1、天然氣管道數據采集與監(jiān)控SCADA系統(tǒng)培訓,成都華泰燃氣設備有限公司,成都華泰燃氣設備有限公司,講解員：何剛,,SCADA系統(tǒng)簡介,01,一,,SCADA系統(tǒng)組成結構,二,,SCADA系統(tǒng)功能,01,三,,SCADA系統(tǒng)應用領域,01,四,,城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,01,五,內 容 提 要,,LNG/CNG站控系統(tǒng)應用,六,引言：,現代輸氣管道自動化管理多采用SCADA系統(tǒng)。在國內外輸氣管道設計中，SCADA系統(tǒng)已成為的選擇，已成

2、為管道系統(tǒng)管理和控制的標準化設施，壓氣站、計量站、調壓站、LNG站、CNG站、清管站、陰極保護站等均由SCADA系統(tǒng)實行遙測、遙控。1997年建成的陜京輸氣管道是目前國內陸上第一條自動化程度較高的大口徑長距離輸氣管道，它采用的SCADA系統(tǒng)體現了國外90年代先進技術水平。我國西部開發(fā)戰(zhàn)略中擬建的西氣東輸工程，全長4000km，全線采用目前世界先進的SCADA系統(tǒng)進行監(jiān)視、控制、動態(tài)模擬及智能檢漏，該工程的建成，又將使我國天然氣長輸管道自

3、動化水平上一新臺階。,一、SCADA系統(tǒng)簡介,,一、SCADA系統(tǒng)簡介,1、1 系統(tǒng)概況：,,SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng),即監(jiān)測監(jiān)控及數據采集系統(tǒng)。是基于計算機、通訊和控制技術發(fā)展起來的一種數據采集與控制系統(tǒng)，是數字化管道的基礎。它可以對現場的運行設備進行監(jiān)視和控制，一實現數據采集、設備控制、測量、參數調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。,一、SCADA系統(tǒng)簡介,1、2

4、 發(fā)展歷程：,,SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng),全名為數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計算機技術的發(fā)展緊密相關。SCADA系統(tǒng)發(fā)展到今天已經經歷了四個階段。 （1）形成階段：SCADA系統(tǒng)的概念形成于60年代。 （2）成型階段：SCADA系統(tǒng)成型于70年代。 （3）功能階段：80年代，微機+PLC（PC）,功能強大。

5、 （4）網絡階段：90年代，網絡拓寬了應用范圍，管理自動化，更方便。,1、3 發(fā)展展望：,SCADA系統(tǒng)在不斷完善，不斷發(fā)展，其技術進步一刻也沒停止過。當今，隨著電力系統(tǒng)、鐵道氣化系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)需求的提高以及計算機技術的發(fā)展，為SCADA系統(tǒng)提出新的要求，概括地說，有以下幾點：（1）SCADA/EMS系統(tǒng)于其它系統(tǒng)的廣泛集成；（2）專家系統(tǒng)、模糊決策、神經網絡等新技術研究的應用；（3）面向對象技術、Interne

6、t技術及JAVA技術的應用；,一、SCADA系統(tǒng)簡介,,二、SCADA系統(tǒng)組成結構,,2、1 系統(tǒng)組成：,（1）系統(tǒng)結構 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即監(jiān)測監(jiān)控及數據采集系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)具有三層結構，它包括調度中心、通信處理機和RTU。（2）網絡結構 主要功能：在網絡中的所有用戶可以共享全部或部分信息資源，實現硬件、軟件和數據共享。（3）硬件

7、配置 SCADA主機、操作員工作站、打印機、數據庫、UPS電源、通信處理機、網絡服務設備。（4）軟件配置 操作系統(tǒng)軟件、SCADA系統(tǒng)軟件、應用軟件。,2、2 系統(tǒng)結構：,二、SCADA系統(tǒng)組成結構,,3、1 調度控制中心概況：,調度控制中心簡稱DCC，DCC作為SCADA系統(tǒng)最高級別的一層，主要負責采集所有現場RTU的數據及系統(tǒng)數據庫的生產，對整個系統(tǒng)的工藝生產進行管理，優(yōu)化，決策及控制。 調度中心負責對全線

8、進行集中監(jiān)視、控制和調度管理。包括以下幾個部分：1、調度中心實時服務器：主要是進行數據的采集和處理；2、數據庫服務器：進行數據的存儲及網絡發(fā)布（WEB）功能；3、設置兩臺工作站：實現系統(tǒng)數據的查詢、處理、設置、報表、打印等功能，兩臺工作站可以顯示不同的畫面；4、短信報警系統(tǒng)：可以將重要的報警信息發(fā)送到相關人員手機上，保證系統(tǒng)重要報警信息的快速處理。5、UPS電源：為調度中心提供后備電源，保證數據完整性。,三、SCADA系統(tǒng)功能

9、,,3、2 遠程終端單元概況：,遠程終端單元（RTU）是一個術語，用來描述不僅能用就地控制層，是實現現場數據采集、計量、報警、停車保護、控制、顯示與打印的黑匣子。它作為SCADA系統(tǒng)現場終端能按要求實時向主站發(fā)送信息，并接收來自主站的控制指令與信息，實現遠程控制。各種SCADA系統(tǒng)中所應用的RTU功能與組成各不相同。,三、SCADA系統(tǒng)功能,,3、3 通訊方式概況：,調度中心與遠程監(jiān)測站之間采用以太網或者無線CDMA、GPRS、3G網絡

10、通信，其實施要根據該SCADA系統(tǒng)的規(guī)模大小，一般選擇網絡為，調度中心與站控系統(tǒng)采用以太網方式通信，與遠程管網監(jiān)測端站采用無線CDMA、GPRS方式通信，無線一般我們首選中國移動GPRS通訊方式。 采用GPRS通信，調度中心需申請公網IP地址或者固定域名，各監(jiān)測端站均配SIM數據通訊卡。為用戶節(jié)省大量的運營費用，用戶只需支付各監(jiān)測端站相應的GPRS費用即可。,三、SCADA系統(tǒng)功能,,4、1 應用領域概況：,由

11、于各個應用領域對SCADA系統(tǒng)的要求不同，所以不同應用領域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也就不完全相同。 在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應用最為廣泛，技術發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現已經成為電力調度不可缺少的工具。它對提高電網運行的可靠性、安全性與經濟效益，減輕調度員的負擔，實現電力調度自動化與現代化，提高

12、調度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。 SCADA在鐵道氣化運動系統(tǒng)上的應用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運輸的調度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化SCADA系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計算機的發(fā)展，不同時期有不同的產品，同時我國也從國外引進大量的SCADA產品與設備，這些都帶動了鐵道電氣化運動系統(tǒng)向更高的目標發(fā)展。,四、SCADA系統(tǒng)應用領域,,城市燃氣SCADA系統(tǒng)是一個安全可靠、技術先進、性能穩(wěn)定、操作

13、方便、易于擴展及開發(fā)、經濟合理、性能價格比高的，適于天然氣管道工程的SCADA系統(tǒng)。它實現燃氣管網和場站的數據采集、監(jiān)視、控制和管理，為生產運行的科學管理和調度提供科學的依據。,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,引言：,5、1 系統(tǒng)概述：,城市燃氣有限公司擁有天然氣配氣門站一座，中高壓調壓站3座，閥室6座，區(qū)域和專用調壓站、柜400余座，中、低壓天然氣管網500余公里，擁有近10萬居民用戶和工福戶400余戶。包括以下幾個部分：（

14、1）調度中心1個；（2）配氣門站站控系統(tǒng)；（3）有人值守調壓站（柜）3座，站控系統(tǒng)；（4）閥室6個RTU終端；（5）無人值守調壓站（柜）5座RTU終端；（6）民用戶16座RTU終端；（7）工福戶10座RTU終端；,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、2 系統(tǒng)網絡結構：,城市燃氣SCADA系統(tǒng)是采用以計算機網絡為核心構成三級式的監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)。系統(tǒng)網絡中的主要元素為調度監(jiān)控中心、高壓輸配門站、遠程站（高/中壓調壓站、區(qū)

15、域和專用調壓站、調壓箱、閥室）。本系統(tǒng)為三級分布式控制系統(tǒng)：一級：調度中心為系統(tǒng)控制管理級，負責數據的處理和監(jiān)控。二級：帶有本地站控系統(tǒng)的門站和高中壓調壓站為系統(tǒng)過程控制級，負責現場數據采集和設備控制。三級：分布于各個管網端站的RTU為遠程檢測控制級。三級：系統(tǒng)通過有線或有線通訊網絡有機地結合在一起構成一個完整的數據采集和監(jiān)控系統(tǒng)。 調度中心網絡監(jiān)控系統(tǒng)通過遠程RTU對城市燃氣的管網和場站的工藝參數進行數據采集

16、和監(jiān)控，遠程RTU設備完成對管網和場站的工藝流程、控制設備的數據采集、控制、天然氣流量計算，將數據上傳到調度中心，并執(zhí)行和接受調度中心的指令及下傳的數據。,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、3 整個系統(tǒng)網絡圖：,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、4 調度中心網絡圖：,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、5 門站、有人值守調壓站網絡圖：,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、6 無值守調壓站網絡圖：,五、城市燃氣SCADA系

17、統(tǒng)應用,,5、7 通訊方式：,在調度控制中心、門站、高中壓調壓站采用有線（光纖）為主，無線（GPRS）為備用的組網方式，以保證這些重要站點通訊的可靠性、穩(wěn)定性。在數據吞吐量較小、實時性要求不高、有線通訊網絡覆蓋不到或單獨為此敷設線路不經濟的區(qū)域或站點如：各類調壓站、中/低壓站、調壓箱、管網監(jiān)測點等）僅采用無線（GPRS）的通訊方式。,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、8 軟件產品：,本系統(tǒng)選用Wonderware公司的INTO

18、UCH軟件作為二次開發(fā)的組態(tài)平臺，Wonderware是全球最大的工控軟件公司之一，提供全面的工業(yè)企業(yè)解決方案，與IndustrialSQL Server和SuiteVoyager相配合，可以無縫地實現與管理信息系統(tǒng)的鏈接。 軟件產品分配表如下表：,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、9 系統(tǒng)功能：,本系統(tǒng)的主要功能如下：數據采集和處理。全線輸氣襲人及各站的啟動和停輸。數據的顯示包括工藝流程的動態(tài)顯示，趨勢圖顯示。

19、報警顯示、管理以及事件的查詢、打印。將數據傳送到歷史數據庫中。為其它管理系統(tǒng)如模擬仿真系統(tǒng)、MIS、GIS、Call Center等提供平臺接口，進行數據交換、數據共享，實現與GIS、MIS或Call Center等系統(tǒng)的集成。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、10 顯示功能：,調度中心對采集到的各種數據，子啊顯示屏上以畫面、報表、圖像的形式動態(tài)顯示系統(tǒng)的工藝過程、參數、設備狀態(tài)。顯示屏幕上可以顯示當前監(jiān)測的數據，亦可顯示

20、歷史數據（趨勢曲線）；顯示時，可以通過顏色變化、百分比、色標填充等手段增強畫面的可視性。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、11 數據存檔功能：,本系統(tǒng)的數據庫采用Wonderware的IndutrialSQL Server數據庫，它是適用于工廠數據的高性能的實時關系數據庫，內嵌Mircosoft SQL Server，他們之間的集成時完美無縫的。在遠程客戶端，可以使用于Mircorosoft SQL Server相同的訪問工具和

21、方法直接訪問IndutrialSQL Server。 本系統(tǒng)中，INSQL SERVER直接從IOSERVER上讀取實時數據進行儲存，儲存周期為30秒，這種方式下，只需要運行采集服務器（IOSERVER），工程師站和操作員站運行是否都不會影響歷史數據的儲存，從而保證了歷史數據的完整和可靠性。 客戶端可以通過ODBC直接進行訪問和查詢。對于未進行采集的數據可提供一個數據錄于窗口進行補錄。

22、,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、12 簡單調度元素的分析：,調度中心系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的管理中樞，而調度人員又是調度中心系統(tǒng)的執(zhí)行者，因此如果調度系統(tǒng)能夠為調度人員提供一些參考信息，幫助調度人員更加科學、合理管理整個管網的運行，將會節(jié)約能源，減少不必要的浪費，增加經濟效益。例如，根據現場上傳的運行數據，經過計算分析，可以得出高峰段用氣量。通過分析能夠提供以下信息：計算管網動態(tài)量比；計算日、月、年累計流量；計算長輸管線輸差率；

23、 計算管網平均壓力、最低點壓力；計算高峰段的用氣量；,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、13 數據存檔功能：,調度系統(tǒng)對存放在數據庫中的數據，可進行最大值、最小值、平均值、偏差值、累計值和其它各種特殊的運算處理。并可根據需要，生成各類報表、趨勢曲線、實用圖表，包括即時報表、日報、月報、年報、各類趨勢曲線、棒（餅）狀圖等等。 系統(tǒng)具備報表自動生成功能，即操作人員利用系統(tǒng)提供的實用程序，通過簡單的人機對話

24、或定時功能，可以錄入天氣情況、值班人員、交接班日志、當日班故障分析及處理等信息，就可完成各類報表的制作工作，并具有定時打印和隨機打印功能。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、14 報警功能：,實時報警：當故障發(fā)生時，發(fā)生聲光警報，顯示故障點和故障狀態(tài)，可按照報警等級做出相應反應，記錄故障的信息，并在顯示畫面上提示處理故障的方法。報警打印自動打印故障記錄。 歷史報警：通過INTOUCH本身自帶的Alarm DB L

25、ogger Manager，可以自動將報警和操作信息存入標準的SQL 2000數據庫中（以服務方式運行）。通過ODBC方式可以查詢任意時間段的報警記錄。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、15 操作權限：,系統(tǒng)具有多級操作權限，統(tǒng)一級別的用戶具有相同的權利。比如對于一些控制功能，必須具有一定級別的操作員才能夠進行操作。 本調度系統(tǒng)的工作站劃分多個操作權限。 系統(tǒng)管理員：系統(tǒng)所有畫面的瀏覽、操作、數據

26、輸入及系統(tǒng)的修改和維護。 調度人員：系統(tǒng)所有畫面的瀏覽、操作和數據輸入。 其他人員：系統(tǒng)所有畫面的瀏覽。 發(fā)布的Web網頁只有授權用戶才可以瀏覽，其他無權用戶無法進入和瀏覽這些網頁。具體的用戶名稱和密碼將由用戶提供。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、16 WEB的發(fā)布：,從方便用戶的要求出發(fā)，系統(tǒng)接口統(tǒng)一采用WEB方式，通訊用戶計算機上安裝的瀏覽器軟件，如IE瀏覽查詢下列信息：實時數據

27、的瀏覽；生產報表的瀏覽；歷史數據的查詢； 系統(tǒng)的介紹；,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、17 SCADA SERVER冗余：,對于調度中心的服務器來講，兩臺IO服務器是冗余的，如果一臺服務器故障，另一臺服務器承擔所有實際工作，而不影響系統(tǒng)的操作。 INTOUCH可以很容易的配置冗余或熱備，它并不是作為一個功能放入到INTOUCH中的，而是INTOUCH自身的體系結構決定了隨時可以將INTOUCH

28、配置成冗余或熱備。 INTOUCH與其它HMI軟件使用的最大區(qū)別是在I/O通訊方式上，INTOUCH使用I/O Server與I/O設備通訊，其它HMI軟件使用I/O Driver與I/O設備通訊。I/O Server與I/O Driver是兩個不同的概念，I/O Server是獨立的，而I/O Driver必須與其它HMI軟件相關。這就是為什么其它HMI軟件必須要增加一個功能才能配置冗余或熱備。換句話說，

29、INTOUCH自身的體系結構決定INTOUCH與生俱來的冗余或熱備“功能”；然而大部分軟件需要增加功能才能完成冗余或熱備。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,5、17 SCADA SERVER冗余：,INTOUCH通過I/O Server與RTU通訊，I/O Server可以和INTOUCH安裝在同一臺計算機上，也可以分布在位于同一個以太網上的不同計算機上。INTOUCH用I/O Server內置的點SRATUS監(jiān)視I/O Serve

30、r與RTU的通訊；用INTOUCH內置的主題（Topic）監(jiān)視INTOUCH與I/O Server的通訊。 INTOUCH熱備冗余的基本方法是：配置（在不同的計算機內）2個以上的I/O Server，正常時只有I/O Server與I/O設備通訊，INTOUCH通過主I/O Server與I/O設備通訊。INTOUCH不斷監(jiān)視的狀態(tài)，一旦發(fā)現主I/O Server有問題，INTOUCH立即自動轉到備用I/O

31、Server。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,結束語：,系統(tǒng)建成后，工作人員可根據系統(tǒng)提供的信息全面、實時掌握系統(tǒng)運行參數和狀況，最好地解決供需矛盾。以滿足工業(yè)及民用的需要。 燃氣是易燃易爆氣體，要求生產、輸配絕對安全，本系統(tǒng)提高了調度人員發(fā)現事故和分析事故的預見性，一旦出現異常，可以及時采取有效措施，防止事故的發(fā)生和蔓延，從而保障了國家與人民財產的安全，具有顯著的安全效益。同時，系統(tǒng)建成后，可以根據運

32、行狀況及各環(huán)節(jié)的運行數據等相關信息，進行綜合分析、優(yōu)化調度，編制合理、經濟的供氣方案，節(jié)約了氣源，人力、物力，減少了對環(huán)境的污染。,,五、城市燃氣SCADA系統(tǒng)應用,,引言：,站控系統(tǒng)具有高可靠性和盡可能強的系統(tǒng)能力，包括：數據采集、安全監(jiān)視、系統(tǒng)調節(jié)控制、系統(tǒng)自動診斷、對生產區(qū)內可燃氣體泄露進行監(jiān)測報警等功能。站控系統(tǒng)在實時接受調度中心監(jiān)控的同時，還應具備足夠的自我支持運行能力，以確保系統(tǒng)的可靠性。調度控制中心的調度和操作人員能通過操

33、作員工作站提供的管道系統(tǒng)工藝過程的壓力、溫度、流量、水分含量等信息，完成對管道全線的監(jiān)控及運行管理。,六、LNG/CNG站控系統(tǒng)應用,,6、1 站控系統(tǒng)概況：,LNG/CNG站控系統(tǒng)是以計算機為基礎，以可編程控制器PLC為核心，對現場儀表進行數據采集與控制，以無線通訊模塊DTU為傳輸載體，將現場數據上傳至SCADA系統(tǒng)，構建起無線遠程控制系統(tǒng)。LNG/CNG站控系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)的基礎，它可以對現場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現數據

34、采集、設備控制、測量、參數調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。,,六、LNG/CNG站控系統(tǒng)應用,,6、2 系統(tǒng)組成：,站控中心自控系統(tǒng)：包括1臺工控機、1臺打印機、1套UPS電源、操作臺；PLC控制系統(tǒng)：包括可編程控制器PLC、電源、擴展模塊、控制柜、端站、信號線、接地端子排等等；GPRS通信：1套無線通訊模塊；防雷系統(tǒng)：電源避雷器、浪涌保護器；,,六、LNG/CN站控系統(tǒng)應用,,6、3 系統(tǒng)功能：,本系統(tǒng)的主要功能如下：對站內工

35、藝參數進行集中顯示、記錄、報警，顯示運行狀態(tài)、動態(tài)趨勢、工藝模擬流程圖。對流量進行顯示和打印報表，報警、事件信息顯示及打印。對需要進行安全保護操作的工藝設備進行安全連鎖控制。 遙控電動切斷球閥。控制系統(tǒng)操作方式選擇。,,六、LNG/CN站控系統(tǒng)應用,,6、4 配置圖：,,六、LNG/CN站控系統(tǒng)應用,,6、5 工藝流程圖：,,六、LNG/CN站控系統(tǒng)應用,,6、6 HMI界面功能：,人機界面的主要功能如下：工藝控制：顯示現場工

36、藝流程，并有權限的操作員可在線控制儀表；系統(tǒng)參數：顯示現場采集儀表數據；系統(tǒng)結構：顯示站控系統(tǒng)構建； 趨勢曲線：顯示現場采集儀表數據趨勢圖，分實時和歷史趨勢曲線；歷史查詢：顯示現場采集儀表數據，可以查詢以前的歷史數據；,,六、LNG/CN站控系統(tǒng)應用,,安全報警：顯示現場采集儀表是否正常運行狀態(tài)，是否出現報警；打印報表：顯示現場定義的日報表、月報表、年報表和自定義報表；用戶管理：顯示站控系統(tǒng)的用戶權限； 儀表顯示：顯示現場