集的冗余機(jī)制，當(dāng)某臺(tái)服務(wù)器上發(fā)生故障時(shí)，資源會(huì)重定向到群集中的另一臺(tái)服務(wù)器，工作量也會(huì)重新分發(fā)到群集中的該服務(wù)器上，確保用戶(hù)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(jī)界面的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

為保障SCADA系統(tǒng)完整性，需完善燃?xì)廨斉涔苄畔⒌牟杉⒋鎯?chǔ)、管理和利用。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分散控制和集中管理。通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)警的反應(yīng)處理能力，為進(jìn)一步加強(qiáng)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(jī)界面功能與作用

監(jiān)控中心SCADA系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)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(chǎng)設(shè)備的實(shí)際情況制作成平面工藝圖，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各站模擬畫(huà)面及燃?xì)廨斉涔?，企業(yè)用戶(hù)可以直觀、清晰的查看各站的運(yùn)行情況與各項(xiàng)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)以報(bào)表、曲線(xiàn)、餅圖、柱圖等方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)與分析。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)限值報(bào)警、閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)報(bào)警等功能，保障生產(chǎn)安全，有效減小因故障導(dǎo)致電動(dòng)閥門(mén)打開(kāi)或者關(guān)閉造成的損失，可以讓現(xiàn)場(chǎng)人員第一時(shí)間排查設(shè)備故障。在用戶(hù)管理方面，為了防止用戶(hù)對(duì)閥門(mén)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(hù)安全管理機(jī)制，每次操作前需要進(jìn)行閥門(mén)用戶(hù)登錄，并保存用戶(hù)操作記錄，做到實(shí)時(shí)顯示[2]。

3SCADA系統(tǒng)的拓展性

SCADA系統(tǒng)具有良好的功能擴(kuò)展性，它可以通過(guò)特定協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)可開(kāi)放二次開(kāi)發(fā)接口供軟件人員進(jìn)行功能增加，可實(shí)現(xiàn)GIS地圖繪制、攝像頭硬盤(pán)錄像機(jī)視頻展示、可拓展自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)警E-mail、短信、撥打電話(huà)等功能。

4結(jié)束語(yǔ)

天然氣調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、硬件安全檢查為一體的現(xiàn)代化、科學(xué)化生產(chǎn)系統(tǒng)。為企業(yè)提供及時(shí)、準(zhǔn)確和可靠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，方便企業(yè)建立生產(chǎn)模型，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù)，保證燃?xì)庀到y(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)、高效和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，提高調(diào)度管理的自動(dòng)化、信息化，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)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(yùn)行成本，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

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(guó)天然氣行業(yè)獻(xiàn)出一份微薄之力。

參考文獻(xiàn)

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