SCADA系統在天然氣生產調度指揮中的應用分析

郭存剛 史堃

摘 要 數據采集與監視控制系統（SCADA），是工業自動化行業生產過程中的重要組成部分;在天然氣生產調度指揮中，SCADA系統具有極其重要的作用。本文按照某天然氣管網公司實際應用案例進行編寫，淺談SCADA系統在天然氣生產調度指揮中的應用。

關鍵詞 SCADA;數據采集與監視控制系統;數據支撐;安全保障

前言

隨著中國能源工業發展迅速，天然氣作為一種清潔、高效的能源，漸漸取代煤炭、水煤氣在工業生產、居家生活中的地位。但天然氣作為易燃易爆炸氣體，具有流動性，城市燃氣管網遍布整個城市，為保障城市與居民安全，現代化的數據采集與監視控制系統（Supervisory Control And Data Acquisition以下簡稱SCADA）便成為天然氣生產調度指揮中的重要組成部分。

（1）天然氣生產調度指揮系統

天然氣管網公司作為整個燃氣管網的生產與安全的管理者，需實時監控下轄各站點（門站、調壓站、閥室、燃氣管道等）的各項數據，因此一套完整的生產調度指揮中心系統在天然氣行業是必不可少的。

天然氣生產調度指揮系統由生產網調度中心SCADA系統、網絡安全系統、視頻監控系統、報警系統、調度中心呼叫系統組成。

（2）SCADA系統建設條件

天然氣管網公司建立完善的監控中心SCADA系統，需將天然氣各門站、調壓站、閥室中的儀器儀表最大限度的統一接入PLC控制器中，保證設備數據全面，最終可實現閉環控制。在各門站、調壓站內配置上位機軟件獨立采集站內數據，實現站內監控，保證在突發事件發生時，站內可以自行處置。監控中心SCADA系統設置最高權限，可直接連接各站的PLC控制器，進行數據采集、設備操作。監控中心以SCADA系統數據為基準，建立完善的數據報警機制，保障生產與居民人身安全。

1SCADA系統整體結構與數據安全措施

1.1 整體結構

SCADA系統由現場數據采集層、網絡傳輸層、監控中心應用層三部分組成。

（1）現場數據采集層。主要將天然氣工藝管道上的各個閥門、傳感器數據接入PLC控制器中，使用標準通信協議，將現場數據通過TCP/IP的通訊方式傳送給上位機軟件。設置PLC控制器數據多向傳送模式，既將數據提供給站內，又將數據提供給控制中心。

（2）網絡傳輸層。使用TCP/IP網絡方式將數據上傳。因天然氣數據的重要性，應首先考慮通過光纖傳輸數據。

（3）監控中心應用層。通過監控中心人機界面，將現場數據進行統計、存儲、分析、集中展示，并將數據單向推送至辦公網關系數據庫中，再由生產調度指揮系統讀取調用。

1.2 硬件網閘保證系統安全

系統中心軟件經由有線網絡直接對各站內PLC控制器進行控制，為了數據通信格式的統一和數據安全，現場PLC控制器上端需增加工業防火墻。生產網監控中心通過單向隔離網閘，將數據單向推送至辦公網生產調度指揮系統，起到保證網絡、生產安全作用。

1.3 軟硬件結合保證數據完整性

系統使用實時數據庫和關系數據庫相結合的模式，使用磁盤陣列，保證數據存儲。采用故障轉移群集的冗余機制，當某臺服務器上發生故障時，資源會重定向到群集中的另一臺服務器，工作量也會重新分發到群集中的該服務器上，確保用戶可以一直瀏覽服務器中的數據資源[1]。

2監控中心人機界面的設計

2.1 設計原則

為保障SCADA系統完整性，需完善燃氣輸配管信息的采集、存儲、管理和利用。從而實現對現場設備的分散控制和集中管理。通過數據報警信息加快生產系統的故障和異常處理，提高全系統通信異常、設備報警的反應處理能力，為進一步加強企業生產管理提供數據支撐和安全保障。

2.2 人機界面功能與作用

監控中心SCADA系統人機界面設計以分布式結構為基礎，設置工程師站與操作員站，將現場設備的實際情況制作成平面工藝圖，通過實時監控現場各站模擬畫面及燃氣輸配管，企業用戶可以直觀、清晰的查看各站的運行情況與各項數據。實現以報表、曲線、餅圖、柱圖等方式對數據進行查詢與分析。系統具有數據限值報警、閥門開關狀態報警等功能，保障生產安全，有效減小因故障導致電動閥門打開或者關閉造成的損失，可以讓現場人員第一時間排查設備故障。在用戶管理方面，為了防止用戶對閥門誤操作，造成不必要損失或人身傷害，本系統使用特殊用戶安全管理機制，每次操作前需要進行閥門用戶登錄，并保存用戶操作記錄，做到實時顯示[2]。

3SCADA系統的拓展性

SCADA系統具有良好的功能擴展性，它可以通過特定協議將數據進行轉發，同時可開放二次開發接口供軟件人員進行功能增加，可實現GIS地圖繪制、攝像頭硬盤錄像機視頻展示、可拓展自動發送數據報警E-mail、短信、撥打電話等功能。

4結束語

天然氣調度中心SCADA系統是一個集數據采集、生產過程監控、硬件安全檢查為一體的現代化、科學化生產系統。為企業提供及時、準確和可靠的運行數據，方便企業建立生產模型，為企業領導提供決策依據，保證燃氣系統安全、可靠、平穩、高效和經濟地運行，提高調度管理的自動化、信息化，通過對各項數據的綜合監管，有效的消除信息孤島和節能死角，優化管理，降低運行成本，幫助企業實現安全可持續發展的目標。

本文淺談SCADA系統在天然氣生產調度指揮中的作用及功能，愿為我國天然氣行業獻出一份微薄之力。

參考文獻

[1] 王魁軍. SCADA系統在昆侖燃氣的開發建設和應用[D].大慶：東北石油大學，2016.

[2] 白慶林，張培山，張林江，等.城市燃氣SCADA及信息管理系統設計[J].自動化與儀表，2009，24（4）：47-50.