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1、S C A D A 系统在燃气调度的应用南京港华燃气有限公司李胜华、贾桂华、李劲松一、南京港华S C A D A 系统的发展历程 南京港华燃气有限公司( 前身为南京煤气总公司) 成立于1 9 7 0 年5 月，是南京市区唯一获 准进行生产、储配和销售管道煤气和天然气的特许经营商。经过几十年的发展，我公司已经拥有民用户4 6 5 万、工商营团用户1 0 2 6 户，年供气量折合天然气达到2 4 亿m 3 ，在国内燃气供应行业中位居前列。 集中供气管网是现代化城市的基础设施之一，在城市建设中有着极其重要的位置。对于如此大 规模的用户群体，寻求最佳的供气管网运作方式，对于改善人民生活、减少城市环境的
2、污染、节约能源、促进工业的发展，有着极其重要的作用。随着近年来南京都市现代化的发展，城区 范围的扩大，城市供气管网在逐步向外围延伸，用户还在不断增加。因此，为确保城市供气管 网在供应过程中的合理调度及优化管理，需要建立燃气S C A D A 系统。我公司从上世纪八十年代末期开始进行数据采集系统的研究开发与应用，但是由于当时通迅技 术整体水平所限，数据的通迅是通过无线电台方式，这套系统一共有2 2 个站点，所传信号都是进口压力和出口压力信号，只有监测，没有任何控制。由于采用无线电台的方式，因此在每个站点顶部安装的大功率电台发射装置，同时为了保证信号的传输，天线的安装位置也很高，另外为了接收各站点
3、传输的信号，在公司楼顶安装接收信号接收装置。这种通迅方式除了存在现场施工非常困难的缺点外，还有系统易受外界干扰、通信速率低、误码率高、实时性差、数据传送量不大、信 号覆盖范围小、投资及运行费用高等先天不足，并且随着城市建设的发展，房屋建筑大量增加， 特别是高楼的增多，对无线电台的信号的阻隔，使得系统运行的可靠性大大下降，加上其在数据传送上仅限于压力信号，难以为我们的燃气调度提供全面的数据信息。随着科学技术的发展，尤其是现代通迅技术的突飞猛进，结合国家西气东输的实施，在建立南京城市天然气高压系统时，酝酿对整个公司的S C A D A 系统进行全面改造。新的S C A D A 系统从结构组成、站点
4、选择、上传信号、通迅方式、数据处理上经过多次专家论证，最终确定了目前的方案。在结构组成上，由设在公司的主调度中心和设在亚东的集控中心组成，两个中心之间用中国电信提供的2 M 专线构建成快速数据网，实现对实时及历史数据的互传。两个中 心互为冗余，互为备用，主备中心同时负责对全市燃气输配管网及各远程终端站进行数据采集 和数据处理分析，使调度员可以全面地了解全市高中低压燃气输配管网的运行情况。当其中任一中心有问题时，另一个能自动实现备用，担当起调度的各项职能：主调度中心有三台服务器、两个操作站兼工程师站，其中两个是d y n a c 服务器，一个是G P R S 服务器：亚东集控中心有两台服务 器，
5、一个主m a s t e rR T U ，两个操作站兼工程师站) 。在站点选择上，新的S C A D A 系统分为高中压管网和中低压管网，高中压管网包括1 个门站C N G 加气母站、7 个高中压调压站( 实际使用6 个) 和3 个高压阀室。中低压管网既保留了原来的2 2 个站点，根据实际需要，又增加了2 2 个新的站点，即由分布在全市具代表性的4 4 个中低压调压站组成：上传的信号除传统的进出口压力外，还有重要的流量信号、温度信号、市电供电情况、红外线报警、门禁信号、R T U 柜门报警、视频信号等，为加强对无法值守站的管理，还设置了对讲功能、路灯控制等，既满足了工艺要求，同时也满足了安全方
6、面的要求：至于通迅方式，高中压管网主通路使用的光纤，备用通路则是采用新兴的G P R S 无线数据传输技术：数据处理软件采用美国T R A N S D Y N 公司的D Y N A C 软件，对各站点的数据实时采集、系统管理、数据库管理、系统安全维护等。无论是系统的规模，还是从先进性、安全性、可靠性等各个方面比较，此次南京港华燃气调度S C A D A 系统在全国同类行业中均处于领先地位。二、S C A D A 系统的结构 主调度中心和亚东集控中心的拓朴结构基本相同，均是采用调度中心采用客户机服务器 ( C l i e n t S e r v e r ) 与浏览器朋艮务器( B r o w s
7、 e r S e r v e r ) 相结合的结构。系统采用冗余的以太网络，提高网络的可靠性。两台S C A D A 服务器冗余热备，正常工作时，两台S C A D A 服务器自动进 行合理分配系统任务。一台S C A D A 服务器出现故障或需要维修时，另一台自动承担全部的工作 任务，系统恢复正常后，镜像恢复全部的数据，并自动进行任务的分担。 调度中心的局域网采用交换式冗余以太网星型结构，网速为l O l O O M b 。局域网是标准的网络 系统，并提供适当的协议( 如T C P I P 等) ，能和已经存在或将来要配备的外部设备进行数据和资源的共享。 调度中心具有与外部网络交换数据的能力
8、。 l 、亚东集控中心的系统结构、中央路调度中心：S 口线I ：五类双绞线：光纤2 0由中国移动来专线三、S C A D A 系统的通信网络通讯系统是S C A D A 系统的重要组成部分，而随着现代通迅技术的发展，各种新型的通迅技术的 出现为S C A D A 系统提供了更多的选择，无论是调度中心与远程终端站之间双向数据传输，还是 调度中心与亚东集控中心之间数据和视频的交换，都是通过通迅网络来实现，因此在选择时既要考虑到目前的使用，随着今后S C A D A 系统的扩展，更要为系统增建R T U 站提供灵活、方便、模块化的解决方案。 综合考虑到系统的冗余功能和系统现状，南京港华的通迅系统如下
9、：高中压管网站点采用自主敷设光纤通信为主，G P R S 通信为备的通信方式。 中低压管网的站点采用G P R S 通信方式。 主调度中心和亚东调度中心之间用专数进行数据和视频的同步传输。 主中心与移动数据内网通过专线进行G P R S 接入数据传输。亚东集控中心的光纤网络五类双绞线光纤从上图中可以看出，亚东集控中心的通迅系统主要是通过光端机和自行敷设的光纤通路来实现 的，光端机完成集控中心与远程终端站之间的光纤通信链路。2 、高中压管网的备用链路和中低压管网的通迅都是通过G P R S 来完成的。G P R S ( G e n e r a lP a c k e tR a d i oS e r
10、 v i c e ) 是在现有G S M 系统上发展出来的一种新的承载业务，具有接入范围广、传输速率2 l高、接入时间短及提供实时在线功能、按流量收费等特点。南京高中压站点和中低压站点由于分布 位置分散、数量众多，如租用固定网D D N 专线将存在费用高、建设周期长的问题，而中国移 动基于G P R S 网络的无线通信方案，具有建设周期短、移动方便、使用费低、安全可靠等优点，成为通迅方式的首选。调度中心与移动G P R S 网络之间的连接是通过2 M 专线接入南京移动C M N E T7 2 0 6 专线接入路 由器，与南京阿尔卡特G G S N 通过G R ET u n n e l 方式相连
11、，移动公司为调度中心分配专门的A P N ，各种数据由此通过专线传至中央路的G P R S 服务器，再通过M o d b U S 协议与D y n a c 服务 器进行数据交换。G P R S 无线终端用动态I P 地址绑定，采用G R P S 无线方式与调度中心之间进行通信。移动公 司的A P N 只接受这些经过授权的无线终端的G P R S 模块的访问。G P R S 无线数据终端的动态 I P 地址由移动公司负责分配，我公司拥有1 2 8 个动态I P 地址，为今后系统用户的发展提供了 扩展的空间。3 、通过上述的通迅系统，可以实现： 当主调度中心，亚东调度中心都正常工作时，亚东集控中心
12、通过光纤与各高中压站点进行数据通迅，主调度中心S C A D A 服务器则通过电信数据专线与亚东集控中心进行通信，同步所有高中 压站点的数据，从而实现在中央路对各个高中压站点数据的监控。主调度中心通过G P R S 网络 与中低压站点进行通信，同样通过电信专线，亚东集控中心S C A D A 服务器可将由G P R S 网络获 得的所有中低压站点的信息传至亚东。 亚东调度中心严重故障，主调度中心正常工作时，主调度中心则通过G P R S 网络与所有站点进行通信。四、系统的功能 S C A D A 系统的中心关键软件采用的是美国T R A N S D Y N 公司的D Y N A C 软件，该软
13、件具有高可靠性 和优良的品质，采用开放式数据存取标准，如O D B C 或J D B C 模式协议( 数据源) ，使其它软件能 通过标准的数据接口方式访问S C A D A 系统的数据。该软件系统已具备一般S c A D A 的功能，如实时数据采集和处理、图形显示功能、报警管理功能、数据管理功能、报表及打印功能、数据库 管理功能及系统安全维护。由于采用的S C A D A 系统有极高的灵活及扩展性，远程站的发展可因 应日后天然气管网的扩展而增加，而中心系统的设备则毋需升级。一期及二期S C A D A 设计方案规模虽只含7 4 个远程终端站( 1 个门站C N G 加气母站、7 个高中压调压站
14、、3 个独立阀室、4 4 个中低压调压室但是系统的实际容量可达到数百个的远程终端站，因此可以灵活扩充配合燃气管网输配系统的发展。 1 、图形显示功能 该功能中包括全市的高中压管网监控点和中低压管网监控点的显示。实时数据采集和处理功能 报警功能，包括各种A I 、D I 的报警，同时对光纤的通断和G P R S 在线状态和激活状态等单独进 行处理，可以及时发现通迅系统的故障。 数据管理功能事件记录功能 报表及打印功能 系统安全维护功能 系统提供了多级别、多选择的用户设置，可根据不同的需求设置成操作员、工程师、系统管理员等级别。 远程诊断功能。通过增加远程诊断防火墙和特殊的软件配置，系统管理员可通
15、过广域网对系统出现的故障进行及时诊断，同时又确保在用网络的安全。 S C A D A 系统除兼备了燃气调度仿真和预测功能外，更提供数据接口为其它系统( 如G I S 及M I S ) 作数据交换，以方便连接至其它信息系统，预留作将来的功能拓展。五、总结南京港华S C A D A 系统工程从2 0 0 3 年9 月底开始建设，历时近两年，分一期( 高中压管网) 和 二期项目( 中低压管网) 分期建设。 系统建成后，由于供气管网综合控制及管理系统信息反馈实时性高，调度人员可根据系统提供 的信息全面、实时掌握系统运行参数和管网运行工况，最好地解决供需矛盾，以满足工业及民 用的需要。燃气是易燃易爆气体，要求生产、输配绝对安全。S C A D A 系统提高了调度人员发现 事故和分析事故的预见性，一旦出现异常，可以及时采取有效措施，防止事故的发生和蔓延，从而保障了国家与人民财产的安全，具有显著的安全效益。同时，系统建成后，可以根据管网 运行工况及各环节的运行数据等有关信息，进行综合分析、优化调度，编制合理、经济的供气 方案，使整个供气管网在最经济、最合理的情况下运行，供气在生产、储存、输配、供应、销 售过程中的组织管理工作也将合理化，工作效率大大提高，并将创造显著的经济效益。南京港华燃气有限公司 李胜华、贾桂华李劲松2 0 0 5 1 0 2 12 4
