摘　要：將SCADA系統(tǒng)作為燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)度管理自動(dòng)化的解決方案，分析了SCADA系統(tǒng)中調(diào)度中心的結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng)；　調(diào)度中心；  結(jié)構(gòu)；　功能；  系統(tǒng)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(jì)80年代開(kāi)始，SCADA系統(tǒng)在燃?xì)庑袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。它可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)監(jiān)視，并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)^[1]。SCADA系統(tǒng)主要由調(diào)度中心、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)和通信系統(tǒng)組成。調(diào)度中心主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，包含SCADA服務(wù)器、SCADA工作站和通信服務(wù)器等；監(jiān)控站點(diǎn)設(shè)備平臺(tái)由RTU組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控^[2]；調(diào)度中心與監(jiān)控站點(diǎn)通過(guò)通信系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控參數(shù)和指令的信息交換，通信服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集中和通信管理。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)由SCADA服務(wù)器集中處理、儲(chǔ)存，工作站上運(yùn)行調(diào)度操作軟件，將監(jiān)控信息以入機(jī)界面方式表現(xiàn)出來(lái)，供生產(chǎn)調(diào)度人員使用^[3]。

因調(diào)度中心是SCADA系統(tǒng)中最為重要的組成部分，本文對(duì)SCADA系統(tǒng)中的調(diào)度中心做著重介紹。調(diào)度中心是由SCADA服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、通信服務(wù)器等組成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)^[4-5]。調(diào)度中心接收管網(wǎng)中所有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，掌握整個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，并根據(jù)管網(wǎng)參數(shù)及時(shí)調(diào)整運(yùn)行工況，傳輸各種數(shù)據(jù)和信息，完成采集數(shù)據(jù)的處理、顯示、入庫(kù)以及與燃?xì)夤酒渌到y(tǒng)的信息集成^[6]。

2　調(diào)度中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

調(diào)度中心是整個(gè)SCADA系統(tǒng)的調(diào)度指揮中心，操作人員在調(diào)度指揮中心通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即可完成對(duì)整個(gè)城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的監(jiān)控和運(yùn)行管理等任務(wù)。調(diào)度指揮中心配置SCADA服務(wù)器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、專(zhuān)線接入路由器、核心交換機(jī)、操作員工作站、工程師工作站等設(shè)備，并通過(guò)局域網(wǎng)相連，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1中，通信服務(wù)器用于接收各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器儲(chǔ)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并記錄歷史數(shù)據(jù)以便數(shù)據(jù)查詢與歸檔功能的實(shí)現(xiàn)。SCADA服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲取各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心系統(tǒng)的主要功能，其中配置備用SCADA服務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)熱備切換功能。通過(guò)配置KVM切換機(jī)，用戶使用一套鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器即可操作多臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在多臺(tái)服務(wù)器之間進(jìn)行切換。操作員工作站用于實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控界面顯示、參數(shù)顯示、系統(tǒng)調(diào)度命令下發(fā)等操作。工程師工作站用于實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的修改、維護(hù)、系統(tǒng)配置等工作。GPS授時(shí)系統(tǒng)從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，將其通過(guò)接口傳輸給調(diào)度中心系統(tǒng)中需要時(shí)間信息的設(shè)備(通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等)，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步，避免系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備之間因時(shí)間偏差引起的數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

2．2　調(diào)度中心功能設(shè)計(jì)

調(diào)度中心接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)PLC采集的數(shù)據(jù)，主要完成燃?xì)鈴S站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理、各站工藝流程的動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)歸檔、在線組態(tài)、熱備切換、通信管理、系統(tǒng)管理以及設(shè)置、記錄、報(bào)表生成及打印等輔助功能，如圖2所示。通過(guò)彩色顯示器可直觀地顯示全站各工藝流程段的實(shí)時(shí)工況、各工藝參數(shù)的趨勢(shì)畫(huà)面，使操作人員及時(shí)掌握全站運(yùn)行情況，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)燃?xì)夤芫W(wǎng)的優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、合理、可靠地運(yùn)行。

2．2．1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理

調(diào)度中心SCADA服務(wù)器可實(shí)時(shí)采集相應(yīng)的遠(yuǎn)程終端調(diào)壓站的運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)和工藝設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)、連續(xù)的監(jiān)視管理。其中系統(tǒng)對(duì)每個(gè)遠(yuǎn)程終端站的輪詢、自報(bào)時(shí)間可以設(shè)定，每個(gè)站點(diǎn)最小通信時(shí)間為1s，經(jīng)驗(yàn)值為3s，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，無(wú)設(shè)定上限。系統(tǒng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)各種燃?xì)鈪?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、儲(chǔ)存及打印，對(duì)越限數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，以便決策人員根據(jù)系統(tǒng)提供的參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度處理。

2．2．2各站工藝流程動(dòng)態(tài)顯示

操作員工作站和工程師工作站通過(guò)以太網(wǎng)與SCADA服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)以直觀、友好的圖形方式表現(xiàn)給用戶。顯示界面主要包括：管網(wǎng)圖動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，重要站點(diǎn)工藝流程圖動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，站內(nèi)設(shè)備布置圖的動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)圖顯示。

2．2．3報(bào)警管理

系統(tǒng)具有報(bào)警和報(bào)警處理的功能，報(bào)警功能對(duì)于系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清除隱患具有巨大的意義。所有報(bào)警信息都儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以查詢、打印及顯示。查詢可以按照時(shí)間、參數(shù)名稱(chēng)、站類(lèi)型等多種條件組合實(shí)現(xiàn)，報(bào)警數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存時(shí)間由數(shù)據(jù)所在磁盤(pán)空間決定，可以隨時(shí)根據(jù)需要對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除或備份處理。

2．2．4數(shù)據(jù)歸檔

①數(shù)據(jù)儲(chǔ)存歸檔

對(duì)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)按一定時(shí)間間隔進(jìn)行儲(chǔ)存，儲(chǔ)存間隔按照實(shí)際需求設(shè)定，目前國(guó)內(nèi)SCADA系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值為5min(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))和1h(統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。歷史數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存時(shí)間完全由硬盤(pán)物理空間決定，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬盤(pán)空間至少可以保證歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存10a。

②數(shù)據(jù)查詢和輸出

系統(tǒng)提供豐富的數(shù)據(jù)查詢功能，包括實(shí)時(shí)查詢、分鐘間隔歷史數(shù)據(jù)查詢、小時(shí)整點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢、小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警歷史數(shù)據(jù)查詢、操作記錄數(shù)據(jù)查詢、日?qǐng)?bào)表查詢、月報(bào)表查詢、年報(bào)表查詢、閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)歷史查詢、各個(gè)站點(diǎn)橫向?qū)Ρ炔樵?、各?lèi)統(tǒng)計(jì)及實(shí)時(shí)曲線查詢等，所有查詢都可以按照Excel標(biāo)準(zhǔn)格式儲(chǔ)存或打印輸出，保證歷史數(shù)據(jù)的二次利用。具有以上多種間隔的歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，可以有效地保證SCADA系統(tǒng)為管網(wǎng)GIS、OA、調(diào)度指揮等系統(tǒng)提供基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)。同時(shí)統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成和打印，保證在SCADA系統(tǒng)內(nèi)各處生成的報(bào)表中的數(shù)據(jù)完全相同。

2．2．5在線組態(tài)

系統(tǒng)可以對(duì)遠(yuǎn)程終端站的量程、報(bào)警上下限、報(bào)表格式等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，使系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況靈活、方便地運(yùn)行。所有的設(shè)置均在線完成，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2．2．6熱備切換

SCADA服務(wù)器采用雙機(jī)熱備方案，故障切換時(shí)間≤l0s，切換由系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行，無(wú)需人工干預(yù)。

2．2．7通信管理

系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出每個(gè)站點(diǎn)韻叫通率，并儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)管理人員可查詢不同時(shí)段、不同站點(diǎn)的通信成功率，隨時(shí)掌握系統(tǒng)通信狀態(tài)，保證系統(tǒng)通信穩(wěn)定。

2．2．8系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理功能主要實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)中調(diào)度中心的各項(xiàng)管理功能以及輔助功能，具體設(shè)計(jì)包括以下功能：

①輸配管網(wǎng)管理，動(dòng)態(tài)分析；

②與輸配管理系統(tǒng)保留接口，實(shí)現(xiàn)調(diào)度和控制命令的遠(yuǎn)程下達(dá)；

③設(shè)置多級(jí)控制權(quán)限，每個(gè)權(quán)限分別設(shè)置口令保護(hù)；

④對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘同步，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性與可靠性；

⑤調(diào)度中心向下對(duì)廠站計(jì)算機(jī)及RTU設(shè)備進(jìn)行時(shí)鐘同步，確保數(shù)據(jù)采集時(shí)間的準(zhǔn)確性；

⑥網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視及管理，對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能，隨時(shí)了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)；

⑦通信信道監(jiān)視及管理，提供整個(gè)系統(tǒng)的通信監(jiān)視功能，可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)出任何一個(gè)站點(diǎn)的通信叫通率、間隔中斷時(shí)間、連續(xù)中斷時(shí)間等信息，以便對(duì)通信信道進(jìn)行優(yōu)化。

2．2．9系統(tǒng)接口

SCADA系統(tǒng)、管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)、巡線車(chē)輛調(diào)度GPS系統(tǒng)均為燃?xì)夤旧a(chǎn)業(yè)務(wù)管理主線中的重要分支，都與燃?xì)夤芫W(wǎng)有著密切的聯(lián)系，三者之間存在著諸多的關(guān)聯(lián)。因此，SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心應(yīng)設(shè)計(jì)預(yù)留與管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)、巡線車(chē)輛調(diào)度GPS系統(tǒng)的接口功能。

①與管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的接口

管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)需要與SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)資源的共享與交換。為了做到數(shù)據(jù)資源的共享，通過(guò)編寫(xiě)調(diào)度中心與GIS的接口模塊，完成SCADA系統(tǒng)與GIS的通信，使GIS可以動(dòng)態(tài)訪問(wèn)用戶數(shù)據(jù)、SCADA數(shù)據(jù)信息，并在GIS中進(jìn)行定位顯示，使GIS進(jìn)入動(dòng)態(tài)管理的階段，使管網(wǎng)管理人員可以實(shí)時(shí)得到最新的管網(wǎng)信息及其相關(guān)輔助信息。

GIS和SCADA系統(tǒng)的接口主要有兩種方式，一種是在SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)放的情況下，直接訪問(wèn)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，在設(shè)定時(shí)間間隔內(nèi)，GIS定時(shí)訪問(wèn)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接儲(chǔ)存到GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中，并進(jìn)行屏幕顯示。另一種方式是SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)外保密，需要SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員編寫(xiě)對(duì)外服務(wù)接口，GIS通過(guò)調(diào)用SCADA系統(tǒng)的對(duì)外服務(wù)接口來(lái)獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

②與車(chē)輛調(diào)度GPS系統(tǒng)的接口

對(duì)調(diào)度員來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有GPS衛(wèi)星定位的情況下，巡線車(chē)輛發(fā)出去以后，并不知道所發(fā)出車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置信息，因此很難根據(jù)車(chē)輛的實(shí)際巡線情況進(jìn)行有效的調(diào)度。借助GPS車(chē)輛調(diào)度指揮系統(tǒng)，調(diào)度人員可以掌握詳細(xì)的車(chē)輛動(dòng)態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)高效、科學(xué)的調(diào)度決策。本調(diào)度中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)預(yù)留與車(chē)輛調(diào)度GPS系統(tǒng)的接口，在后續(xù)的系統(tǒng)升級(jí)中可以通過(guò)增加WEB發(fā)布服務(wù)器將獲得的車(chē)輛信息以網(wǎng)頁(yè)的方式發(fā)布，保證車(chē)輛使用的有效性、及時(shí)性和可控性。

3　系統(tǒng)運(yùn)行效果

調(diào)度中心系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)態(tài)顯示功能中的站內(nèi)工藝流程圖和歷史曲線圖，可分別實(shí)現(xiàn)重要站點(diǎn)工藝流程圖動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示和歷史趨勢(shì)圖的顯示。

4　結(jié)語(yǔ)

本文以SCADA技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的具體情況，進(jìn)行了SCADA系統(tǒng)中調(diào)度中心的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)。在整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，須充分結(jié)合城市燃?xì)廨斉涔に嚒⑷細(xì)夤芫W(wǎng)和廠站的設(shè)備特性。調(diào)度中心系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控任務(wù)，使燃?xì)夤芫W(wǎng)的正常運(yùn)行及調(diào)度管理有了良好的保障，為公司管理層提供了燃?xì)夤芫W(wǎng)的大量信息，可使企業(yè)的管理水平和效率得到進(jìn)一步的提高。

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本文作者：朱海燕

作者單位：唐山市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司