燃?xì)釹CADA系統(tǒng)的分析及建設(shè)

姜鑫

目前，我國(guó)正在著力于發(fā)展天然氣這一綠色能源，隨著國(guó)內(nèi)城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，城市管網(wǎng)輸配系統(tǒng)也不斷擴(kuò)張，這也使燃?xì)廨斉淝閯?shì)越來(lái)越變得復(fù)雜，在一些大城市，SCAAD系統(tǒng)在燃?xì)庑袠I(yè)正在備受關(guān)注，基于此本文論述了設(shè)置SCADA系統(tǒng)的必要性、燃?xì)釹CADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)置等。

一、燃?xì)釹CADA系統(tǒng)分析

（一）SCADA系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)即SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制及調(diào)度的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)SCADA系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的控制、參數(shù)的調(diào)節(jié)以及信號(hào)報(bào)警等多種功能。

運(yùn)用已有的網(wǎng)絡(luò)并依靠數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的輔助和較為完善的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，來(lái)開(kāi)發(fā)這一一個(gè)管理系統(tǒng)，它具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，維護(hù)與擴(kuò)充都較易于進(jìn)行，人機(jī)交互界面的燃?xì)庹{(diào)壓箱具有較好的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，由此大量減少紙質(zhì)的文件的保存工作量，其差錯(cuò)率也較人力操作大大下降，其快捷方便的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)、查詢功能方面，較燃?xì)饪刂聘鞣N參數(shù)查詢、統(tǒng)計(jì)效率大大提高，不僅控制了成本，也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享的最大化。

（二）設(shè)置SCADA系統(tǒng)的必要性分析

該系統(tǒng)的建立基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)、控制器、傳感器，其結(jié)構(gòu)基本是由中央計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、系統(tǒng)中繼站、遠(yuǎn)程控制單元RTU等三級(jí)組成。主要包括計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、RTU及其通信系統(tǒng)等，以此來(lái)完成遠(yuǎn)程控制、站控等功能。如今的城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)是一項(xiàng)較為綜合設(shè)施，主要有以下幾部分組成：

燃?xì)夤芫W(wǎng)，其分為高壓、中壓、低壓等不同壓力等級(jí)；城市燃?xì)夥峙湔净驂簹庹?、多種類型的調(diào)壓站或者調(diào)壓裝置；儲(chǔ)配站；監(jiān)控與調(diào)度中心；維護(hù)管理中心。

調(diào)度控制中心設(shè)有SCADA系統(tǒng)，保證輸送管道及各站場(chǎng)的正常輸氣，并可以全面監(jiān)視，對(duì)全線輸氣進(jìn)行自動(dòng)控制，為確保SCADA系統(tǒng)正常運(yùn)行，在各站設(shè)置站控制系統(tǒng)，它是SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制站，SCADA系統(tǒng)的正常運(yùn)行必須以此為基礎(chǔ)。

（三）SCADA系統(tǒng)的功能要求

調(diào)度控制中心及后備控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、站控制系統(tǒng)SCS、遠(yuǎn)程終端裝置RTU、通信系統(tǒng)構(gòu)成了SCADA系統(tǒng)。由調(diào)度控制中心的統(tǒng)一調(diào)度，協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。

中心控制級(jí)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的核心，從現(xiàn)場(chǎng)收集信息實(shí)施管理功能，系統(tǒng)的配置必須要能夠提供：以多余的結(jié)構(gòu)保證高效率；有多余的服務(wù)器用作數(shù)據(jù)收集和由SQL接口標(biāo)準(zhǔn)支撐的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；有關(guān)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器

站場(chǎng)控制級(jí)系統(tǒng)。站場(chǎng)控制裝置包括簡(jiǎn)單的外部站到遠(yuǎn)端站（RTUS）不同的種類，有的遠(yuǎn)端站僅作為收集信息，控制中心得到信息后，通過(guò)智能遠(yuǎn)端站實(shí)行地區(qū)的控制。簡(jiǎn)單的外部站站務(wù)附加的智能控制能力，只能處理有限數(shù)量的過(guò)程數(shù)據(jù)。

就地控制級(jí)裝置。地控制系統(tǒng)對(duì)工藝單體或設(shè)備進(jìn)行手/自動(dòng)就地控制。當(dāng)進(jìn)行設(shè)備檢修或緊急切斷時(shí)，可采用就地控制方式。

二、燃?xì)釹CADA系統(tǒng)

（一）燃?xì)釹CADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，組成一個(gè)SCADA集成應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵從的是先進(jìn)性、安全可靠性、開(kāi)放性、可擴(kuò)展性、易用性的原則，主要表現(xiàn)在：

先進(jìn)性：系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)起點(diǎn)高，采用Client/Server主從分布式體系結(jié)構(gòu)，選用統(tǒng)一的軟件平臺(tái)Windows 2000/windows NT操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)性能價(jià)格比的最佳化。

安全可靠性：該系統(tǒng)所選硬件設(shè)備有如下的要求，符合現(xiàn)代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用雙機(jī)、雙網(wǎng)、雙電源，接人雙通道等冗余設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，故障出現(xiàn)時(shí)能夠自動(dòng)切換，使系統(tǒng)的運(yùn)行保持正?；?，

系統(tǒng)軟件平臺(tái)完善，在軟件開(kāi)發(fā)上，遵循軟件工程的方法，通過(guò)全面測(cè)試，保證程序運(yùn)行正常，并方便維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)具有雙重和多重冗余的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)分層次，分級(jí)授權(quán)管理，系統(tǒng)應(yīng)有備份，以便在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況發(fā)生時(shí)，以最快的速度恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

開(kāi)放性：支撐平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)體現(xiàn)了開(kāi)放性的原則，就支撐平臺(tái)來(lái)說(shuō)，選用標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件產(chǎn)品，系統(tǒng)中的設(shè)備的通用性也較強(qiáng)，通過(guò)對(duì)各個(gè)廠家的產(chǎn)品的集成，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級(jí)。但就應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所應(yīng)搭建一個(gè)一體化的支撐平臺(tái)，其特點(diǎn)是模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、接口標(biāo)準(zhǔn)化，幫助對(duì)用戶應(yīng)用軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并可以與其它系統(tǒng)互聯(lián)和無(wú)縫集成。

可擴(kuò)展性：SCADA系統(tǒng)應(yīng)具有良好的功能可擴(kuò)展性，系統(tǒng)的建設(shè)能夠全局規(guī)劃，分段建設(shè)，逐步擴(kuò)充和升級(jí)。

易用性：系統(tǒng)的用戶界面應(yīng)簡(jiǎn)單易學(xué)，操作簡(jiǎn)便，對(duì)操作人員計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)沒(méi)有過(guò)高的要求，一般都可運(yùn)用系統(tǒng)軟件中的各種功能的模塊，將數(shù)據(jù)庫(kù)作為核心，在網(wǎng)絡(luò)的諸多節(jié)點(diǎn)上分布，個(gè)別模塊要用相關(guān)硬件除外，一般都可以在任意節(jié)點(diǎn)機(jī)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“即裝即用”。

（二）SCADA系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)置

操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)主要有WINDOWS和UNIX（或LINUX），是為了方便用戶，管理和控制計(jì)算機(jī)軟硬件資源的系統(tǒng)軟件（或程序集合）。操作系統(tǒng)的基本功能是作業(yè)管理、文件管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理和進(jìn)程管理。

通信與網(wǎng)絡(luò)軟件。SCADA網(wǎng)絡(luò)和通信做到了系統(tǒng)內(nèi)的資源共享、信息交換和設(shè)備聯(lián)動(dòng)，它們是將信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲(chǔ)、計(jì)算、控制等設(shè)備或系統(tǒng)連接成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)事務(wù)相互協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，它是直接與硬件設(shè)備和軟件連接的信息渠道。在與I/O設(shè)備通信進(jìn)行時(shí)，請(qǐng)求方式和主動(dòng)發(fā)送方式是運(yùn)用最多的。主動(dòng)發(fā)送方式即I/O設(shè)備在數(shù)據(jù)改變時(shí)主動(dòng)報(bào)告數(shù)據(jù)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以支持諸多通信模式，協(xié)議一般有MODBUS，PROFIBUS等。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。在生產(chǎn)裝置運(yùn)行的情況下，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)，隨時(shí)掌握裝置的運(yùn)行情形，監(jiān)控和分析生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，及時(shí)處理異常問(wèn)題，保持生產(chǎn)運(yùn)行的正常平穩(wěn)?？梢约皶r(shí)反映生產(chǎn)狀態(tài)出現(xiàn)的變化，運(yùn)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)的工藝過(guò)程進(jìn)行先進(jìn)控制、優(yōu)化控制和在線分析，反映生產(chǎn)的規(guī)律，實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，以此優(yōu)化狀態(tài)有效提升經(jīng)濟(jì)效益。

組態(tài)軟件。組態(tài)軟件提供了各種繪畫(huà)工具、動(dòng)畫(huà)連接手段等，使圖、文等與現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)相聯(lián)。畫(huà)面上圖形顏色、位置等隨現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變化而改變，通過(guò)觀察畫(huà)面上的圖形文字，即可掌握現(xiàn)場(chǎng)情形。根據(jù)過(guò)程控制和管理的需求，還可以提供趨勢(shì)圖、報(bào)表、報(bào)警、腳本工具等。

應(yīng)用軟件。目前常用的軟件有如下幾種：壓縮機(jī)故障診斷系統(tǒng)；泄漏檢測(cè)系統(tǒng)；管道在線或離線仿真系統(tǒng)；地理信息管理系統(tǒng)（GIS）；生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)等。

目前，隨著SCADA系統(tǒng)在技術(shù)和管理的不斷提高，它緊密結(jié)合了現(xiàn)代控制理論，比如，專家系統(tǒng)、模糊決策等，同時(shí)，還有效地應(yīng)用了目前發(fā)展迅速的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)等，根據(jù)目前對(duì)先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)管理精細(xì)化的需求，有待于工程技術(shù)人員在對(duì)SCADA軟件的使用中，有效融合更新相關(guān)信息技術(shù)，取人之長(zhǎng)補(bǔ)己之短，趨利避害，不斷推出新產(chǎn)品。

[1]張鐵軍.城市燃?xì)夤芫W(wǎng)SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).[J].石油化工自動(dòng)化.2012.48

[2]邵士媛、魏威.計(jì)算機(jī)自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)在城市燃?xì)庵械膽?yīng)用.[J].鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2009.21

[3]嵇鵬，周婷，劉哲緯.城市燃?xì)馄髽I(yè)SCADA系統(tǒng)功能分布初探.[J].自動(dòng)化儀表.[J].2006.27

[4]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

[5]陳培江.關(guān)于SCADA系統(tǒng)在城市燃?xì)庵械膽?yīng)用.[J].城市建設(shè).2010.04