SCADA系統(tǒng)在馬鞍山港華的應用

摘 要

摘要：本文介紹了SCADA系統(tǒng)在馬鞍山港華燃氣中的應用，包括監(jiān)測范圍、系統(tǒng)網(wǎng)絡結構和系統(tǒng)存在的問題。關鍵詞：SCADA系統(tǒng)；網(wǎng)絡1 系統(tǒng)概述 隨著城市建設快速發(fā)展和人民生活水平的
摘要：本文介紹了SCADA系統(tǒng)在馬鞍山港華燃氣中的應用，包括監(jiān)測范圍、系統(tǒng)網(wǎng)絡結構和系統(tǒng)存在的問題。
關鍵詞：SCADA系統(tǒng)；網(wǎng)絡
1 系統(tǒng)概述
    隨著城市建設快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對城市燃氣的供應服務質量和燃氣供應量提出了越來越高的要求，城市燃氣的現(xiàn)代化水平必須與城市的發(fā)展相適應。因此，我公司建立具有先進水平的燃氣SCADA系統(tǒng)是勢在必行的。
    我公司于2004年5月使用的SCADA系統(tǒng)正式進入實施階段，該系統(tǒng)的監(jiān)測范圍包括：1個門站，2個高中壓站，1個球罐儲配站、1個CNG母站、3個CNG子站、1個CNG釋放站、3個中中壓站、20多個區(qū)域站及工業(yè)站。SCADA系統(tǒng)中心調(diào)度室采用中華煤氣使用多年的DYNAC軟件，不僅實時采集各遠程監(jiān)測站點的管網(wǎng)信息，并直接存入系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)庫，同時將各類信息分別處理，根據(jù)公司各部門對不同信息的需求，向各部門提供有關的數(shù)據(jù)，使中心調(diào)度室成為本公司全面掌握全城區(qū)內(nèi)燃氣輸配運行的信息中心，以及公司內(nèi)的各部門間、公司與燃氣行業(yè)間的有關生產(chǎn)輸配數(shù)據(jù)傳遞的信息樞紐。
    系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：調(diào)度中心1座、霍里門站及高中壓站站控系統(tǒng)、南環(huán)高中壓站站控系統(tǒng)、三個中中壓站站控系統(tǒng)(馬鋼花園、西湖花園、慈湖)、球罐儲配站站控系統(tǒng)、CNG母站站控系統(tǒng)、三個加氣子站站控系統(tǒng)(花山、林里、湯陽)、博望釋放站站控系統(tǒng)(即將改造)及20多個區(qū)域站(工業(yè)站)遠程
2 系統(tǒng)詳細說明
(1) 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構
SCADA系統(tǒng)是采用以計算機網(wǎng)絡為核心構成三級式的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡中的主要元素為調(diào)度監(jiān)控中心、高壓輸配門站、遠程站(高/中壓調(diào)壓站、區(qū)域和專用調(diào)壓站、調(diào)壓箱)。
 
本系統(tǒng)為三級分部式控制系統(tǒng)：
一級：調(diào)度中心為系統(tǒng)控制管理級，負責數(shù)據(jù)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(diào)壓站為系統(tǒng)過程控制級，負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設備控制。
   三級：分布于各管網(wǎng)端站RTU為遠程檢測控制級。
   三級：系統(tǒng)通過有線或無線通訊網(wǎng)絡有機地結合在一起構成一個完整的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。各終端站點的RTU(PLC)對工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，通過本地以太網(wǎng)實現(xiàn)本地監(jiān)控，并通過光纖和CDMA無線將數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心。
系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖見圖2。
 
    (2) 通訊方式
    在調(diào)度控制中心、門站、高中壓調(diào)壓站采用有線(光纖)為主，無線(CDMA)為備用的組網(wǎng)方式，以保證這些重要站點通訊的可靠性、穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)吞吐量較小、實時陛要求不高、有線通訊網(wǎng)絡覆蓋不到或單獨為此敷設線路不經(jīng)濟的區(qū)域或站點(如：各類調(diào)壓站、中/低壓站、工業(yè)站、等)僅采用無線(CDMA)的通訊方式。
    (3) 系統(tǒng)構成
    ① 調(diào)度中心
    本SCADA系統(tǒng)調(diào)度主站采用以服務器為核心的Client/Server的方式。中心機房由兩臺工作內(nèi)容并行的服務器為中心，數(shù)據(jù)倉庫建立在海量的磁盤陣列中，通過磁盤控制器，形成完整的商性能群集服務器結構。
    調(diào)度中心配置2臺監(jiān)控工作站，集中用于管網(wǎng)實時監(jiān)測，并可同時多畫面對生產(chǎn)輸配的運行工況進行實時監(jiān)視和跟蹤，多計算機配置也加強了系統(tǒng)的冗余性能。
UPS機房配置性能指標較高的UPS，該UPS具有100%在線、維護方便、元件和電池可熱更換，可為中心調(diào)度室提供高品質電源。
    調(diào)度中心軟件采用的DYNAC軟件，它是中華煤氣的第三代SCADA軟件DYNAC，是由中華煤氣與美國著名系統(tǒng)供應商TRANSDYN公司一起為中國城市燃氣行業(yè)開發(fā)的優(yōu)化方案。DYNAC是整個SCADA系統(tǒng)的管理中樞，具有接口友好、功能全面、擴充靈活、維護方便及使用簡單等主要特點。DYNAC采用冗余運行，保證SCADA系統(tǒng)24小時全天候不間斷運行。DYNAC軟件利用操作于源代碼公開的LINUX平臺的服務器上，用戶能對計算機硬件底層進行操作，更具安全性。在服務器平臺上，其安全性是最重要的。另外，而一般前臺客戶端軟件主要使用視窗及LINUX工作站的Internet瀏覽器，利用Web及Java技術的門放式結構，而不用專門開發(fā)，減少維護工作量，升級只需要在服務器端進行即可。除了中華煤氣外南京港華、宜興港華等國內(nèi)多家燃氣企業(yè)均使用DYNAC軟件為其SCADA系統(tǒng)的核心模塊。
    ② 高中壓場站
    高中壓場站自動控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、站場控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)組成。
    站場控制系統(tǒng)主要采集天然氣溫度、壓力、流量；電動閥門開?？刂萍盃顟B(tài)顯示、可燃氣體泄漏濃度參數(shù)機。
    中控室工作站計算機主要完成加氣站的管理、調(diào)度、集中操作、監(jiān)視、系統(tǒng)功能組態(tài)、控制參數(shù)在線修改和設置、記錄、故障報警及打印等功能。采用功能強大的IFIX軟件，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。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，以實現(xiàn)整個燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化、經(jīng)濟、合理、可靠地運行。
    站控系統(tǒng)由站控計算機和KINFISHER的雙冗余RTU組成，RTU采集的信號由站控計算機負責顯示。如監(jiān)控計算機故障，RTU依然能獨立和穩(wěn)定工作，保證工藝系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行。
    系統(tǒng)配備UPS電源，可對整個系統(tǒng)供電實現(xiàn)交流凈化以及停電后8小時以上的緊急供電，給工程人員提供搶修時間而不使系統(tǒng)停止運行。
 
③ 遠程終端站(無人值守)
 
   遠程終端無人值守站點采用Kingfisher RTU LP-1，此RTU是區(qū)域站和工業(yè)站特別適合的小型RTU，可接入4AI、4DI及流量計的通信接入，并將接入數(shù)據(jù)通過CDMA的DTU準確傳輸?shù)秸{(diào)度中心的通信處理機，將數(shù)據(jù)轉發(fā)給Dynac。并配備延時4小時的UPS電池，可確保數(shù)據(jù)在臨時斷電的情況下能穩(wěn)定傳輸。
3 系統(tǒng)存在問題
    (1) 整體設計
    系統(tǒng)的整體設計應完全著眼于本公司的需求，應多參考其他公司的成功經(jīng)驗，但不可一味套用其他公司的模式。如我公司球罐區(qū)的排水設計存在嚴重缺陷，忽略了南方梅雨季節(jié)的連續(xù)大規(guī)模降雨，造成中控室出現(xiàn)大量積水，危及站控系統(tǒng)。其中：門站的站控系統(tǒng)中的流量計算機前未設計防雷柵，造成流量計算機曾經(jīng)兩次被雷擊穿，在承擔了高額經(jīng)濟損失的情況下，歷史數(shù)據(jù)有損失，同時給場站的管理和氣源輸配帶來極大麻煩。霍里門站、球罐儲配站和CNG母站是分期建設的，在門站設計的之初未能考慮到后期的場站建設，雖實施了整改，但效果無法達到預期。
    (2) 布線設計
    最初建設一期SCADA系統(tǒng)時，對于場站的整體布線認識不深，在系統(tǒng)正式投入使用的過程當中才發(fā)現(xiàn)，線路的布局與線纜的質量對于整個SCADA系統(tǒng)的正常運行尤為關鍵。曾經(jīng)出現(xiàn)過的視頻信號干擾嚴重與線纜的質量有關；也曾出現(xiàn)線纜不通造成數(shù)據(jù)中斷與布線的位置與保護措施適當有很大關系。后期整改將投入更大的人力、物力、財力也未能達到之前的
效果。線纜是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)準確無誤傳輸?shù)纳€，因此，線纜的布線施工必須嚴格按照國家規(guī)范，不可偷工減料，方便省事。
    (3) 設備選購
    場站的設備選購也是系統(tǒng)正確運行的一個重要因素。如設備選擇不夠謹慎，可能導致該設備無法與站控系統(tǒng)的RTU(PLC)進行通訊或通訊不暢，因為其中的協(xié)議可能不是標準協(xié)議或附加的通訊模塊價格過于高昂。重要場站的電動閥門必須使用質量有保證的產(chǎn)品，我公司的球罐儲配站調(diào)壓撬的一個電動球閥電動和手動都無法關到位導致閥門狀態(tài)顯示總是不正常。
   (4) 軟件的二次開發(fā)
   評價一款軟件的好壞關鍵一點在于軟件能不能穩(wěn)定實現(xiàn)用戶的種種需求，因為任何能想到的功能都是能通過軟件來實現(xiàn)的。我公司調(diào)度中心使用的DYNAC軟件就是一款功能強大，界面友好，維護方便的一款軟件。但它也存在非常明顯的缺陷。首先內(nèi)核部分全是英文，給調(diào)度員進行操作分析時帶來相當大的麻煩，盡管公司員工應根據(jù)需要努力提高英語應用水平，但是軟件畢竟是在國內(nèi)使用，難以想象內(nèi)核無中文成為調(diào)度員對軟件的進一步使用的瓶頸。其次很多重要功能未按我方需求進行開發(fā)，比如報表模塊。我們調(diào)度員現(xiàn)用的調(diào)度記錄是用VBA對EXCEL做的簡單開發(fā)來完成日常工作需要。再者軟件供應方的人力資源有限，未能對軟件深層次的東西進行開發(fā)，對我們用戶的培訓力度也不夠，一些常規(guī)的培訓已不能滿足我公司對軟件的進一步需求了。如公司要求界面更加友好，報警功能更加完善，系統(tǒng)的雙機熱備功能等等。
   (5) 關于工業(yè)站的流量計
   我公司對于用氣量較大工商業(yè)用戶，即可能對整個燃氣管網(wǎng)調(diào)峰造成影響的用戶都要求安裝遠程終端站。但由于我公司分析的供銷差方面的原因，現(xiàn)在許多大用戶的流量計都設計在調(diào)壓設備之外，點非常分散。比如達利園工業(yè)站就安裝了5塊流量計和2塊皮膜表，有鍋爐用、食堂用、生產(chǎn)車間用，分布在各個位置，無法用一套系統(tǒng)實現(xiàn)。曾對于這個問題與設計部門與工商市場部進行過溝通，如安裝總表，成本過于高昂，用戶無法接受。但分別安裝幾套系統(tǒng)，成本也過于高昂。是否能對于此類用戶的特點采用一個比較合理的方案，有待研究解決。
4 結語
    系統(tǒng)建成投入使用后，的確給我們的工作帶來了極大的便利，工作人員可根據(jù)系統(tǒng)提供的信息全面、實時掌握系統(tǒng)運行參數(shù)和工況，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(chǎn)、輸配絕對安全，本系統(tǒng)提高了調(diào)度人員發(fā)現(xiàn)事故和分析事故的預見性，一旦出現(xiàn)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(chǎn)的安全，具有顯著的安全效益。同時，系統(tǒng)建成后，可以根據(jù)運行工況及各環(huán)節(jié)的運行數(shù)據(jù)等有關信息，進行綜合分析、優(yōu)化調(diào)度，編制合理、經(jīng)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。
   當然系統(tǒng)運行過程中也不可避免的遇到一些問題，我們應正確分析問題出現(xiàn)的原因，努力改善這些問題，并將其經(jīng)驗利用到將來的系統(tǒng)建設當中去，讓SCADA系統(tǒng)更好的為我們服務。
 
(本文作者：楊強 撒鋒 馬鞍山港華燃氣有限公司 安徽馬鞍山 243000)