基于PLC的先进的燃气公司SCADA系统简介

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1、燃气SCADA系统基础知识培训 上海航天能源有限公司二0一0年四月 控制技术研究室 王耀生TEL 1 E MAIL wys 数据通信系统 SCADA系统特性 SCADA SupervisorControlAndDataAcquisition 燃气监控及数据采集系统 是集测量技术 计算机技术 通讯技术于一体的综合性集成控制系统 可实现燃气管网的实时中央监控和管理调度 SCADA系统定义 输配的优化调度 故障分析 辅助决策提供科学的手段 它的应用将使燃气生产 输配管理更加安全 准确 高效 SCADA系统融合了先进的PLC技术 RTU技术 现场总线技术 网络通信技术 数据库技术 SCADA HMI技

2、术 客户 服务器技术等 能实现对燃气系统的进气 计量 输配 调压全过程的监控 管理和调度 能实现生产信息 管网状况的自动化收集 分类 传送 整理 分析和存储 为管网 SCADA系统简介 SCADA系统发展历程 经历三个阶段 一阶段 80年代初 采用单机控制 专用软件和系统 二阶段 80年代中期到90年代末 采用通用操作系统和工作站 操作系统一般采用DOS UNIX 通信采用PSTN 数传电台 专线等 三阶段 90年代末到现在 基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA系统 SCADA系统发展前景 SCADA系统与其它系统的广泛集成 专家系统 模糊决策 神经网络等新技

3、术研究与应用 面向对象技术 Internet技术 及JAVA技术的应用 SCADA系统由三部分组成 第一部分 数据采集系统 也成为站控系统 第二部分 过程监控与管理系统 即调度中心 MCC 第三部分 数据通信系统 包括上位机网络系统 下位机网络系统一及将上 下位机系统连接的通信网络 天然气利用工程SCADA系统方案 站控系统站控系统由现场仪表 控制器和开发的应用软件组成 现场仪表现场仪表主要包括传感器 变送器 就地显示仪表 智能仪表及执行机构 主要负责检测 测量现场站点的运行参数并控制现场设备 站控器控制器一般由通信模块 电源模块 CPU模块 IO模块及附件组成 常用控制器有可编程逻辑控制器

4、PLC 和远程控制模块 RTU 常用的小型PLC产品有SIEMENSS7 200 ABFLEXLOGIX 施耐德Premium等 中型PLC产品有SIEMENSS7 300 ABSLC500 施耐德M340等 大型PLC产品有SIEMENSS7 400 ABControllogix5000 施耐德的Quantum等 常用的RTU有美国SIXNET公司系列产品 美国爱默生过程管理公司ROC800产品 北京安控SUPER系列产品 下述情况易引起设备雷击损坏 电阻耦合引起的感应雷 直击雷经过接闪器 如避雷针 带 直接泄放入地 导致防雷接地网电位急剧上升 对附近的其他低电位地网 设备产生反击电流 电感

5、耦合引起的感应雷 雷电流沿引下线入地时 在引下线周围产生强大的磁场 引下线周围的各种金属管 线 上经感应而产生过电压 过电流 电容耦合引起的感应雷 进出大楼的电源线和信号线 受直击雷或感应雷影响而加载的过压过流 空气开关动作 大型用电设备 如电焊机 马达工作 其产生的电磁干扰在附近电源 信号回路中产生过电压 过电流 防雷系统 与电信公网的连接处 供电系统的连接处 与其他系统的通信接口 站场内的模拟量及开关式仪表的开量 ESD系统的所有I O点 防雷安装位置 数据通信系统通信系统实现了SCADA系统的数据通信 燃气SCADA系统特点是监控站点分布分散 通信多样性 包括无线GPRS CDMA 卫星

6、通信 有线有光纤 专线等 调度中心 MCC MCC负责对整个燃气管网进行输配调度管理 安全监控 数据分析等功能 MCC由硬件和软件组成 MCC硬件包括 服务器 工作站 网络设备 打印设备等MCC软件包括 操作系统 SCADA软件 数据库软件 报表分析软件等 定义SCADA系统及其他控制系统的人机界面的开发平台 为用户提供快速地构建数据采集和实时监控功能服务 通用组态软件结构 SCADA软件平台选择目前主要SCADA系统软件根据运行平台的不同分为两大类 一类是运行于UNIX LINUX平台的SCADA系统软件 该类软件目前在燃气行业应用的主要有美国TRANSDYNCDYNAC软件 加拿大TELV

7、ENT平台软件 另一类是运行于WINDOWS平台的SCADA软件 该类软件目前在燃气行业主要有SIEMENSWINCC GE IFIX 该两类SCADA系统平台软件各有特点 以下就从其价格 性能 维护等几个方面进行比较 价格方面 运行于UNIX LINUX上平台软件价格一般比WINDOWS平台软件贵很多 性能方面 运行于UNIX LINUX平台软件一般稳定性能比较好 其很少受到病毒或黑客的攻击 因此运行一般都很稳定 尤其是服务器端 而运行于WINDOWS平台软件无论是服务器端还是客户端都易受到病毒或外界的影响 因此UNIX LINUX平台软件安全性 稳定性 可靠性要高 维护方面 由于WINDO

8、WS操作系统一般比UNIX LINUX容易掌握 因此对于用户来说基于WINDOWS平台软件比UNIX LINUX平台软件好维护 通过以上比较 大的燃气SCADA监控系统 由于对系统安全性 稳定性要求高 建议采用基于UNIX LINUXSCADA平台软件 而对于小的燃气SCADA系统采用基于WINDOWSSCADA平台性价比更高 SCADA软件平台功能部件人机界面系统实时数据库设备组态与管理网络应用与通信系统系统安全与用户管理脚本语言运行策略 SCADA软件技术特点简单灵活的可视化操作界面实时多任务特性强大网络功能高效通信的能力接口的开发性多样化的报警功能良好的可维护性 丰富的设备对象图库和控件

9、丰富 生动的画面 数据通信系统 数据通信系统分类无线通信有线通信网络通信 数据通信系统 数据通信系统分类无线通信 无线电台 微波通讯 GPRS CDMA 卫星通讯等有线通信 PSTN 同轴电缆 电力载波 光纤等网络通信 Internet 局域网等 数据通信系统 通信系统选择依据站点重要性 对通信实时性要求是否需要实现远程控制功能通信系统运营成本和建设成本 通信系统稳定性和可靠性对于重要站点 如调度控制中心 门站等 采用有线DDN为主 无线GPRS CDMA为辅方式 对于一般站点 如管网调压站 专用调压站 大用户 管网监测点等 仅采用无线GPRS CDMA通讯方式 通讯系统 中心网络设备拓扑图

10、数据通信系统 通讯方式比较 数据通信系统 主要负责数据采集 逻辑控制 接受控制指令对设备进行控制 下位站控系统按照是否配置上位监控系统可分为有人值守站和无人值守站 站场数据采集 显示流程 趋势 过程控制 连锁保护 计量 数据存储等 数据上传调度中心 并接受调度中心下达的操作指令 监控参数包括压力 温度 过滤器差压 流量 清管球控制 泄漏报警 阴极保护 阀门状态 故障信号 热值分析 本地具有工艺数据显示 操作 报警等人机界面 有人值守场站 监控参数包括压力 温度 过滤器差压 流量 清管球控制 泄漏报警 阴极保护 阀门状态 故障信号 数据上传调度中心 并接受调度中心下达的操作指令 无人值守场站 监

11、控参数包括压力 温度 过滤器差压 流量 清管球控制 泄漏报警 阴极保护 阀门状态 故障信号 数据上传调度中心 并接受调度中心下达的操作指令 无人值守场站 SCADA系统特性 系统开放性和可扩展性 系统稳定性和可靠性 平衡可靠性和投资平衡 数据完整性 调度中心先进性设计 如何对采集的数据进行分析和应用 例如以SCADA系统实时数据为核心 实现管网调度综合管理 调度方案辅助决策 用气计划 实际用量和预测动态管理 管网产销差动态跟踪 管网生产设施全生命周期维护等 燃气SCADA系统建设需要从以下几个方面进行考虑 SCADA系统特性 1 场站检测仪表和执行机构等设备因质量问题存在误差或不可靠 2 站控

12、系统硬件设备故障 3 站控系统控制软件开发不完善或不合理 4 调度中心硬件故障 5 调度中心SCADA软件平台不稳定 6 调度中心软件开发不完善或不合理 7 调度中心和站控系统通信网络不稳定 8 调度中心网络遭病毒或黑客攻击 9 设备安装和施工不规范也是造成系统不稳定潜在的威胁 10 系统维护管理不规范 影响系统稳定性和可靠性主要因素有以下几个方面 硬件设备选型现场仪表 站控系统设备 网络设备 调度中心硬件都要选用质量可靠 并有在行业内有成功应用被证明是可靠的设备 并要有完善的售后服务保障体系的产品 同类型的产品尽量进行标准化 减少备品备件的类型 利于售后维护 要根据用户的需求选用性价比高的产

13、品 不能一味的追求可靠性而不考虑成本 航天能源利用积累的经验 开展了一系列的标准化工作 其中就包括硬件设备选型的标准化 已形成航天能源 设备选型配置表 设置高 中 低的硬件配置 软件设备选型运行于UNIX LINUX平台的SCADA系统软件 该类软件目前在燃气行业 应用的主要有美国TRANSDYNCDYNAC软件 加拿大TELVENT平台软件 运行于WINDOWS平台的SCADA软件 该类软件目前在燃气行业主要有SIEMENSWINCC GE IFIX 通过价格 性能 维护等方面的综合比较 大的燃气SCADA监控系统 由于对系统安全性 稳定性要求高 建议采用基于UNIX LINUXSCADA平

14、台软件 而对于小的燃气SCADA系统采用基于WINDOWSSCADA平台性价比更高 冗余系统设计在选用可靠的软件平台基础上 为了提高系统的稳定性和可靠性 在设计过程中可以考虑采用冗余方案提高系统稳定性和可靠性 冗余设计包括以下几个方面 站控系统冗余 对重要的场站 比如门站 储配站 电厂调压站对控制系统要求高的场合需要采用冗余的PLC控制系统 通信网络冗余 为提高通信稳定性 SCADA系统通信系统可以采用冗余设计 当主通信通道发生故障时系统能自动切换到备用通信通道 由备用通道来传送数据 SCADA服务器冗余 对于城市燃气SCADA系统 调度中心SCADA服务器和通信服务器一般都采用冗余设计 一旦

15、主服务器出现故障 系统能自动切换到备有服务器 由备用服务器承担起数据通信和采集任务 冗灾中心设计 对于大的城市燃气SCADA系统 一般可以考虑采用双中心设计 既冗灾方式 当主调度中心出现灾难性事故造成调度中心软硬件无法正常运行失去调度功能后 能自动切换到异地设置的备用冗灾中心去 由备用冗灾中心承担起输配调度任务 通信软件设计通信做为数据传输的桥梁 因此通信机制的建立对SCADA系统数据完整性和系统稳定性起着至关重要的作用 为解决城市燃气SCADA系统无线GPRS CDMA通信网络不稳定性 我们开发了具有自主知识产权的SAEServerOPC通信软件 其具有以下特点 无站点限制 原则上可以同时接

16、受无限站点通信数据 每个站点通信相互隔离 不会出现站点多而通信速度变慢现象 具有良好的扩展性 通信服务冗余功能 通信服务器实现自动冗余切换功能 具有高可靠性和稳定性 主备通信切换功能 通信软件实现主备通信功能 一旦主通信信道出现故障 能实时自动切换到备用通信信道 采集数据同时送到SCADA系统和公共历史数据库中 ORACLE SQLSERVER 中 保证数据的稳定性和可靠性 监视通信状态 并将通信状态送到DYNAC软件显示 远程RTU设计对于城市燃气有大量的远程无人值守站 一般都采用无线GPRS CDMA通信方式 无线通信方式一般都采用3 5分钟发送一组实时数据到中心 一旦通信中断就会造成数据丢失 同时一旦现场发生报警信息调度中心只能隔3 5分才能收到报警信号 为了解决无线通信存在该问题 我们对现场控制器RTU用嵌入式C语言开发一套控制程序 完全解决了无线通信过程数据可能丢失和实时报警的功能 该控制程序具有以下特点 就地数据存储和补传功能 通信采用无线通信方式 一旦通信中断通过RTU就地存储数据 当通信恢复后利用数据传输间隔将存储数据补传到中心SCADA系统中 保证了数据完整性 加速采