燃气SCADA系统应用

燃气SCADA系统应用1.前言随着城镇燃气事业的快速发展和供气量的不断提高，为了保障输配管网的安全、稳定、 经济运行，SCADA系统也越发地得到了高度重视和广泛应用。2撚气SCADA系统燃气输配监控系统通常以 SCADA 为核心框架。 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统即数据采集与监控控制系统，是以计算机、控制器、传感器、通信网络等为 基础的生产过程控制与调度自动化系统，通过对现场运行设备的监视与控制，可完成数据采 集、测量、信息报警、设备控制、参数调节等多项功能，广泛地应用于燃气、热力、电力、 水务等诸多能源及公用事业领域。2.1 拓扑架构SCADA 系统是由上位机（中心站）系统、下位机（终端站）系统、通信系统组成的分布式网 络化监控系统。终端站系统直接作用于现场运行设备，实现对现场数据的实时采集与监控； 中心站系统通过人机界面面对系统用户，实现对终端站监控数据的集中及用户操控指令的下 发；监控网络系统实现对SCADA系统各组成部分（现场设备、终端站、中心站等）的组网与 互连。2.2实时性由上述SCADA框架可见，系统的监控架构包括自下而上的“现场采集层” “远程通信 层”和“信息处理层”三个部分。在现场采集层，主要由分布于输配系统的各监控站对现场 传感器、执行器，以及运行设备进行实时数据采集与监测控制；远程通信层主要负责调度监 控中心与各远程监控站间的实时通信、数据交换；信息处理层则主要负责完成对各种输配监 控信息的集中、计算、整合、显示等综合处理，以支撑运营调度中心在实时监控、调度管理 等方面的应用。在监控流程方面，系统主要包括自下而上的“实时监测”和自上而下的“实 时控制”两条主线。从监控架构与流程（如图所示）进行分析，系统的监控实时性主要取决于 各层的性能及其之间的协同性。图 系统监控架构与流程3.提高实时性的方法为提高系统的监控实时性，可以基于上述架构与流程，从设施配置、通信网络、采集方 式等多面着手。3.1 设施配置方面在系统规划、设计等阶段，需要对系统的软硬件设施进行合理配置，保证服务器、工作 站、控制器、网络设施等主要硬件设施的处理能力，以及网络负荷能够满足系统实时性方面 要求。在软件方面，通过选用实时数据库、监控组态软件等专业化产品，以有效地响应系统 实时性需求。3.2通信网络方面近年来，随着移动通信技术的快速发展，移动通信网络凭借其高速可靠、组网灵活、实 时在线、按流量计费、由运营商负责网络建设及维护等诸多优势，迅速地代替了无线电台、 自铺光纤等传统建网方式，成为燃气输配监控系统的优选。随着移动通信网络传输速度的快 速增长，系统监控实时性也得到了有效提升。3.2.1 移动通信应用模式在移动通信的应用架构中（如图 4所示），系统监控站配备相应的移动通信终端，通过所 在区域的通信基站实现对网络的无线接入与数据传输。移动网络业务中心将依据各终端的网 络配置参数，对汇聚过来的数据进行集中处理，将其路由、传送到位于用户监控中心的目标 地址。由此，实现系统监控终端向中心的上行通信，下行亦然，从而通过实时双向通信，可 同时支持系统的采集监测与控制下发。通过上述架构，移动网络运营商可提供“专网”与“公 网”两种业务模式，前者为用户建立专用通道，以有效增强系统数据传输的安全性与实时性； 后者则类似手机上网业务，通过Internet互联网实现系统数据传输。考虑到实时性与安全性， 专网模式在燃气输配监控应用中占有较大的份额。图 移动通信应用架构3.2.2 3G互联网移动通信的发展与应用历程如图5所示。在移动通信开始支持数据传输业务的2G时代, 主要采用短信的方式实现对系统监控数据的传输;随着其发展到2.5G时代，实现了对TCP/IP 协议标准以及互联网应用模式的全面支持，通信速率也发展到百K级，GPRS/CDMA网络 在燃气输配监控领域得到了非常广泛的应用与发展；目前，移动通信已迈入3G互联网时代,其通信速率也成倍增长上升到M级或十M级，在有效提升系统监控实时性的同时，可以通 过支持视频、语音等多媒体类监控信息的实时传输，有效拓展系统监控功能。图 移动通信的发展3.3 采集方式方面在采集方式方面，燃气输配监控系统以“轮询”方式为主（如图 6 所示），中心站依次向各终端站发送要数指令，终端站进行应答，从而实现对全系统的轮询数据采集。运营凋度中心fA类站点单队列轮询联站点C类站点图“轮巡采集”方式D类站点3.3.1 分组并行采集方式在上述“单一队列逐点轮询”的数据采集方式下，调度中心对各终端站的数据采集周期（T）与整个巡检队列中的站点数（n）成正比，随着系统内站点数量的不断增多，采集周期（T） 的增长将明显影响系统监控的实时性。可采用“分组并行采集”的方式解决上述问题（如图 7 所示），即在采集程序中设置多个 同步并行的轮询队列，将系统内各站点按照实时性要求进行分组并放置在相应的队列中，各 队列同步并行工作，共享监控网络资源，并可灵活配置从而实现系统监控实时性的显著提升。运营调度申心C类站点朋限列n轮询臥列1轮询臥列2B类姑点D类站点典类站点 * 图“分组并行采集”方式3.3.2 主动上报方式除了由中心站主动发起的轮询方式外，各终端站也可采取“主动上报”的方式实现数据 采集（如图 8 所示）。以主动报警为例，当终端站检测到测量值超限、设备状态异常等紧急情 况时，可立即将相关参数主动上报到中心站，而不用等到中心站轮询到自己，从而有效地提 升系统监控实时性。运营调度中心（2类站点B类站無前CTA类站点D轴点图“主动上报”方式4.结论随着我国城镇燃气事业的快速发展，为满足调度监控业务需要，燃气企业在改进输配监 控实时性方面不断地提出了更高的需求。从监控系统的 SCADA 框架开展深入分析，完成了 对提高系统实时性方法的全面设计。通过实际应用，该方法体现出了较高的实用与推广价值， 同时为改进其他领域监控系统实时性提供了创新的设计思路与参考实例，随着燃气等公用能 源事业以及监控技术的发展，其必将展现出更为广阔应用前景。