摘　要：將SCADA系統作為燃氣管網調度管理自動化的解決方案，分析了SCADA系統中調度中心的結構、功能設計。

關鍵詞：SCADA系統；　調度中心；  結構；　功能；  系統接口

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80年代開始，SCADA系統在燃氣行業得到了廣泛的應用。它可以進行現場數據的實時采集，對現場進行本地或遠程自動控制，對工藝流程進行全面、實時監視，并為生產、調度和管理提供必要的數據^[1]。SCADA系統主要由調度中心、現場監控站點和通信系統組成。調度中心主要由計算機系統組成，包含SCADA服務器、SCADA工作站和通信服務器等；監控站點設備平臺由RTU組成，實現對現場儀表參數的實時監控^[2]；調度中心與監控站點通過通信系統進行監控參數和指令的信息交換，通信服務器負責監控數據集中和通信管理。監控數據由SCADA服務器集中處理、儲存，工作站上運行調度操作軟件，將監控信息以入機界面方式表現出來，供生產調度人員使用^[3]。

因調度中心是SCADA系統中最為重要的組成部分，本文對SCADA系統中的調度中心做著重介紹。調度中心是由SCADA服務器、操作員工作站、工程師工作站、通信服務器等組成的計算機網絡系統^[4-5]。調度中心接收管網中所有現場監控站點采集的數據，對各個站點的運行工況進行實時監視，掌握整個管網的運行狀況，并根據管網參數及時調整運行工況，傳輸各種數據和信息，完成采集數據的處理、顯示、入庫以及與燃氣公司其他系統的信息集成^[6]。

2　調度中心系統設計

2．1　系統結構

調度中心是整個SCADA系統的調度指揮中心，操作人員在調度指揮中心通過計算機系統即可完成對整個城市燃氣輸配管網的監控和運行管理等任務。調度指揮中心配置SCADA服務器、通信服務器、數據庫服務器、專線接入路由器、核心交換機、操作員工作站、工程師工作站等設備，并通過局域網相連，系統結構見圖1。

圖1中，通信服務器用于接收各個現場監控站點采集的數據，并將數據存入數據庫服務器的數據庫中，數據庫服務器儲存實時數據，并記錄歷史數據以便數據查詢與歸檔功能的實現。SCADA服務器從數據庫服務器獲取各個現場監控站點所采集的數據，實現調度中心系統的主要功能，其中配置備用SCADA服務器用于實現熱備切換功能。通過配置KVM切換機，用戶使用一套鍵盤、鼠標、顯示器即可操作多臺服務器，實現在多臺服務器之間進行切換。操作員工作站用于實現SCADA系統的監控界面顯示、參數顯示、系統調度命令下發等操作。工程師工作站用于實現SCADA系統的修改、維護、系統配置等工作。GPS授時系統從GPS衛星上獲取標準時間信號，將其通過接口傳輸給調度中心系統中需要時間信息的設備(通信服務器、數據庫服務器等)，達到整個系統的時間同步，避免系統中各個設備之間因時間偏差引起的數據記錄不準確等問題。

2．2　調度中心功能設計

調度中心接收現場監控站點PLC采集的數據，主要完成燃氣廠站的實時數據采集和處理、各站工藝流程的動態顯示、報警管理、數據歸檔、在線組態、熱備切換、通信管理、系統管理以及設置、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、各工藝參數的趨勢畫面，使操作人員及時掌握全站運行情況，以實現整個燃氣管網的優化、經濟、合理、可靠地運行。

2．2．1實時數據采集和處理

調度中心SCADA服務器可實時采集相應的遠程終端調壓站的運行參數，從而實現對管網和工藝設備的運行情況進行自動、連續的監視管理。其中系統對每個遠程終端站的輪詢、自報時間可以設定，每個站點最小通信時間為1s，經驗值為3s，可根據實際情況調整，無設定上限。系統通過通信網絡實時采集管網運行參數數據，對各種燃氣參數進行統計分析、儲存及打印，對越限數據進行報警，以便決策人員根據系統提供的參數信息進行實時調度處理。

2．2．2各站工藝流程動態顯示

操作員工作站和工程師工作站通過以太網與SCADA服務器進行數據交換，將系統采集的數據以直觀、友好的圖形方式表現給用戶。顯示界面主要包括：管網圖動態實時顯示，重要站點工藝流程圖動態實時顯示，站內設備布置圖的動態顯示，實時及歷史趨勢圖顯示。

2．2．3報警管理

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

2．2．4數據歸檔

①數據儲存歸檔

對系統采集的數據實現按一定時間間隔進行儲存，儲存間隔按照實際需求設定，目前國內SCADA系統的經驗設定值為5min(實時數據)和1h(統計數據)。歷史數據的儲存時間完全由硬盤物理空間決定，本系統設計的硬盤空間至少可以保證歷史數據儲存10a。

②數據查詢和輸出

系統提供豐富的數據查詢功能，包括實時查詢、分鐘間隔歷史數據查詢、小時整點數據查詢、小時統計數據查詢、報警歷史數據查詢、操作記錄數據查詢、日報表查詢、月報表查詢、年報表查詢、閥門開關狀態歷史查詢、各個站點橫向對比查詢、各類統計及實時曲線查詢等，所有查詢都可以按照Excel標準格式儲存或打印輸出，保證歷史數據的二次利用。具有以上多種間隔的歷史數據儲存，可以有效地保證SCADA系統為管網GIS、OA、調度指揮等系統提供基礎分析數據。同時統計報表生成和打印，保證在SCADA系統內各處生成的報表中的數據完全相同。

2．2．5在線組態

系統可以對遠程終端站的量程、報警上下限、報表格式等內容進行設置，使系統根據實際情況靈活、方便地運行。所有的設置均在線完成，不影響系統的正常運行。

2．2．6熱備切換

SCADA服務器采用雙機熱備方案，故障切換時間≤l0s，切換由系統自動執行，無需人工干預。

2．2．7通信管理

系統自動統計出每個站點韻叫通率，并儲存到數據庫。系統管理人員可查詢不同時段、不同站點的通信成功率，隨時掌握系統通信狀態，保證系統通信穩定。

2．2．8系統管理

系統管理功能主要實現SCADA系統中調度中心的各項管理功能以及輔助功能，具體設計包括以下功能：

①輸配管網管理，動態分析；

②與輸配管理系統保留接口，實現調度和控制命令的遠程下達；

③設置多級控制權限，每個權限分別設置口令保護；

④對全系統進行時鐘同步，確保系統數據的一致性與可靠性；

⑤調度中心向下對廠站計算機及RTU設備進行時鐘同步，確保數據采集時間的準確性；

⑥網絡監視及管理，對系統的網絡設備提供網絡監視功能，隨時了解整個網絡的運行狀態；

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

2．2．9系統接口

SCADA系統、管網地理信息系統(GIS)、巡線車輛調度GPS系統均為燃氣公司生產業務管理主線中的重要分支，都與燃氣管網有著密切的聯系，三者之間存在著諸多的關聯。因此，SCADA系統調度中心應設計預留與管網地理信息系統(GIS)、巡線車輛調度GPS系統的接口功能。

①與管網地理信息系統的接口

管網地理信息系統(GIS)需要與SCADA系統進行數據資源的共享與交換。為了做到數據資源的共享，通過編寫調度中心與GIS的接口模塊，完成SCADA系統與GIS的通信，使GIS可以動態訪問用戶數據、SCADA數據信息，并在GIS中進行定位顯示，使GIS進入動態管理的階段，使管網管理人員可以實時得到最新的管網信息及其相關輔助信息。

GIS和SCADA系統的接口主要有兩種方式，一種是在SCADA系統數據庫開放的情況下，直接訪問SCADA系統的數據庫，在設定時間間隔內，GIS定時訪問SCADA系統的數據庫，獲得監測數據，將監測數據直接儲存到GIS數據庫中，并進行屏幕顯示。另一種方式是SCADA系統的數據庫對外保密，需要SCADA系統的設計人員編寫對外服務接口，GIS通過調用SCADA系統的對外服務接口來獲得監測數據。

②與車輛調度GPS系統的接口

對調度員來說，在沒有GPS衛星定位的情況下，巡線車輛發出去以后，并不知道所發出車輛的實時位置信息，因此很難根據車輛的實際巡線情況進行有效的調度。借助GPS車輛調度指揮系統，調度人員可以掌握詳細的車輛動態信息，從而實現高效、科學的調度決策。本調度中心系統設計預留與車輛調度GPS系統的接口，在后續的系統升級中可以通過增加WEB發布服務器將獲得的車輛信息以網頁的方式發布，保證車輛使用的有效性、及時性和可控性。

3　系統運行效果

調度中心系統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顯示功能中的站內工藝流程圖和歷史曲線圖，可分別實現重要站點工藝流程圖動態實時顯示和歷史趨勢圖的顯示。

4　結語

本文以SCADA技術為基礎，結合城市燃氣管網的具體情況，進行了SCADA系統中調度中心的結構與功能設計。在整個系統的開發過程中，須充分結合城市燃氣輸配工藝、燃氣管網和廠站的設備特性。調度中心系統能較好地實現集中監控任務，使燃氣管網的正常運行及調度管理有了良好的保障，為公司管理層提供了燃氣管網的大量信息，可使企業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：唐山市燃氣集團有限公司