浅谈城市燃气管网SCADA系统设计与实现

浅谈城市燃气管网SCADA系统设计与实现
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。

本论文主要从SCADA系统功能及各相应子系统的设计要求等方面对SCADA系统做了较详尽的介绍。

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：燃气管网；SCADA；信息化监控
引言
城市化的快速推进，推动了燃气市场的高速发展，作为基础设施的燃气管网规模也在同步扩大，管理工作内容量变得十分巨大。

由于燃气行业自身的特殊性，燃气企业对燃气管网管理在数据实时准确、处置及时高效方面也有了更高的要求。

目前传统的管网管理模式由于数据滞后、应对迟缓，已经不能适应燃气企业信息化管理需求，因此结合信息技术发展现状，设计一套高效可靠的管理系统十分必要。

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。

1.1 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问，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。

1.2 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。

1.3 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
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。

各部分系统的功能
要求及设计如下：
2.1 主调度中心设计
2.1.1 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。

（3）主调度中心在选择处理器时要满足的基本要求就是，保证其内存储容
量和存储功能能够满足整个管网运行数据量的需求，同时还要为以后的系统
扩容预留足够的空间。

2.1.2 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所以在燃气管网SCADA系统设计时，设计人员首要考虑的重点是怎样更加合理的利用硬件（通信
设施和服务器）和软件（通信软件）来布局安全高效的中心机房，这是SCADA系统的核心问题。

通常情况下，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
2.2 远程站设计
2.2.1 远程站主要功能要求
远程站系统设计的主要功能要求有：（1）在实际应用中，远程站系统设计要充分考虑未来是否能最大限度满足远程控制功能的要求，同时，对于外围的
监控站应尽可能的采用模块化程度较高的产品，以减少系统初期投资。

（2）远
程站系统的相应设备要具备监控数据存取功能。

这样，可以满足现场调试与
保养的需求。

（3）系统应具有实时、高速计数输入功能，满足数据累计工作时
的需求。

（4）为了进一步的满足以后系统的控制功能，远程站控制系统应具备PID功能。

2.2.2 远程站设计
远程站系统设计时要根据实际应用需求，考虑诸多方面的因素，比如要考虑：该站是有人站或是无人站、有远程控制需求与否、是否配置冗余网络与主调
度中心通信等因素。

通常情况下，有人站在站控系统设计时会采用冗余PLC设备，耐温的-4o~80℃的设备更适合无人站。

考虑站控时，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。

所以，增加专用通信SIXNET RTU设备在PLC通信侧，这样不仅可以保障全部通信网络系统更加一致，同
时还有效的降低了系统管理的保养的困难程度，提高运行平稳性。

2.3 软件系统设计
2.3.1 通信系统
通信管理软件作为SCADA系统中数据传输的纽带和核心，主要负责调度中心
与远程站点之间的数据传输，发挥着对数据帧进行分析、解包和封装、协议
转换和转发等重要作用。

因此，只有通信管理软件运行稳定才能保证整个SCADA 系统的真实完整。

由于该项目站点多、采集的数据量大，为了满足要求各场
站均采用双线路通信方式，且对网管采取远程调度，为此设计了如表1功能（见表1）。

2.3.2 监控界面
设计监控界面时遵循的原则是易于操作且操作界面应该简单友好。

监控界面
要基本能够实现管网图和系统流程图的可视化。

其中，管网图和系统流程图
包含的基本内容列于表2，而且监控界面还需兼具参数设定、登录系统、布置图
和历史趋势呈现以及报警总览等功能。

功能设计时要求可以对有输出信号的阀门进行控制操作，具体的功能实现如下：
点击模拟量→弹出相应的趋势界面：
点击流量计图标→弹出流量计详细信息（放大图）；
点击布置图按钮→进入布置图界面；
点击历史趋势→显示场站工艺参数，同时关联比较趋势图。

阀门是否打开可根据画面上阀门的颜色进行判断；从相关的反馈信息从中观察管网的压力和流量的变化趋势，从而能够及时对事故做出预警。

3、结束语
随着燃气管网规模扩大，存在的复杂性与不确定因素也在相应增多，传统依
靠人力管理的模式已经不再适应当前管理需求，而SCADA系统的建立可以提升燃气企业管理水平，实现对燃气管网持续变化运行状况的实时监控，为采取安全及时的管理指令提供有效支持。

随着信息技术、大数据技术的发展，以后SCADA系统的管理设计功能将更加完善，安全与可靠性也会得到提升，燃气输配管理工作将会向着高技术水平方向继续发展。

参考文献
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