SCADA系统在马鞍山港华的应用

摘 要

摘要：本文介绍了SCADA系统在马鞍山港华燃气中的应用，包括监测范围、系统网络结构和系统存在的问题。关键词：SCADA系统；网络1 系统概述 随着城市建设快速发展和人民生活水平的
摘要：本文介绍了SCADA系统在马鞍山港华燃气中的应用，包括监测范围、系统网络结构和系统存在的问题。
关键词：SCADA系统；网络
1 系统概述
    随着城市建设快速发展和人民生活水平的提高，人们对城市燃气的供应服务质量和燃气供应量提出了越来越高的要求，城市燃气的现代化水平必须与城市的发展相适应。因此，我公司建立具有先进水平的燃气SCADA系统是势在必行的。
    我公司于2004年5月使用的SCADA系统正式进入实施阶段，该系统的监测范围包括：1个门站，2个高中压站，1个球罐储配站、1个CNG母站、3个CNG子站、1个CNG释放站、3个中中压站、20多个区域站及工业站。SCADA系统中心调度室采用中华煤气使用多年的DYNAC软件，不仅实时采集各远程监测站点的管网信息，并直接存入系统自带的数据库，同时将各类信息分别处理，根据公司各部门对不同信息的需求，向各部门提供有关的数据，使中心调度室成为本公司全面掌握全城区内燃气输配运行的信息中心，以及公司内的各部门间、公司与燃气行业间的有关生产输配数据传递的信息枢纽。
    系统主要包括以下几个部分：调度中心1座、霍里门站及高中压站站控系统、南环高中压站站控系统、三个中中压站站控系统(马钢花园、西湖花园、慈湖)、球罐储配站站控系统、CNG母站站控系统、三个加气子站站控系统(花山、林里、汤阳)、博望释放站站控系统(即将改造)及20多个区域站(工业站)远程
2 系统详细说明
(1) 系统网络结构
SCADA系统是采用以计算机网络为核心构成三级式的监控和数据采集系统。系统网络中的主要元素为调度监控中心、高压输配门站、远程站(高/中压调压站、区域和专用调压站、调压箱)。
 
本系统为三级分部式控制系统：
一级：调度中心为系统控制管理级，负责数据的处理和监控。
    二级：带有本地站控系统的门站和高中压调压站为系统过程控制级，负责现场数据采集和设备控制。
   三级：分布于各管网端站RTU为远程检测控制级。
   三级：系统通过有线或无线通讯网络有机地结合在一起构成一个完整的数据采集和监控系统。各终端站点的RTU(PLC)对工艺参数进行数据采集，通过本地以太网实现本地监控，并通过光纤和CDMA无线将数据上传至调度中心。
系统网络拓扑图见图2。
 
    (2) 通讯方式
    在调度控制中心、门站、高中压调压站采用有线(光纤)为主，无线(CDMA)为备用的组网方式，以保证这些重要站点通讯的可靠性、稳定性。在数据吞吐量较小、实时陛要求不高、有线通讯网络覆盖不到或单独为此敷设线路不经济的区域或站点(如：各类调压站、中/低压站、工业站、等)仅采用无线(CDMA)的通讯方式。
    (3) 系统构成
    ① 调度中心
    本SCADA系统调度主站采用以服务器为核心的Client/Server的方式。中心机房由两台工作内容并行的服务器为中心，数据仓库建立在海量的磁盘阵列中，通过磁盘控制器，形成完整的商性能群集服务器结构。
    调度中心配置2台监控工作站，集中用于管网实时监测，并可同时多画面对生产输配的运行工况进行实时监视和跟踪，多计算机配置也加强了系统的冗余性能。
UPS机房配置性能指标较高的UPS，该UPS具有100%在线、维护方便、元件和电池可热更换，可为中心调度室提供高品质电源。
    调度中心软件采用的DYNAC软件，它是中华煤气的第三代SCADA软件DYNAC，是由中华煤气与美国著名系统供应商TRANSDYN公司一起为中国城市燃气行业开发的优化方案。DYNAC是整个SCADA系统的管理中枢，具有接口友好、功能全面、扩充灵活、维护方便及使用简单等主要特点。DYNAC采用冗余运行，保证SCADA系统24小时全天候不间断运行。DYNAC软件利用操作于源代码公开的LINUX平台的服务器上，用户能对计算机硬件底层进行操作，更具安全性。在服务器平台上，其安全性是最重要的。另外，而一般前台客户端软件主要使用视窗及LINUX工作站的Internet浏览器，利用Web及Java技术的门放式结构，而不用专门开发，减少维护工作量，升级只需要在服务器端进行即可。除了中华煤气外南京港华、宜兴港华等国内多家燃气企业均使用DYNAC软件为其SCADA系统的核心模块。
    ② 高中压场站
    高中压场站自动控制系统由计算机监控系统、站场控制系统、通讯系统组成。
    站场控制系统主要采集天然气温度、压力、流量；电动阀门开停控制及状态显示、可燃气体泄漏浓度参数机。
    中控室工作站计算机主要完成加气站的管理、调度、集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、故障报警及打印等功能。采用功能强大的IFIX软件，通过彩色显示器可直观地显示全站各工艺流程段的实时工况、各工艺参数的趋势画面，使操作人员及时掌握全站运行情况。并根据管网参数及时调整运行工况，传输各种数据和信息，以实现整个燃气管网的优化、经济、合理、可靠地运行。
    站控系统由站控计算机和KINFISHER的双冗余RTU组成，RTU采集的信号由站控计算机负责显示。如监控计算机故障，RTU依然能独立和稳定工作，保证工艺系统安全、可靠、平稳的运行。
    系统配备UPS电源，可对整个系统供电实现交流净化以及停电后8小时以上的紧急供电，给工程人员提供抢修时间而不使系统停止运行。
 
③ 远程终端站(无人值守)
 
   远程终端无人值守站点采用Kingfisher RTU LP-1，此RTU是区域站和工业站特别适合的小型RTU，可接入4AI、4DI及流量计的通信接入，并将接入数据通过CDMA的DTU准确传输到调度中心的通信处理机，将数据转发给Dynac。并配备延时4小时的UPS电池，可确保数据在临时断电的情况下能稳定传输。
3 系统存在问题
    (1) 整体设计
    系统的整体设计应完全着眼于本公司的需求，应多参考其他公司的成功经验，但不可一味套用其他公司的模式。如我公司球罐区的排水设计存在严重缺陷，忽略了南方梅雨季节的连续大规模降雨，造成中控室出现大量积水，危及站控系统。其中：门站的站控系统中的流量计算机前未设计防雷栅，造成流量计算机曾经两次被雷击穿，在承担了高额经济损失的情况下，历史数据有损失，同时给场站的管理和气源输配带来极大麻烦。霍里门站、球罐储配站和CNG母站是分期建设的，在门站设计的之初未能考虑到后期的场站建设，虽实施了整改，但效果无法达到预期。
    (2) 布线设计
    最初建设一期SCADA系统时，对于场站的整体布线认识不深，在系统正式投入使用的过程当中才发现，线路的布局与线缆的质量对于整个SCADA系统的正常运行尤为关键。曾经出现过的视频信号干扰严重与线缆的质量有关；也曾出现线缆不通造成数据中断与布线的位置与保护措施适当有很大关系。后期整改将投入更大的人力、物力、财力也未能达到之前的
效果。线缆是整个系统数据准确无误传输的生命线，因此，线缆的布线施工必须严格按照国家规范，不可偷工减料，方便省事。
    (3) 设备选购
    场站的设备选购也是系统正确运行的一个重要因素。如设备选择不够谨慎，可能导致该设备无法与站控系统的RTU(PLC)进行通讯或通讯不畅，因为其中的协议可能不是标准协议或附加的通讯模块价格过于高昂。重要场站的电动阀门必须使用质量有保证的产品，我公司的球罐储配站调压撬的一个电动球阀电动和手动都无法关到位导致阀门状态显示总是不正常。
   (4) 软件的二次开发
   评价一款软件的好坏关键一点在于软件能不能稳定实现用户的种种需求，因为任何能想到的功能都是能通过软件来实现的。我公司调度中心使用的DYNAC软件就是一款功能强大，界面友好，维护方便的一款软件。但它也存在非常明显的缺陷。首先内核部分全是英文，给调度员进行操作分析时带来相当大的麻烦，尽管公司员工应根据需要努力提高英语应用水平，但是软件毕竟是在国内使用，难以想象内核无中文成为调度员对软件的进一步使用的瓶颈。其次很多重要功能未按我方需求进行开发，比如报表模块。我们调度员现用的调度记录是用VBA对EXCEL做的简单开发来完成日常工作需要。再者软件供应方的人力资源有限，未能对软件深层次的东西进行开发，对我们用户的培训力度也不够，一些常规的培训已不能满足我公司对软件的进一步需求了。如公司要求界面更加友好，报警功能更加完善，系统的双机热备功能等等。
   (5) 关于工业站的流量计
   我公司对于用气量较大工商业用户，即可能对整个燃气管网调峰造成影响的用户都要求安装远程终端站。但由于我公司分析的供销差方面的原因，现在许多大用户的流量计都设计在调压设备之外，点非常分散。比如达利园工业站就安装了5块流量计和2块皮膜表，有锅炉用、食堂用、生产车间用，分布在各个位置，无法用一套系统实现。曾对于这个问题与设计部门与工商市场部进行过沟通，如安装总表，成本过于高昂，用户无法接受。但分别安装几套系统，成本也过于高昂。是否能对于此类用户的特点采用一个比较合理的方案，有待研究解决。
4 结语
    系统建成投入使用后，的确给我们的工作带来了极大的便利，工作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工况，最好地解决供需矛盾，以满足工业及民用的需要。
    燃气是易燃易爆气体，要求生产、输配绝对安全，本系统提高了调度人员发现事故和分析事故的预见性，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。同时，系统建成后，可以根据运行工况及各环节的运行数据等有关信息，进行综合分析、优化调度，编制合理、经济的供气方案，节约了气源，人力、物力，减少了对环境的污染。
   当然系统运行过程中也不可避免的遇到一些问题，我们应正确分析问题出现的原因，努力改善这些问题，并将其经验利用到将来的系统建设当中去，让SCADA系统更好的为我们服务。
 
(本文作者：杨强 撒锋 马鞍山港华燃气有限公司 安徽马鞍山 243000)