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摘要：燃气管网是现代化城区的基础设施之一，在城区建设中有着极其重要的位置。寻求最佳供气管网运行方式，对于改善人民生活、减少城市环境的污染、节约能源、促进工业的发展都起着极其重要的作用。本文主要简介了SCADA系统及其设计原则，并分析了这个系统的主要功能，最后就这一系统的设计进行了探讨。
关键词：燃气；管网；SCADA系统；设计
随着城区现代化的发展，城区供气管网在逐步扩大，用户不断增加。为确保城区供气管网在运行过程中合理调度及优化管理，需要建设一个燃气输配管网数据采集与监控系统，以便保证管网安全、可靠、平稳、高效、经济地运行，提高管网的综合调度管理水平。
1SCADA系统的简介及设计原则
城市燃气管网（英文名为Supervisory Control And Data Acquisition，简称SCADA）系统，被应用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。
1.1先进性
系统建设应具备较高的技术起点，采用标准功能的组态软件和先进的系统，确保系统投资取得最佳效益，系统完成后可以达到国内领先水平。
1.2可靠性
应保证系统具有较长的生命周期。从发展角度考虑，任何系统在投入运行后都可能会有一些变更，因此系统必须具有良好的开放性。在软件和硬件的配置上能够灵活增减，具备强大的系统维护和诊断功能，保证系统安全可靠地运行。
1.3安全性
注意软硬件设计中各环节的安全保密性。系统应具有对主要环节的监控功能，并防止非法用户的越权操作。在设计中做好系统内权限的分级管理，使网络通信具有较强的容错和故障恢复能力。
1.4经济性
系统设计应在满足系统功能和用户需求的条件下，选用性价比高的产品。应提高系统数据处理的能力，如通过与公司内部网相联，向公司领导和有关部门提供大量的编制生产计划、管网规划和用户发展规划所需要的基础数据，从根本上改变凭印象和经验作计划、搞规划和搞生产的落后局面。
2系统功能
SCADA系统广泛应用于化工、石油、燃气、水利、电力等大范围长距离的工艺数据监控系统中。基于燃气管网的SCADA系统主要通过实时采集燃气管网生产数据、设备状态和报警信息，实现对城市管网的安全监控；通过远程控制场站及管线电动阀门等手段，实现对城市管网多气源、不同压力等级管网的输配调度管理，保证城市管网负荷平衡。燃气管网具有一些独特的功能。
2.1生产管理功能
显示城市管网总图的重要工艺数据、设备状态、设备参数，调压站工艺流程，工艺数据趋势显示，关键设备的操作；应急调峰分析功能，通过计算液化天然气调峰站内每个储罐内存储的气量值，计算出该调峰站内的总储气量，然后根据每个调峰站内每个储罐的气化能力来计算出当前所有液化天然气调峰站内的储罐总量可以持续使用的估测情况；计算全市次高压管网和高压管网储气量，根据计算数据来估算当发生供气事故时，保障重要用户供气的时问，以制定相应的调峰方案，保证安全稳定供气；通过SCADA系统的控制设备动态调整管网天然气的体积流量和压力，动态平衡天然气管网供气。
2.2安全管理功能
根据生产需要将报警分为一般报警、重要报警和严重报警，系统通过报警颜色和声音区别不同报警的级别。当发生报警时，系统自动弹出报警画面，报警记录具有查询功能。
2.3辅助管理功能
软件能自动记录系统运行记录，包括用户登录及系统操作信息，方便用户对事故进行分析和追溯；为保证系统运行安全，系统的权限管理以多用户和密码的方式实现；SCADA系统能自动生成各种生产数据报表，包括实时数据列表、日报表、月报表、年报表，供气和用气供销差分析报表等。
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3燃气管网SCADA系统的设计
3.1数据库的建立
本系统利用实时数据库作为数据存储容器，来构建整个SCADA系统。
根据系统功能的不同，把系统划分为不同的子系统，各个子系统管理整个系统中相对比较独立的功能。
根据子系统的不同功能，本系统利用实时数据库建立5个数据库实例，包括SCADA数据库，事件及报警数据库，权限数据库，历史数据库，调度数据库。这5个数据库中分别保存了各个子系统所需要的数据，子系统之间根据这些实时数据库来交换数据。
3.2数据采集及处理
数据的采集及处理主要针对实时数据。这些数据保存在SCADA数据库和事件和报警数据库中。实时数据的采集和处理是燃气企业安全生产的保障。数据采集及处理子系统从数据库中获取采集数据的方式，根据通讯配置连接到远程RTU或PLC，将数据采集入库。根据各种条件对数据进行处理，产生报警。产生的报警将被存储于事件及报警数据库中。对远程RTU或PLC进行监视，将它们的状态信息保存入库，并当它们出现问题时产生报警。并保存系统日志。
对SCADA系统的三类数据：数字点数据、模拟点数据和控制点数据进行采集和处理，以及相关事件和报警的处理，并详细讨论对相关通讯设备和采集设备的监视和控制。
3.3监控界面
监控界面设计本着界面简单、友好、易于操作的原则，从监控界面功能上划分为管网图、系统流程图、历史趋势、报警总览、报表打印、参数设定、登录系统、帮助等功能菜单。管网图主要包含站点的地理及管网信息、站点重要参数、重要报警等内容。系统流程图包含调压计量区工艺流程及工艺数据，具体功能设计时要求可以对有输出信号的阀门进行控制操作。点击画面上所有的模拟量，将弹出相应的趋势界面；画面上有反馈信号的阀门通过颜色变化来区分阀门是开还是关；鼠标点击任意一个流量计的图标，可以弹出流量计详细信息的放大界面；在界面上放置布置图按钮，点击此按钮可进入布置图界面；历史趋势主要针对调度人员关注的场站工艺参数，定制关联比较趋势图，从中发现管网压力、流量的相关性，对安全事故进行预警和事后事故分析等。
3.4通讯系统
通信系统接入方式包括：
远程数据终端的接入。即远程终端站通过DTU采用APN网络接入，APN针对相关行业用户使用。APN用户通常在一个组内，需要设定用户名和密码，具有更好的安全性，适用于行业用户。
调度中心的接入。SCADA系统调度中心采用专线方式接入GPRS网络。
数据通讯管理。通讯系统采用点对多点、轮询与自报相结合的工作方式。通讯处理机通过TCP/IP端口连在中心的以太网上，接受实时数据服务器针对远程终端站的轮巡命令，将轮训指令下发远程终端站RTU；从远程终端站RTU读取的实时数据采集到通讯处理机中，并通过通讯处理机实现网络共享。
调度中心与其站点选用GPRS通信平台实现数据交换。GPRS通信以其“永远在线”和“按流量计费”的特点充分地满足了SCADA系统实时性需要，并且具有较高的性价比。GPRS无线通信避免了传统的无线电台通信设备投入花费大，易受人为、气候、建筑等因素干扰，不能多点同时相互通信等缺点，在SCADA系统得到了广泛和成熟的应用。调度中心的GPRS通信处理软件负责通信平台上的数据集中和通信管理。
在每个远程终端站都会配置一个GPRS的DTU模块与RTU的通讯口相连，每个DTU模块中设有唯一的ID号、授权的用户名和密码、数据服务中心的地址，主调度中心通信前置机的地址，DTU会通过GPRS网络自动找到通信前置机并与其建立连接，建立连接后远程站点就可以与通信前置机进行双向通信。
4结语
总之，燃气是易燃易爆气体，在生产和输配方面要求绝对的安全，SCADA系统提高了生产调度人员发现事故和分析事故的可预见性，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。
参考文献：
[1]杨坤海.城市燃气管网SCADA系统的设计与应用[J].石油化工自动化，2010，46（05）：10—12.
[2]牟乃夏，杨亮洁，张宁先.燃气管网综合调度管理系统的研究[J].煤气与热力，2005，25（03）：20—23.
论文作者:刘立平
论文发表刊物:《基层建设》2016年25期9月上
论文发表时间:2016/12/12
标签：管网论文; 系统论文; 数据论文; 燃气论文; 功能论文; 实时论文; 数据库论文; 《基层建设》2016年25期9月上论文;