SCADA系統(tǒng)在馬鞍山港華的應(yīng)用

摘 要

摘要：本文介紹了SCADA系統(tǒng)在馬鞍山港華燃?xì)庵械膽?yīng)用，包括監(jiān)測范圍、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)存在的問題。關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)1 系統(tǒng)概述 隨著城市建設(shè)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?xì)庵械膽?yīng)用，包括監(jiān)測范圍、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)存在的問題。
關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)
1 系統(tǒng)概述
    隨著城市建設(shè)快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對城市燃?xì)獾墓?yīng)服務(wù)質(zhì)量和燃?xì)夤?yīng)量提出了越來越高的要求，城市燃?xì)獾默F(xiàn)代化水平必須與城市的發(fā)展相適應(yīng)。因此，我公司建立具有先進(jìn)水平的燃?xì)釹CADA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(jìn)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(yuǎn)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(guān)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?xì)廨斉溥\行的信息中心，以及公司內(nèi)的各部門間、公司與燃?xì)庑袠I(yè)間的有關(guān)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(yuǎn)程
2 系統(tǒng)詳細(xì)說明
(1) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
SCADA系統(tǒng)是采用以計算機網(wǎng)絡(luò)為核心構(gòu)成三級式的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的主要元素為調(diào)度監(jiān)控中心、高壓輸配門站、遠(yuǎn)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。
   三級：分布于各管網(wǎng)端站RTU為遠(yuǎn)程檢測控制級。
   三級：系統(tǒng)通過有線或無線通訊網(wǎng)絡(luò)有機地結(jié)合在一起構(gòu)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(jìn)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(luò)拓?fù)鋱D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(luò)覆蓋不到或單獨為此敷設(shè)線路不經(jīng)濟(jì)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(gòu)成
    ① 調(diào)度中心
    本SCADA系統(tǒng)調(diào)度主站采用以服務(wù)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(wù)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(wù)器結(jié)構(gòu)。
    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(jìn)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(biāo)較高的UPS，該UPS具有100%在線、維護(hù)方便、元件和電池可熱更換，可為中心調(diào)度室提供高品質(zhì)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(yīng)商TRANSDYN公司一起為中國城市燃?xì)庑袠I(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(kuò)充靈活、維護(hù)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(wù)器上，用戶能對計算機硬件底層進(jìn)行操作，更具安全性。在服務(wù)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(shù)的門放式結(jié)構(gòu)，而不用專門開發(fā)，減少維護(hù)工作量，升級只需要在服務(wù)器端進(jìn)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?xì)馄髽I(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?xì)怏w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(shè)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?xì)夤芫W(wǎng)的優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、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(fù)責(zé)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(yuǎn)程終端站(無人值守)
 
   遠(yuǎn)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(zhǔn)確傳輸?shù)秸{(diào)度中心的通信處理機，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shè)計
    系統(tǒng)的整體設(shè)計應(yīng)完全著眼于本公司的需求，應(yīng)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(shè)計存在嚴(yán)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(shè)計防雷柵，造成流量計算機曾經(jīng)兩次被雷擊穿，在承擔(dān)了高額經(jīng)濟(jì)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?；衾镩T站、球罐儲配站和CNG母站是分期建設(shè)的，在門站設(shè)計的之初未能考慮到后期的場站建設(shè)，雖實施了整改，但效果無法達(dá)到預(yù)期。
    (2) 布線設(shè)計
    最初建設(shè)一期SCADA系統(tǒng)時，對于場站的整體布線認(rèn)識不深，在系統(tǒng)正式投入使用的過程當(dāng)中才發(fā)現(xiàn)，線路的布局與線纜的質(zhì)量對于整個SCADA系統(tǒng)的正常運行尤為關(guān)鍵。曾經(jīng)出現(xiàn)過的視頻信號干擾嚴(yán)重與線纜的質(zhì)量有關(guān)；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(hù)措施適當(dāng)有很大關(guān)系。后期整改將投入更大的人力、物力、財力也未能達(dá)到之前的
效果。線纜是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤傳輸?shù)纳€，因此，線纜的布線施工必須嚴(yán)格按照國家規(guī)范，不可偷工減料，方便省事。
    (3) 設(shè)備選購
    場站的設(shè)備選購也是系統(tǒng)正確運行的一個重要因素。如設(shè)備選擇不夠謹(jǐn)慎，可能導(dǎo)致該設(shè)備無法與站控系統(tǒng)的RTU(PLC)進(jìn)行通訊或通訊不暢，因為其中的協(xié)議可能不是標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(guān)到位導(dǎo)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(guān)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(hù)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(jìn)行操作分析時帶來相當(dāng)大的麻煩，盡管公司員工應(yīng)根據(jù)需要努力提高英語應(yīng)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(jìn)一步使用的瓶頸。其次很多重要功能未按我方需求進(jìn)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(yīng)方的人力資源有限，未能對軟件深層次的東西進(jìn)行開發(fā)，對我們用戶的培訓(xùn)力度也不夠，一些常規(guī)的培訓(xùn)已不能滿足我公司對軟件的進(jìn)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(guān)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?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰造成影響的用戶都要求安裝遠(yuǎn)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(shè)計在調(diào)壓設(shè)備之外，點非常分散。比如達(dá)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(shè)計部門與工商市場部進(jìn)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(jié)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?xì)馐且兹家妆瑲怏w，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(yù)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(guān)信息，進(jìn)行綜合分析、優(yōu)化調(diào)度，編制合理、經(jīng)濟(jì)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(dāng)然系統(tǒng)運行過程中也不可避免的遇到一些問題，我們應(yīng)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(shè)當(dāng)中去，讓SCADA系統(tǒng)更好的為我們服務(wù)。
 
(本文作者：楊強 撒鋒 馬鞍山港華燃?xì)庥邢薰?安徽馬鞍山 243000)