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1、输气管线SCADA系统设计摘要：SCADA系统是基于计算机，通讯和控制技术发展起来的，是实现管道数字化的基础。本文通过研究SCADA系统的现状、发展趋势，阐述了SCADA系统功能、技术要求以及系统基本配置。对SCADA系统中心控制级和站场控制级系统基本配置分别从软件和硬件方面进行详细研究。通过对目前常用的管道SCADA系统的分析，重点研究了输气管道SCADA系统的设计。结合SCADA系统的发展趋势。关键词：SCADA系统；数据采集与控制系统；数据通讯。The Design of Oil and Gas Pipeline on SCADA SystemAbstract：With the deve
2、lopment of the computer, communications and control technology, SCADA system becomes the basis of pipeline digitization This paper studies the SCADA system of current situation, development trend, and introduces the SCADA system function, technical requirements and basic system. For the SCADA system
3、 center control level and station control level basic system respectively from the hardware and software are introduced in detail. Based on the currently used pipeline SCADA system analysis, focus on the gas pipeline SCADA system design. Combined with the characteristics of SCADA system.Key words:SC
4、ADA system；Data Acquisition and Control System；Data Communication1前言1.1国内SCADA系统研究现状在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟，它作为能量管理系统(EMS系统)的一个最主要的子系统，现已经成为电力调度系统不可缺少的部分。SCADA系统对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平方面有着不可替代的作用。西南交通大学研究了J2EE平台技术和基于J2EE平台的开源框架技术在电力SCADA系统中的应用，根据基于J2EE多层体系结构B/S设
5、计思想，结合Struts和Hibernate等开源技术，设计了基于客户层、中间层及数据层三层结构的电力SCADA系统。华中科技大学对现有的基于Windows系列平台变电站、电站监控系统HG2002进行研究，分析变电站自动化系统的结构和功能，论证了电力组态软件跨平台运行的可行性，设计并开发了基于UNIX系统的图形绘制模块及人机交互模块。上海市北煤气公司建成以监控中心信息管理系统网络、监控与数据采集系统网络、储配站高中压调压站的场站监控系统网三层网络为基础的市北煤气管网调度系统，其场站采用AB、SIEMENS等公司的PLC作为现场控制设备，以CDMA20001X网络作为调度系统通信网络，并采用Wo
6、nderware公司Intouch工控平台作为上位机监控系统调度平台，该系统落成后承担上海市北片地区的供气任务。山东大学以济南港华燃气公司天然气管网安全监控系统作为研究对象，分别通过对调度控制中心运行计算环境结构、组态软件技术、大型关系数据库技术的综合研究，开发了以C/S、B/S混合三层计算结构的燃气管网SCADA系统.1.2 SCADA系统的发展趋势随着行业应用的不断拓展与加深以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，可概括为以下几点：(1) SCADA系统与其它系统的集成SCADA系统大量的实时数据，同时MIS等系统中都需要用到实时数据，所以SCADA系统如何与其它非实时系统的集
7、成成为SCADA研究的重要课题；现在SCADA系统已经成功地实现与企业MIS系统的集成，SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向。(2) 专家系统、分析应用软件的开发与应用利用分析应用软件模拟SCADA系统的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况分析出最优化的运行方式，以达到合理、经济地进行系统调度、提高运输效率的目的。(3) 面向对象技术、Internet技术的应用面向对象(Object Oriented,OO)方法是一种非常实用的软件开发方法，现在已经成
8、为计算机科学研究的一个重要领域，并逐渐成为软件开发的主要方法。面向对象方法以客观世界中的对象为中心，其分析和设计思想符合人们的思维方式，分析和设计的结果客观世界的实际比较接近，容易被人们所接受。面向对象技术包括面向对象分析(Object-Oriented Analysis,OOA)及面向对象设计(Object.Oriented Design,OOD)。基于COM/DCOM技术开发的OPC Client/Server就是利用面向对象技术，应用于SCADA系统服务器数据库与分析应用软件的数据接口软件。随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台，将浏览器技术运用于SCAD
9、A系统，将浏览器界面作为调度自动化系统的人机界面，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利。2 输气管SCADA系统的概述2.1 SCADA的基本组成1) 远程终端设备（RTU）2) 通讯系统3) 主站计算机（包括硬件和软件）。2.2输气管SCADA系统功能1) 连续扫描所有的边远设施；2) 保存SCADA系统数据库；3) 生成彩色VDU数据及图表显示；4) 提供所有的模拟信号高、低极限报警；5) 提供所有的油罐液位数据输入，高、低极限报警；6) 在VDU上显示状态及报警，用声音报警并在报警打印机上打印报警；7) 传递控制信号，由管线操作人员通过控制键盘向边远地区传送泵站、末端设施的控
10、制功能；8) 在控制室的打印机上打印所有操作人员启动的控制、通信报警；9) 询问所有的油罐液位传感器及传输诸如液位、温度和总体积等数据；10) 提供三种模式（PID）模拟控制回路及所有干线泵的逻辑顺序控制；11) 打印管线数据如流量、吸入排除压力、监测输送体积总量的时、日、月报告；12) 将系统操作数据格式化以便传送到会计、计划计算机系统；13) 根据每一管段的进出流量计量（自动进行温度、压力补偿）提供泄露探测监视和报告；14) 与油品界面追踪作业相结合，提供日、周管道计划能力；15) 在系统计划扩建阶段，提供泵站和末站动力优化的报告；16) 在系统计划扩建阶段，提供自动化仪表校正基础；17)
11、 在系统计划扩建阶段，提供动态泄露探测、瞬时模拟的报告。3 输气管线的典型SCADA系统3.1 系统的基本配置SCADA(监督控制和数据采集)系统是一种以监督为基础的计算机控制系统。它能收集远处现场的操作信息，井通过通讯线路将远方信息传送到控制中心；控制中心的操作员通过这些信息，向各站的主要设备发布监督性质命令。SCADA系统的主要组成部分，包括远程终端设备（RTU），主站计算机（报矿软硬件），操作装置，数据显示装置及有关外围设备。使用SCADA系统的主要目的，是对地域分布非常分散的设施提供连续监测，并从中央控制室对远程设施进行操作控制。采用SCADA系统可以提高工作效率，减少部分开支。操作报
12、普的及时报告，可避免因过失操作而产生重大经济损失。输气管线SCADA的配置如图3-1所示。图3-1 输气管线SCADA的配置第一级控制系统是现场检测压力 、差压、温度、气体组份分析仪,分析仪,露点分析仪等仪表。第二级为就地控制系统，主要为就地控制计算机，亦包括清管站的RTU)远程终端设备。可以完成就地阀门的开关，对场站设备的监控及中源监控等。 第三级由中央控制室的主站计算机构成.主要完成对各站的指挥调度，它是全系统的控制中心。管道调度员可根据中控室的显示终端监视管线操作系统工作情况和报警。所有的数据显示均以表格形式出现，做到数据清晰，报警准确。相关资料将从中央控制室的打印机打印出来。系统功能:
13、1) 连续扫描场站的所有设施；2) 保存ScADA系统数据库；3) 生成数据并显示；4) 提供所有模拟信号的高低极限报警；5) 显示报警，并对报警设备记录；6) 传递控制信号，由管线操作人员通过计算机对各阀进行控制；7) 打印管线流量的报表(包括瞬时、日、月、年)。3.2 远程终端的配置功能 根据各站的用途不同，输气管线的终端配置也不尽相同.首站和末站主要用于计量以及对阀门状态的控制，同时对站的电力系统进行监控。所以首、末站的主要功能是:1) 模拟输入主要是压力、差压、温度以420mA电流形式提供给RTU，RTU处理后存入到RTU的数据库。其间对压力、差压等信号与报警信息进行比较。2) 离散输
14、入，主要指阀门的开/关状态的输入，当由RTU读入时首先检查报警状态并存入数据库:3) 串行输入，主要对分析仪，气体色谱仪，露点分析仪传来的数据进行分析后存入数据库。4) 控制输出，对SCADA各级控制操作员发出的命令经RTU输出相应的控制动作。3.3 SCADA系统的数据通讯输气管道的SCADA系统通讯主要采用光缆，传输率快。SCADA系统的数据必须加以保护并加密.以防任何位或位组损失，因此系统的基本要求是把数字数据，如16位字格式的数据.从主站传愉到远程终端装置以及从远程终端装置传输到主站，传输的数据(字)必须以“1和“0”同样的顺序来接收，以防止远程终端应管有误。在线路传输的带宽可以满足传
15、输要求；在数据交换方面协议标准为通用的国际信息交换标准。(ASCII)它不但应用于数据终端和调制解调器，而且应用于RTU与远程终端间的数据交换。由于SCADA系统就其主站和远程终端装置之间信息交换和应答，就信息交换顺序的特点来说属于半双工系统。因此以电话线方式传输就可满足数据交换的要求，而通讯接口的标准一般采用RS232C标准。3.4 输气站站控部分3.4.1 功能与特点（1）计量功能：本系统采用流量积算仪作为天然气计量仪表，测量显示精度0.5，完全能够满足天然气计量需要。流量计算仪中的参数设置简单、透明，保证了计量的公平、公正、公开。流量计算仪还具有强大的通信接口，通过通信接口将差压、压力、温度、流速、累计流量等重要计量参数传输到上位机，并在上位机操作界面中显示，方便值班人员对计量过程的监控。（2）人性化生产操作界面：根据输气站站场实际情况设计的操作界面具有简明、直观和便于操作的特点，并且能够实时显示现场计量参数、进出站压力、进出站温度、地温、重要电动球阀状态等一系列重要生产数据，值班人员通过查看计算机操作界面便可全面了解现场生产情况。另外，通过操作界面可以对现场重要电动球阀进行控制，特别是在紧急事故发生时，值班人员在控制室里能够快速完成电动球阀的开关工作，提高了生产的安全系数。（3）强大的报警功能：系统中采用声光结合的报警方式，并加以文字在操
