摘　要：將SCADA系統(tǒng)作為燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)度管理自動化的解決方案，分析了SCADA系統(tǒng)中調(diào)度中心的結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計。

關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng)；　調(diào)度中心；  結(jié)構(gòu)；　功能；  系統(tǒng)接口

Design of Dispatching Center of City Gas SCADA System

Abstract：The SCADA system is used as a solution of dispatching management automation of gas pipe network．The structure and function design of dispatching center in SCADA system are discussed．

Keywords：SCADA system；dispatching center；structure；function；system interface

1　概述

從20世紀(jì)80年代開始，SCADA系統(tǒng)在燃?xì)庑袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。它可以進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集，對現(xiàn)場進行本地或遠(yuǎn)程自動控制，對工藝流程進行全面、實時監(jiān)視，并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)^[1]。SCADA系統(tǒng)主要由調(diào)度中心、現(xiàn)場監(jiān)控站點和通信系統(tǒng)組成。調(diào)度中心主要由計算機系統(tǒng)組成，包含SCADA服務(wù)器、SCADA工作站和通信服務(wù)器等；監(jiān)控站點設(shè)備平臺由RTU組成，實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表參數(shù)的實時監(jiān)控^[2]；調(diào)度中心與監(jiān)控站點通過通信系統(tǒng)進行監(jiān)控參數(shù)和指令的信息交換，通信服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)控數(shù)據(jù)集中和通信管理。監(jiān)控數(shù)據(jù)由SCADA服務(wù)器集中處理、儲存，工作站上運行調(diào)度操作軟件，將監(jiān)控信息以入機界面方式表現(xiàn)出來，供生產(chǎn)調(diào)度人員使用^[3]。

因調(diào)度中心是SCADA系統(tǒng)中最為重要的組成部分，本文對SCADA系統(tǒng)中的調(diào)度中心做著重介紹。調(diào)度中心是由SCADA服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、通信服務(wù)器等組成的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)^[4-5]。調(diào)度中心接收管網(wǎng)中所有現(xiàn)場監(jiān)控站點采集的數(shù)據(jù)，對各個站點的運行工況進行實時監(jiān)視，掌握整個管網(wǎng)的運行狀況，并根據(jù)管網(wǎng)參數(shù)及時調(diào)整運行工況，傳輸各種數(shù)據(jù)和信息，完成采集數(shù)據(jù)的處理、顯示、入庫以及與燃?xì)夤酒渌到y(tǒng)的信息集成^[6]。

2　調(diào)度中心系統(tǒng)設(shè)計

2．1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

調(diào)度中心是整個SCADA系統(tǒng)的調(diào)度指揮中心，操作人員在調(diào)度指揮中心通過計算機系統(tǒng)即可完成對整個城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的監(jiān)控和運行管理等任務(wù)。調(diào)度指揮中心配置SCADA服務(wù)器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、專線接入路由器、核心交換機、操作員工作站、工程師工作站等設(shè)備，并通過局域網(wǎng)相連，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1中，通信服務(wù)器用于接收各個現(xiàn)場監(jiān)控站點采集的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器儲存實時數(shù)據(jù)，并記錄歷史數(shù)據(jù)以便數(shù)據(jù)查詢與歸檔功能的實現(xiàn)。SCADA服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲取各個現(xiàn)場監(jiān)控站點所采集的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)調(diào)度中心系統(tǒng)的主要功能，其中配置備用SCADA服務(wù)器用于實現(xiàn)熱備切換功能。通過配置KVM切換機，用戶使用一套鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器即可操作多臺服務(wù)器，實現(xiàn)在多臺服務(wù)器之間進行切換。操作員工作站用于實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控界面顯示、參數(shù)顯示、系統(tǒng)調(diào)度命令下發(fā)等操作。工程師工作站用于實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的修改、維護、系統(tǒng)配置等工作。GPS授時系統(tǒng)從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)時間信號，將其通過接口傳輸給調(diào)度中心系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備(通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等)，達(dá)到整個系統(tǒng)的時間同步，避免系統(tǒng)中各個設(shè)備之間因時間偏差引起的數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確等問題。

2．2　調(diào)度中心功能設(shè)計

調(diào)度中心接收現(xiàn)場監(jiān)控站點PLC采集的數(shù)據(jù)，主要完成燃?xì)鈴S站的實時數(shù)據(jù)采集和處理、各站工藝流程的動態(tài)顯示、報警管理、數(shù)據(jù)歸檔、在線組態(tài)、熱備切換、通信管理、系統(tǒng)管理以及設(shè)置、記錄、報表生成及打印等輔助功能，如圖2所示。通過彩色顯示器可直觀地顯示全站各工藝流程段的實時工況、各工藝參數(shù)的趨勢畫面，使操作人員及時掌握全站運行情況，以實現(xiàn)整個燃?xì)夤芫W(wǎng)的優(yōu)化、經(jīng)濟、合理、可靠地運行。

2．2．1實時數(shù)據(jù)采集和處理

調(diào)度中心SCADA服務(wù)器可實時采集相應(yīng)的遠(yuǎn)程終端調(diào)壓站的運行參數(shù)，從而實現(xiàn)對管網(wǎng)和工藝設(shè)備的運行情況進行自動、連續(xù)的監(jiān)視管理。其中系統(tǒng)對每個遠(yuǎn)程終端站的輪詢、自報時間可以設(shè)定，每個站點最小通信時間為1s，經(jīng)驗值為3s，可根據(jù)實際情況調(diào)整，無設(shè)定上限。系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)實時采集管網(wǎng)運行參數(shù)數(shù)據(jù)，對各種燃?xì)鈪?shù)進行統(tǒng)計分析、儲存及打印，對越限數(shù)據(jù)進行報警，以便決策人員根據(jù)系統(tǒng)提供的參數(shù)信息進行實時調(diào)度處理。

2．2．2各站工藝流程動態(tài)顯示

操作員工作站和工程師工作站通過以太網(wǎng)與SCADA服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換，將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)以直觀、友好的圖形方式表現(xiàn)給用戶。顯示界面主要包括：管網(wǎng)圖動態(tài)實時顯示，重要站點工藝流程圖動態(tài)實時顯示，站內(nèi)設(shè)備布置圖的動態(tài)顯示，實時及歷史趨勢圖顯示。

2．2．3報警管理

系統(tǒng)具有報警和報警處理的功能，報警功能對于系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，及時發(fā)現(xiàn)并清除隱患具有巨大的意義。所有報警信息都儲存在數(shù)據(jù)庫中，可以查詢、打印及顯示。查詢可以按照時間、參數(shù)名稱、站類型等多種條件組合實現(xiàn)，報警數(shù)據(jù)的儲存時間由數(shù)據(jù)所在磁盤空間決定，可以隨時根據(jù)需要對報警數(shù)據(jù)進行刪除或備份處理。

2．2．4數(shù)據(jù)歸檔

①數(shù)據(jù)儲存歸檔

對系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)實現(xiàn)按一定時間間隔進行儲存，儲存間隔按照實際需求設(shè)定，目前國內(nèi)SCADA系統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)定值為5min(實時數(shù)據(jù))和1h(統(tǒng)計數(shù)據(jù))。歷史數(shù)據(jù)的儲存時間完全由硬盤物理空間決定，本系統(tǒng)設(shè)計的硬盤空間至少可以保證歷史數(shù)據(jù)儲存10a。

②數(shù)據(jù)查詢和輸出

系統(tǒng)提供豐富的數(shù)據(jù)查詢功能，包括實時查詢、分鐘間隔歷史數(shù)據(jù)查詢、小時整點數(shù)據(jù)查詢、小時統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢、報警歷史數(shù)據(jù)查詢、操作記錄數(shù)據(jù)查詢、日報表查詢、月報表查詢、年報表查詢、閥門開關(guān)狀態(tài)歷史查詢、各個站點橫向?qū)Ρ炔樵儭⒏黝惤y(tǒng)計及實時曲線查詢等，所有查詢都可以按照Excel標(biāo)準(zhǔn)格式儲存或打印輸出，保證歷史數(shù)據(jù)的二次利用。具有以上多種間隔的歷史數(shù)據(jù)儲存，可以有效地保證SCADA系統(tǒng)為管網(wǎng)GIS、OA、調(diào)度指揮等系統(tǒng)提供基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)。同時統(tǒng)計報表生成和打印，保證在SCADA系統(tǒng)內(nèi)各處生成的報表中的數(shù)據(jù)完全相同。

2．2．5在線組態(tài)

系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程終端站的量程、報警上下限、報表格式等內(nèi)容進行設(shè)置，使系統(tǒng)根據(jù)實際情況靈活、方便地運行。所有的設(shè)置均在線完成，不影響系統(tǒng)的正常運行。

2．2．6熱備切換

SCADA服務(wù)器采用雙機熱備方案，故障切換時間≤l0s，切換由系統(tǒng)自動執(zhí)行，無需人工干預(yù)。

2．2．7通信管理

系統(tǒng)自動統(tǒng)計出每個站點韻叫通率，并儲存到數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)管理人員可查詢不同時段、不同站點的通信成功率，隨時掌握系統(tǒng)通信狀態(tài)，保證系統(tǒng)通信穩(wěn)定。

2．2．8系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理功能主要實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)中調(diào)度中心的各項管理功能以及輔助功能，具體設(shè)計包括以下功能：

①輸配管網(wǎng)管理，動態(tài)分析；

②與輸配管理系統(tǒng)保留接口，實現(xiàn)調(diào)度和控制命令的遠(yuǎn)程下達(dá)；

③設(shè)置多級控制權(quán)限，每個權(quán)限分別設(shè)置口令保護；

④對全系統(tǒng)進行時鐘同步，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性與可靠性；

⑤調(diào)度中心向下對廠站計算機及RTU設(shè)備進行時鐘同步，確保數(shù)據(jù)采集時間的準(zhǔn)確性；

⑥網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視及管理，對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能，隨時了解整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)；

⑦通信信道監(jiān)視及管理，提供整個系統(tǒng)的通信監(jiān)視功能，可以實時統(tǒng)計出任何一個站點的通信叫通率、間隔中斷時間、連續(xù)中斷時間等信息，以便對通信信道進行優(yōu)化。

2．2．9系統(tǒng)接口

SCADA系統(tǒng)、管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)、巡線車輛調(diào)度GPS系統(tǒng)均為燃?xì)夤旧a(chǎn)業(yè)務(wù)管理主線中的重要分支，都與燃?xì)夤芫W(wǎng)有著密切的聯(lián)系，三者之間存在著諸多的關(guān)聯(lián)。因此，SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心應(yīng)設(shè)計預(yù)留與管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)、巡線車輛調(diào)度GPS系統(tǒng)的接口功能。

①與管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的接口

管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)需要與SCADA系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)資源的共享與交換。為了做到數(shù)據(jù)資源的共享，通過編寫調(diào)度中心與GIS的接口模塊，完成SCADA系統(tǒng)與GIS的通信，使GIS可以動態(tài)訪問用戶數(shù)據(jù)、SCADA數(shù)據(jù)信息，并在GIS中進行定位顯示，使GIS進入動態(tài)管理的階段，使管網(wǎng)管理人員可以實時得到最新的管網(wǎng)信息及其相關(guān)輔助信息。

GIS和SCADA系統(tǒng)的接口主要有兩種方式，一種是在SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫開放的情況下，直接訪問SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，在設(shè)定時間間隔內(nèi)，GIS定時訪問SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)直接儲存到GIS數(shù)據(jù)庫中，并進行屏幕顯示。另一種方式是SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫對外保密，需要SCADA系統(tǒng)的設(shè)計人員編寫對外服務(wù)接口，GIS通過調(diào)用SCADA系統(tǒng)的對外服務(wù)接口來獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)。

②與車輛調(diào)度GPS系統(tǒng)的接口

對調(diào)度員來說，在沒有GPS衛(wèi)星定位的情況下，巡線車輛發(fā)出去以后，并不知道所發(fā)出車輛的實時位置信息，因此很難根據(jù)車輛的實際巡線情況進行有效的調(diào)度。借助GPS車輛調(diào)度指揮系統(tǒng)，調(diào)度人員可以掌握詳細(xì)的車輛動態(tài)信息，從而實現(xiàn)高效、科學(xué)的調(diào)度決策。本調(diào)度中心系統(tǒng)設(shè)計預(yù)留與車輛調(diào)度GPS系統(tǒng)的接口，在后續(xù)的系統(tǒng)升級中可以通過增加WEB發(fā)布服務(wù)器將獲得的車輛信息以網(wǎng)頁的方式發(fā)布，保證車輛使用的有效性、及時性和可控性。

3　系統(tǒng)運行效果

調(diào)度中心系統(tǒng)運行的部分主要界面如圖3～4所示。

圖3和圖4分別為各站工藝流程動態(tài)顯示功能中的站內(nèi)工藝流程圖和歷史曲線圖，可分別實現(xiàn)重要站點工藝流程圖動態(tài)實時顯示和歷史趨勢圖的顯示。

4　結(jié)語

本文以SCADA技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的具體情況，進行了SCADA系統(tǒng)中調(diào)度中心的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計。在整個系統(tǒng)的開發(fā)過程中，須充分結(jié)合城市燃?xì)廨斉涔に?、燃?xì)夤芫W(wǎng)和廠站的設(shè)備特性。調(diào)度中心系統(tǒng)能較好地實現(xiàn)集中監(jiān)控任務(wù)，使燃?xì)夤芫W(wǎng)的正常運行及調(diào)度管理有了良好的保障，為公司管理層提供了燃?xì)夤芫W(wǎng)的大量信息，可使企業(yè)的管理水平和效率得到進一步的提高。

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本文作者：朱海燕

作者單位：唐山市燃?xì)饧瘓F有限公司