城市燃气管网SCADA系统设计与实现_张铁军
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城市燃气管网SCADA系统设计及其实现摘要:在现代信息化的城市燃气管网中,SCADA 系统是不可或缺的重要组成部分,对城市燃气输配站场的生产及安全监控发挥着非常积极的作用。
该系统的应用证明,SCADA 系统不仅可以很好的满足信息化监控及管理调度的需求,同时可以大幅减轻燃气输配站场工作人员的劳动强度,降低企业的运作成本,为各个城市燃气管网的长期安全平稳运行提供了可靠的保障,带来巨大的社会和经济效益。
关键词:城市燃气管网;SCADA系统;设计;实现;引言:燃气管网是现代化城区的基础设施之一,在城区建设中有着极其重要的位置。
寻求最佳供气管网运行方式,对于改善人民生活、减少城市环境的污染、节约能源、促进工业的发展都起着极其重要的作用。
随着城区现代化的发展,城区供气管网在逐步扩大,用户不断增加。
1.系统设计分散式测控、集中式管理是 SCADA 系统主要采用的方式,通常情况下,完整的系统主要有主调度中心、分散的远程测控终端(即 RTU )以及软件系统(包括通信设计与监控界面设计)三部分构成。
主调度中心是 SCADA 系统的核心,对整个系统的运行起管理调度作用; RTU 又称远程站,是采用微处理器的可独立运行的智能测控模块,可以进行远程数据的收集与分析、现场运作版块的控制以及和相对的控制中心的通信,具有易扩展性和易维护性等特点。
通信系统则是负责远程站和主调度中心之间的信息与数据沟通。
1.1主调度中心设计1.1.1 主调度中心功能要求(1)主调度中心在对框架、电源设备以及相应处理器的选择时,应尽量保证使用模块化的产品。
(2)为了保证系统运行的稳定高效性,作为通讯中枢系统的主调度中心在控制单元、通讯单元、给电单元和通讯设施上应当采用冗余结构,而且要保证这些构成单元能够对称地安置在独立的框架里面。
1.1.2 主调度中心设计主调度中心机房是 SCADA 系统的最核心部位,在整个燃气输配管网中,是所有信息处理、数据分析、指令发布、报表输出等的输出中枢。
油气管道SCADA系统调控业务接入的网络架构设计随着油气管道行业的快速发展,油气管道SCADA系统在调控业务中扮演着重要的角色。
为了确保系统的稳定性和安全性,一个合理的网络架构设计是必不可少的。
首先,油气管道SCADA系统的网络架构应该是分层的。
分层架构有助于对网络流量进行管理和隔离,并提供了更高的安全性。
一种常见的分层架构设计是将网络划分为三个层次:操作层、控制层和监控层。
在操作层,各个油气管道站点通过局域网(LAN)连接到中央服务器,以实现各项操作功能,如数据采集、流量控制和设备监测。
这一层次的网络需要具备高吞吐量的能力和低延迟的特性,以确保数据传输的实时性和准确性。
在控制层,位于各个油气管道站点的控制设备通过广域网(WAN)连接到中央控制中心。
这一层次的网络负责数据的集中处理和分析,为系统运营人员提供实时的管道状态信息。
同时,该网络需要具备高可靠性和冗余性,以确保油气管道的顺利运行。
在监控层,位于中央控制中心的系统管理人员可以通过远程访问与操作各个油气管道站点。
这一层次的网络负责数据的监控和管理,需要具备安全性和可控性的特点。
加密技术、访问控制和身份认证等安全措施应该在这一层次得到充分的应用。
其次,油气管道SCADA系统的网络架构应该具备冗余性和灵活性。
冗余性是为了防止单点故障对整个系统造成影响。
在网络设计中,可以采用冗余链路和备份服务器等措施,以确保在某个链路或服务器发生故障时,系统仍然可以正常运行。
同时,网络架构应该具备灵活性,以满足不同地理位置、不同类型油气管道站点和不同业务需求的要求。
例如,在远程油气管道站点,可以采用无线网络或卫星链路来连接操作层和控制层,以弥补传统有线网络无法覆盖的局限性。
在现代化油气管道站点,可以采用虚拟专用网络(VPN)技术来构建安全隧道,以实现远程访问和控制。
此外,油气管道SCADA系统的网络架构设计还应该注重安全防护。
由于油气管道是国家的重要战略资源,其安全性需要得到高度保护。
有关城市燃气管网SCADA系统的规划设计的探讨摘要:随着城市化进程的不断发展,城市燃气作为现代文明城市的重要标志之一,既是城市重要的公用基础设施,同时,又是国家能源建设的重要组成部分。
其利用领域极为广泛,诸如化学工业原料、工业燃料、商业及民用燃料、汽车燃料、集中供热与发电等,是主要的一次性消耗能源。
其特点是:分布式、集散型、网络化、全开放。
但是目前,在大多数城市燃气输配管网中,对各调压站的监控仍采取人工记录、逐级汇报的方法。
这种方法工作量大,资源消耗多,效率低,而且容易出错,远远不能满足城市快速发展的需要。
为了解决这些问题,满足对生产过程的调度指挥,建立数字化、信息化城市,就需要建立可靠的城市燃气系统。
关键词:城市燃气; scada系统;监控系统中图分类号:tu996.5文献标识码:a文章编号:前言:随着城市规模的不断扩大,城市建设的不断发展,用气量的不断上升,城市的燃气管网也在不断的扩展。
这就导致了监测范围十分广阔,监测点数量非常庞大,且地理位置散乱,采用的通讯形式多种多样。
而燃气行业的特殊性,要求调度系统能够在紧急的情况下迅速做出反应、采取行动,控制紧急情况,而且要求做到安全、可靠,尽可能地不影响用户的正常用气。
1.燃气管网scada系统概述随着我国西气东输一线工程的全线建成供气,以及二线工程2012年12月全线投产,天然气作为洁净的优质能源已在沿线城市得到充分重视和应用,使用领域和范围正迅速扩大,这意味着天然气时代已经来临。
为使天然气的普及应用能够惠及千家万户和工商企业,各城市燃气公司投入巨资进行管网改造,完成城市高压管线、门站及调压站等的建设,实现天然气置换。
对于庞大的燃气管网,依赖以往的值班员“眼看手记”的方式实现对燃气管网的监控管理,已经满足不了生产调度和安全管理的要求,为此需要引入scada系统,完成现场管网参数的实时自动采集和集中监控。
近几年,scada 系统在燃气行业得到迅速普及应用,设计标准和功能要求参差不齐,目前大都由企业或设计院自行制定,建设部在此方面也没有具体的行业标准可以参考,本文就scada系统的规划设计给出一些意见,认为系统的设计要遵循下述原则。
城市燃气管网SCADA系统设计与实现摘要:随着社会经济的发展,天然气管道已经逐渐走入了家家户户,甚至有些村子也通上了天然气。
但是天然气需求的增多也给相关部门带来了一些监管方面的困难,SCADA系统的开发给人们带来了极大的便利,成为信息化城市燃气管网方面的主要支撑力量。
本文主要为大家介绍了城市燃气管网SCADA系统的主要功能以及如何设计与实现SCADA系统。
关键词:燃气管网,SCADA系统,系统设计与实现引言:经济在发展,人们的生活水平也越来越高,生活需求也会越来越大,燃气管网已经成为人们日常生活当中必不可少的基础设施之一了。
SCADA系统不仅能够在监管方面实现信息化,而且可以给那些在燃气配战场工作的相关人员减少工作量,而且机器在正常运作的情况下出错率比人工要小得多,如此以来公司就可以减少人工方面的财务支出,极大地减少了公司的劳动成本,带来相应的经济效益。
一、SCADA的主要功能SCADA系统实际上就是一个以计算机为基础的自动化监控平台,主要是起一个数据采集和监视控制的作用。
SCADA的主要功能有以下几个方面:(一)对于生产过程中的监管SCADA系统可以实现对于生产过程的远程监管,使用者可以通过Internet网监控整个运行过程中的相关设备工作状态、相关产量的完成情况以及燃气调压站的气压情况等等,一般情况下都会设置多个站点来采集数据,最后调度中心会把所有站点的信息收集起来,进行整体的监控。
与此同时,用户也可以对这些设备进行远程控制,防止一些紧急情况的发生,从而保证燃气管网安全有效地运行。
另外,SCADA系统还可以通过动态化调控来保证管网内部的气压平衡。
(二)便于管理、保证燃气管网的安全性我们都知道虽然天然气使用起来非常的方便,平时不论是做饭还是洗澡都离不开天然气的帮助,但是天然气也是一个非常危险的事物,每天都会在全国各地上演由天然气带来的灾祸,因此燃气管网的安全性是不可小觑的。
SCADA系统可以随时监控燃气管网的安全性,任何细微的差池,系统都能及时发现并做报警处理,不同级别的警报级别系统会做出不同的应急措施。
SCADA系统在城市天然气供气系统中的应用摘要:SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监视控制系统。
是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统,可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工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系统具有操作简单、使用方便、功能齐全、性能可靠、应用广泛、组态灵活、运行安全等特点。
关键词:SCADA系统天然气一、系统概述东阿县燃气公司SCADA系统于2007年5月安装运行,对门站及城区7个调压站,8个工业用户数据进行采集监控。
工业用户主要采集和监控压力、温度、流量计计量数据,采集的信号通过CDMA无线通讯网络传送到公司中心控制室,工作站将这些数据进行计算、处理,显示并生成报表。
1、系统功能1.1实时数据采集,工艺流程的动态显示。
1.2报警显示、管理以及事件的查询、打印。
1.3实时数据的采集、归档、管理以及趋势图显示。
1.4历史数据的归档、管理以及趋势图显示。
1.5数据维护。
对系统进行完整的统计和分析,还可提供了人工数据录入的功能。
1.6查询统计。
通过输入各种灵活的查询条件,查询相关的监控参数及生产数据。
1.7统计分析。
可以根据用户的要求生成各类统计报表、各类趋势图等。
1.8报表输出。
将统计分析或查询的结果以多种形式进行输出。
2、系统配置2.1系统包括调度中心系统、调压柜监控、通讯系统三部分2.2系统体系结构见下图。
3、调度中心系统:包括监控软件、计算机设备、通讯设备和投影仪及金属幕布。
调度中心SCADA系统选用DellOptiPlexGX620工作站作为基础设备,作为设备通讯、数据处理和调度监控的核心硬件。
3.1监控软件系统采用最新iES-U1000SCADA监控软件包,包括:3.1.1主要完成实时数据采集、处理、监视和控制,实现对燃气输配管网的运行设备和业务进行监控和管理。
基于GPRS的燃气调压站SCADA系统设计与实现的开题报告【摘要】随着经济的发展和城市化的进程,燃气供应已成为城市生活中不可或缺的一部分。
为了确保燃气供应的安全和可靠性,必须对燃气的输配管网进行监控和管理。
为此,本文提出了一种基于GPRS的燃气调压站SCADA系统的设计与实现方案。
该系统采用GPRS网络实现远程数据采集和控制,具有实时监控、自动报警、远程控制等功能,能够有效提高调压站的运行效率和安全性。
【关键词】GPRS;SCADA系统;燃气调压站;远程监控;自动报警【引言】燃气作为清洁能源,使用越来越广泛,但是在输配管网的运行中存在一定的安全风险,如压力变化、泄漏等问题。
因此,燃气输配管网必须进行严格的监控和管理,以确保燃气的安全供应。
传统的燃气调压站监控方案主要采用人工值班和定期巡检的方式,存在监控和管理效率低、反应慢、管理成本高等问题。
而SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition System)则可以实现对燃气调压站的实时监控和数据采集,可以快速反应问题并进行及时处理。
同时,SCADA系统具有自动化控制、远程监控和自动报警等功能,能够提高管理效率和安全性。
因此,将SCADA系统应用于燃气调压站监控和管理具有重要意义。
本文提出了一种基于GPRS的燃气调压站SCADA系统的设计与实现方案。
该方案采用GPRS网络实现远程数据采集和控制,具有实时监控、自动报警、远程控制等功能,能够提高调压站的运行效率和安全性。
【研究内容】1. 燃气调压站的工作原理和控制流程2. SCADA系统的基本原理、结构和功能3. GPRS网络的原理及在SCADA系统中的应用4. 燃气调压站SCADA系统的设计和实现5. SCADA系统的测试和性能评估【研究意义】1. 提高调压站监控和管理的效率和安全性,降低管理成本。
2. 推广、应用和发展GPRS网络和SCADA系统技术。
城市燃气SCADA系统调度中心的设计朱海燕【摘要】将SCADA系统作为燃气管网调度管理自动化的解决方案,分析了SCADA系统中调度中心的结构、功能设计.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2014(034)004【总页数】4页(P66-69)【关键词】SCADA系统;调度中心;结构;功能;系统接口【作者】朱海燕【作者单位】唐山市燃气集团有限公司,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】TU9961 概述从20 世纪80 年代开始,SCADA 系统在燃气行业得到了广泛的应用。
它可以进行现场数据的实时采集,对现场进行本地或远程自动控制,对工艺流程进行全面、实时监视,并为生产、调度和管理提供必要的数据[1]。
SCADA 系统主要由调度中心、现场监控站点和通信系统组成。
调度中心主要由计算机系统组成,包含SCADA 服务器、SCADA 工作站和通信服务器等;监控站点设备平台由RTU 组成,实现对现场仪表参数的实时监控[2];调度中心与监控站点通过通信系统进行监控参数和指令的信息交换,通信服务器负责监控数据集中和通信管理。
监控数据由SCADA 服务器集中处理、储存,工作站上运行调度操作软件,将监控信息以人机界面方式表现出来,供生产调度人员使用[3]。
因调度中心是SCADA 系统中最为重要的组成部分,本文对SCADA 系统中的调度中心做着重介绍。
调度中心是由SCADA 服务器、操作员工作站、工程师工作站、通信服务器等组成的计算机网络系统[4-5]。
调度中心接收管网中所有现场监控站点采集的数据,对各个站点的运行工况进行实时监视,掌握整个管网的运行状况,并根据管网参数及时调整运行工况,传输各种数据和信息,完成采集数据的处理、显示、入库以及与燃气公司其他系统的信息集成[6]。
2 调度中心系统设计2.1 系统结构调度中心是整个SCADA 系统的调度指挥中心,操作人员在调度指挥中心通过计算机系统即可完成对整个城市燃气输配管网的监控和运行管理等任务。
第48卷 第2期2012年4月石 油 化 工 自 动 化AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYVol.48,No.2April,2012稿件收到日期:2011-09-26,修改稿收到日期:2011-11-26。
作者简介:张铁军,男,1995年毕业于华东理工大学化工机械专业,一直从事自动化工程项目的设计、工程实施及气态能源信息化系统的技术开发工作,现任上海航天能源股份有限公司总裁助理。
城市燃气管网SCADA系统设计与实现张铁军(上海航天能源股份有限公司,上海201201)摘要:城市燃气管网监控和数据采集系统(SCADA)是城市燃气输配信息化系统中的主要部分,对城市中燃气输配场站的生产监控和安全监控起着重要的作用。
详细介绍了城市燃气管网SCADA系统的功能、设计思想和实现效果。
通过详细分析解决困扰SCADA系统的网络通信问题,进一步阐述了该系统的先进性和重要性。
实践证明,该系统既能满足集中监控及调度管理的要求,又大幅降低了劳动强度和费用成本,实现了整个燃气管网长周期的安全生产,为企业带来了巨大的经济效益和社会效益。
关键词:燃气管网 输配调度 监控和数据采集系统 设计中图分类号:TP302,TP306 文献标志码:B 文章编号:1007-7324(2012)02-0049-04Design and Realization of SCADA System in Urban Fuel Gas Pipeline NetworkZhang Tiejun(Shanghai Aerospace Energy Co.,Ltd.,Shanghai,201201,China)Abstract:Supervisory control and data acquisition system is the main part of urban fuel gastransmission and distribution information system,and plays important role to the productionand safety monitoring of gas stations.The function,designing idea and realized effects ofSCADA system are described in detail.The advance and importance of the system are furtherexpatiated through the detailed analysis of the solution that solves the SCADA system networkcommunication problem.The practice proves that the system can meet the requirements ofcentralized monitoring and dispatching management,greatly reduce the labor intensity andcost,realize safe production of the whole gas pipeline network for a long time and can generatehuge economic and social benefit for the enterprise.Key words:fuel gas pipeline network;transmission and distribution scheduling;SCADA;design 深圳市自2006年开始引进大鹏液化天然气,整个能源结构发生较大的调整,天然气在能源消费构成中所占比重越来越大。
为了保证燃气管网安全、稳定、可靠、经济的供气,实现对全市天然气各级输配管网用气调度、事故应急、系统调峰、安全储气以及安全监控,需要建立一套高起点、高质量、具有国际先进水平的监控和数据采集系统(SCADA)。
深圳市燃气集团在2006年之前先后建立了次高压(0.4MPa<p≤1.6MPa)和中压(0.01MPa≤p≤0.4MPa)两套独立的SCADA系统,分别实现对次高压管网和中压管网进行安全监控。
随着深圳市燃气高压管网的逐步完善,原有的两套SCADA系统已不能满足深圳市燃气管网输配调度及安全监控的要求。
因此,需要建立一套统一的燃气输配调度及安全监控管理平台(SCADA系统),对高压(1.6MPa<p≤4.0MPa)、次高压及中压管网进行统一管理,实现三网合一。
1 系统功能SCADA系统广泛应用于化工、石油、燃气、水利、电力等大范围长距离的工艺数据监控系统中。
基于燃气管网的SCADA系统主要通过实时采集燃气管网生产数据、设备状态和报警信息,实现对城市管网的安全监控;通过远程控制场站及管线电动阀门等手段,实现对城市管网多气源、不同压力等级管网的输配调度管理,保证城市管网负荷平衡。
根据燃气管网的管理特点,笔者总结了基于燃气SCADA系统应实现的主要功能。
a)生产管理功能。
1)显示城市管网总图的重要工艺数据、设备状态、设备参数,调压站工艺流程,工艺数据趋势显示,关键设备的操作;2)应急调峰分析功能,通过计算液化天然气调峰站内每个储罐内存储的气量值,计算出该调峰站内的总储气量,然后根据每个调峰站内每个储罐的气化能力来计算出当前所有液化天然气调峰站内的储罐总量可以持续使用的估测情况;3)计算全市次高压管网和高压管网储气量,根据计算数据来估算当发生供气事故时,保障重要用户供气的时间,以制定相应的调峰方案,保证安全稳定供气;4)通过SCADA系统的控制设备动态调整管网天然气的体积流量和压力,动态平衡天然气管网供气。
b)安全管理功能。
根据生产需要将报警分为一般报警、重要报警和严重报警,系统通过报警颜色和声音区别不同报警的级别。
当发生报警时,系统自动弹出报警画面,报警记录具有查询功能。
c)辅助管理功能。
软件能自动记录系统运行记录,包括用户登录及系统操作信息,方便用户对事故进行分析和追溯;为保证系统运行安全,系统的权限管理以多用户和密码的方式实现;SCADA系统能自动生成各种生产数据报表,包括实时数据列表、日报表、月报表、年报表,供气和用气供销差分析报表等。
2 系统设计改造后的SCADA系统需要同时对高压、次高压和中压管网生产运行状态进行集中监控,实现“多气源、一张网”管理模式。
在系统设计过程中,除了考虑SCADA系统数据采集、安全监控及集成输配调度管理功能外,重点考虑系统本身运行的安全性、可靠性、可扩展性。
深圳市燃气管网SCADA系统初期设计规模包括主备2个调度中心、3个高压门站、8个电厂计量站、1个高压次高压调压站、4个高压中压调压站、2个次高压门站、27个次高压中压调压站、7个LNG气化调峰站、26个高压截断阀室、50个次高压截断阀室、1个共同沟以及81个中压站点。
系统实际监控的数据点数达到15 000个,设计监控点数可达50 000个。
SCADA系统主要通过采集各站点压力、差压、温度、流量、气体组分、管网储量等运行参数以及泄漏、阀门状态、备用电源、门禁等设备状态变量,实现全市管网运行状态的实时监控,同时通过调度中心远程控制场站阀门,实现远程生产调度管理。
调度中心对采集的数据进行存储、统计、分析,为地理信息系统(GIS)、管网仿真、负荷预测等信息化系统提供基础数据。
2.1 系统结构深圳市燃气SCADA系统由主调度中心、网络通信系统和远程站控系统组成,主调度中心SCADA系统软件采用客户机/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)架构。
主调度中心操作员工作站和服务器采用C/S架构,其他应用管理部门管理人员访问SCADA系统采用B/S架构。
主调度中心的中心机房是SCADA系统的最高指挥部,所有采集命令、控制命令、报警、报表等功能均由此处发出。
故在系统设计时,如何有效利用软件(通信软件),硬件(服务器、通信设备),网络组成稳定可靠的中心机房是SCADA系统的设计重点,整个网络时钟的同步和UPS配置的稳定性和时效性对中心机房接口设计非常重要,主调度中心机房结构设计如图1所示。
图1 主调度中心机房结构 调度指挥中心是整个SCADA系统的窗口,主调度中心值班人员通过SCADA系统中监控界面的操作,实现对天然气有人值守场站和无人值守场站的管理。
在主调度中心设计中,采用冗余配置的05石油化工自动化第48卷 操作员站和用于系统维护的工程师站,针式打印机用于实时打印报警和事件,投影大屏作为辅助展示手段,对天然气管网进行全方位展示,图2为调度指挥中心结构示意。
图2 调度指挥中心结构示意 远程站控系统主要考虑该站的类型是有人站还是无人站、场站自身的重要性如何、是否带远程控制、与调度中心通信是否需要采用冗余网络配置等。
基于以上条件,在常规站控系统设计中,有人站选用冗余PLC设备,无人站选用耐温-40~+80℃的设备。
考虑站控需要在通用的Modbus协议中支持网络授时、数据补传和报警主动上传功能,故与PLC通信侧增加专用通信SIXNET RTU设备,使得整个网络通信系统统一,减少了系统管理和维护的难度,提高了系统的可靠性。
图3所示为远程站控系统结构,其中通信网络采用主信道自建光纤,中国电信的VPDN CDMA网络作为备用信道,保证调度中心与现场网络的稳定性。
图3 远程站控系统结构示意2.2 软件设计2.2.1 通信管理SCADA系统中的通信管理软件负责在调度中心和远程站点进行数据传输,并对数据帧进行分析、解包、封装、协议转换和转发,是SCADA系统数据传输的纽带和核心,通信管理软件的稳定运行是SCADA系统完整性、真实性和实时性的重要保障。
该项目每个场站由于采用双线路通信方式,监控的站点多、数据采集量大,对高压、次高压管网各站点要实施远程调度功能等,对管理软件要求很高。
为满足燃气管网SCADA系统输配调度管理功能要求,设计了以下功能:a)支持多站点、多变量采集功能,每个站点相互独立,不会因为站点多而影响数据扫描周期。
b)通信协议采用通用的Modbus TCP/IP。
c)当主通信信道出现故障时,通信管理软件能自动切换到备用通信信道。
d)当主通信服务器出现故障时,通信管理软件能自动切换到备用通信服务器上。
e)通信管理软件将采集的实时数据同步至备调度中心通信软件服务器中。
f)支持数据补传和报警主动上传功能。
g)为保证控制阀门指令的实时性,通信管理软件优先处理控制指令。
因Modbus协议具有数据帧长度短、响应时间快、通用性强等优点,大多数PLC和RTU设备均支持该协议,但该协议自身并不支持时钟同步、数据报警上传、数据补传等在SCADA系统中必须要求具备的功能。