摘要：本文介紹了青島某燃氣有限公司天然氣管網SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition，即遠程監控及數據采集)系統的設計情況。對系統的建立原則、系統構成、軟硬件配置、投資估算以及各部分的功能進行了較詳細的描述，并介紹了SCADA系統在城市燃氣系統的應用情況。SCADA系統的使用，對公司天然氣管網系統的安全性、合理使用性以及長遠發展，都具有重要的指導作用及現實意義。
　　關鍵詞：SCADA系統，天然氣，監控，管網
　　1 緒論
　　SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系統，即遠程控制及數據采集系統，是集計算機技術、網絡技術、通信技術、傳感技術于一體的工業自動化控制系統[1]。它可以實時采集現場數據，對工業現場進行本地或遠程控制，對工藝流程進行全面、實時監控，為生產調度和管理提供必要的數據，并可籍此運用先進控制論算法提供進一步的輔助分析和生產調度決策。
　　國外于20世紀60年代開始對SCADA系統進行研究，到90年代，在一些工業發達國家，SCADA系統已成為電力、電信、燃氣、供水、供熱輸配系統中的普通設施，并且涌現出了像美國MOTOROLA、澳大利亞ACTION和德國SIEMENS等名牌SCADA系統成套產品，其設備性能先進、技術成熟，東京煤氣公司、德國城市天然氣公司等都是典型的用戶代表[2]。我國早20世紀80年代開始引進和開發SCADA系統，到90年代，電力、電信行業發展已相當成熟，國內也有相當多的燃氣公司、自來水公司、供熱公司采用單片機技術自行開發自己的SCADA系統[3]。
　　2005年3月16日，青島該燃氣有限公司與青島市市政管理委員會正式簽署了《青島市經濟技術開發區東部區天然氣特許經營協議》，成為青島市第一家獲得青島市燃氣行業特許經營權的企業，特許經營25年。特許經營范圍為：東起規劃區的排干渠，西至臨近高速路；北起開發區北外環東延長線，南至南環路。規劃總面積約14平方公里。特許經營項目建設主要包括：50公里天然氣管線和3座調壓站，總投資1.23億元，規劃年用氣量2.26億立方米。
　　燃氣行業的特殊性，要求調度系統能夠在緊急情況下迅速做出反應、采取行動，控制緊急情況，而且要做到安全、可靠，盡可能不影響用戶的正常用氣。因此，為加強對管網的管理及控制，提高該公司燃氣管網系統的安全性和合理使用性，本文結合提高該公司燃氣管網監測管理系統的特點，研究采用SCADA技術實現燃氣系統檢控、數據采集及調度自動化解決方案。
　　2 SCADA系統的設計及選型原則
　　2.1系統的設計原則
　　系統設計充分考慮特許經營范圍燃氣系統的生產、管理現狀及發展規劃，既滿足現狀使用要求，又為將來的發展留有擴展的可能；
　　系統做到安全可靠、穩定運行、技術先進、經濟合理；采用國內外同類項目的成熟、先進技術；系統運行維護簡便；采用模塊化的設計。
　　2.2系統的選型原則
　　該公司燃氣管網SCADA系統的選型遵循如下原則：
　　系統采用的硬件、軟件和網絡是具有世界先進技術水平，并且經過實踐考驗證明其安全、實用的產品。
　　系統具有高可靠性、穩定性和靈活性，以保證生產安全可靠地進行。系統能對自身進行自診斷并形成報告，能監視整個系統的工作狀態，以便對系統的管理和維護。
　　系統具有較高的性能價格比。
　　RTU采用模塊化產品。
　　系統具有足夠的擴展能力，以滿足未來發展需要。
　　系統的重要功能和設備采用冗余結構設計，如SCADA服務器等。
　　系統采用的網絡結構是技術先進和性能可靠的。
　　系統有完善的防雷擊和防浪涌的保護措施。
　　SCADA系統所用軟件采用模塊化結構，并具有強大的人機對話能力。
　　SCADA系統的應用軟件具有開放式數據庫接口，便于其它應用程序讀取其數據庫的數據。
　　3 SCADA系統的設計方案
　　系統設計時，充分利用現有高新技術，并考慮了系統的發展，該系統的調度管理既具有將來采用“信息集成系統、地理信息系統（GIS）、實時模型、系統預估優化”等高級應用軟件的能力，還可與公司計算機管理網絡資源共享。
　　配合該發展規劃，本方案設計的SCADA系統總規模包括：調度及監控中心（1個）、場站7個（2個高中壓站，5個管網關鍵點）；并保留了500個擴容點。
　　為滿足對燃氣管網的監控和調度，設計的SCADA系統是一個集中管理、統一調度、分散控制的集散型計算機網絡監控系統，系統由以下三個部分組成：
　　3.1調度及監控中心（主控中心）
　　主控中心為一級站，是整個系統的中樞，主要監測天然氣輸配管網的運行壓力、溫度、流量等重要的工藝參數，進行壓力、流量平衡控制調度，指揮各站點操作，發布調度指令，優化系統運行，保證整個管網能夠安全、合理地為用戶供氣，屬監控級。
　　主控中心是監控系統的中樞，為確保系統安全、穩定地運行，采用雙局域網、雙服務器熱備冗余結構。服務器配RAID5硬盤陣列，可存儲大量的實時數據及歷史數據。設一臺工程師工作站，配可擦寫光盤驅動器，作為系統工程師維護系統、完成系統參數定義、重新組態等高級功能用。設兩臺操作員工作站，供系統操作員執行日常系統操作用，兩臺操作員站可互為備用。主控中心可通過通信通道與各二級站進行數據通信。為保證主控中心供電安全，設不間斷電源USP。
　　3.2遠程監控站
　　遠程監控站包括次高壓調壓站和工業及公服大用戶，采用RTU作為數據終端，完成數據采集、處理及通信功能。其主要功能是監測其管轄范圍內的管網運行參數，將采集到的現場數據處理后通過通信系統上傳至主控中心，按照主控中心發布的遠程控制指令控制閥門的開閉。也可在本地通過本地計算機、筆記本電腦或直接在RTU面板上操作閥門的開閉，當然，這種操作應在主控中心通過授權允許后才能進行。
　　3.3通信系統
　　通信系統分為數據傳輸系統及話音通信系統兩部分。
　　4 SCADA系統軟件描述
　　本系統采用的是DYNAC套裝軟件，其于LINUX操作系統上運行，并同時兼容客戶工作站上的常用操作系統。它具有明確的高可靠性和有效表現，并采用開放式數據存取標準，如ODBC模式協議（數據源），使其它軟件能以市場上標準方式摘錄和使用SCADA系統中的數據。
　　4.1DYNAC
　　DYNAC軟件是美國TRANSDYN公司的產品，為SCADA系統的主要部分。軟件沒有遠程站及用戶數目的限制。
　　4.2DYNAC二次開發
　　SCADA系統組成部分，除了所提及的計算機硬件、網絡通信、可編程控制器/遠程終端單元及各類型變送器外，更重要的一部分就是SCADA軟件本身。DYNAC軟件是一套完整而具有特定標準功能的SCADA軟件，但仍需要設計、營造及開發特有的應用程序及人機接口配合用家要求。
　　4.3LINUX分析
　　DYNAC軟件運行的穩定性，除建基于軟件本身自己的穩定性外，更需要配合操作系統及服務器的穩定性及可靠性。LINUX目前在全球的用戶已經超過900萬人，在中國的用戶也已經超過10萬人，在中國的應用也越來越廣泛。基于以上原則及現今國家在信息產業的發展戰略，DYNAC軟件選用已廣泛應用于中國的LINUX為SCADA服務器的操作系統。
　　5 SCADA系統功能描述
　　根據該公司天然氣工程的建設情況使SCADA系統的監控能力達到500多個關鍵點，能夠滿足對特許經營范圍內地區進行監控的要求，并為以后的擴容留有足夠的空間。整個SCADA系統是一個分布式系統，可以實現監控、數據采集、數據計算分析等功能。
　　5.1監控功能
　　SCADA系統可以進行燃氣管網運行工程監控、天然氣輸配管網遙控遙調、系統故障弱化與系統冗余、系統運行狀態遠程診斷與監控管理等功能。
　　監控功能可以實現整個天然氣輸配系統的高效運行和先進管理，及時了解生產運行情況，增加全網透明度，降低生產調度系統運行成本，保證生產調度系統正常運行，提高系統維護和管理水平，為管理者提供科學決策的有效依據。
　　5.2數據采集功能
　　數據采集是指通過各監控點安裝的RTU等設備進行數據的采集和傳送，數據采集功能設計為實時采集管網上各點的天然氣運行參數，并將參數傳遞到監控系統中，進而到調度中心，使整個SCADA系統及時收集數據，做出判斷。正常情況下，RTU將按調度中心的要求傳遞當前的各參數值和狀態量，一旦監測到異常事件，立即發送報警信號，使調度中心得到消息，調度中心可根據實際情況對RTU發出控制命令。
　　5.3數據計算分析功能
　　該SCADA系統可以對燃氣輸配管網進行多方面計算與分析，其中包括：計算統計整個天然氣管網輸配日不均衡、月不均衡、季不均衡系數；實時計算顯示1#調壓站（門站）出站壓力與2#、3#調壓站進站壓力差及變化趨勢，計算顯示各個重要站點日、月、季、年累計流量輸差分析趨勢圖、列表；進行管網輸配的簡單仿真；對管網干管儲氣量進行實時計算統計分析。此外，系統還可以生成輸配管網各子站點的年、月、日生產統計報表，報警事件統計報表，系統事件統計報表等。還可以向公司領導和有關部門提供大量的編制生產計劃、管網規劃、用戶發展規劃所需要的基礎數據。
　　另外，本系統還考慮與青島燃氣集團調度中心SCADA系統相連，如遇有特殊緊急情況而本系統調度中心不能有效監控時，由燃氣集團調度中心對本系統進行統一調度監控，這樣可以避免由于特殊緊急情況而給運行管理帶來的不便。
　　6項目投資
　　本項目投資主要由系統軟件、系統硬件、遠程終端、現場儀表以及主控中心裝修等部分構成，投資總額見下表：
　　工程投資總額

　　7結語
　　SCADA系統啟用后，能夠向生產經營提供高層次的決策和優化調度的支持，對實際系統進行優化分析，提高管網系統的運行質量，減少乃至防止安全事故的發生，降低運行成本，提高社會效益和經濟效益，相信在不遠的將來，SCADA系統將在該公司管網輸配系統以及整個燃氣行業的管網輸配調度中發揮越來越重要的作用。
　　8參考文獻
　　【1】馬福軍，朱洪林。SCADA技術在供水系統中的應用【J】。齊魯石油化工，2003，31（1）：79-81.
　　【2】馮毅華，趙紅旭。燃氣SCADA系統的開發應用【J】。河南科技，2003，（4）：23-24。
　　【3】盧冰，劉雷，李文杰。SCADA技術在城市燃氣管網調度管理中的應用。鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2004，19（3）：60-62。