摘　要：将SCADA系统作为燃气管网调度管理自动化的解决方案，分析了SCADA系统中调度中心的结构、功能设计。

关键词：SCADA系统；　调度中心；  结构；　功能；  系统接口

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

从20世纪80年代开始，SCADA系统在燃气行业得到了广泛的应用。它可以进行现场数据的实时采集，对现场进行本地或远程自动控制，对工艺流程进行全面、实时监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据^[1]。SCADA系统主要由调度中心、现场监控站点和通信系统组成。调度中心主要由计算机系统组成，包含SCADA服务器、SCADA工作站和通信服务器等；监控站点设备平台由RTU组成，实现对现场仪表参数的实时监控^[2]；调度中心与监控站点通过通信系统进行监控参数和指令的信息交换，通信服务器负责监控数据集中和通信管理。监控数据由SCADA服务器集中处理、储存，工作站上运行调度操作软件，将监控信息以入机界面方式表现出来，供生产调度人员使用^[3]。

因调度中心是SCADA系统中最为重要的组成部分，本文对SCADA系统中的调度中心做着重介绍。调度中心是由SCADA服务器、操作员工作站、工程师工作站、通信服务器等组成的计算机网络系统^[4-5]。调度中心接收管网中所有现场监控站点采集的数据，对各个站点的运行工况进行实时监视，掌握整个管网的运行状况，并根据管网参数及时调整运行工况，传输各种数据和信息，完成采集数据的处理、显示、入库以及与燃气公司其他系统的信息集成^[6]。

2　调度中心系统设计

2．1　系统结构

调度中心是整个SCADA系统的调度指挥中心，操作人员在调度指挥中心通过计算机系统即可完成对整个城市燃气输配管网的监控和运行管理等任务。调度指挥中心配置SCADA服务器、通信服务器、数据库服务器、专线接入路由器、核心交换机、操作员工作站、工程师工作站等设备，并通过局域网相连，系统结构见图1。

图1中，通信服务器用于接收各个现场监控站点采集的数据，并将数据存入数据库服务器的数据库中，数据库服务器储存实时数据，并记录历史数据以便数据查询与归档功能的实现。SCADA服务器从数据库服务器获取各个现场监控站点所采集的数据，实现调度中心系统的主要功能，其中配置备用SCADA服务器用于实现热备切换功能。通过配置KVM切换机，用户使用一套键盘、鼠标、显示器即可操作多台服务器，实现在多台服务器之间进行切换。操作员工作站用于实现SCADA系统的监控界面显示、参数显示、系统调度命令下发等操作。工程师工作站用于实现SCADA系统的修改、维护、系统配置等工作。GPS授时系统从GPS卫星上获取标准时间信号，将其通过接口传输给调度中心系统中需要时间信息的设备(通信服务器、数据库服务器等)，达到整个系统的时间同步，避免系统中各个设备之间因时间偏差引起的数据记录不准确等问题。

2．2　调度中心功能设计

调度中心接收现场监控站点PLC采集的数据，主要完成燃气厂站的实时数据采集和处理、各站工艺流程的动态显示、报警管理、数据归档、在线组态、热备切换、通信管理、系统管理以及设置、记录、报表生成及打印等辅助功能，如图2所示。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，以实现整个燃气管网的优化、经济、合理、可靠地运行。

2．2．1实时数据采集和处理

调度中心SCADA服务器可实时采集相应的远程终端调压站的运行参数，从而实现对管网和工艺设备的运行情况进行自动、连续的监视管理。其中系统对每个远程终端站的轮询、自报时间可以设定，每个站点最小通信时间为1s，经验值为3s，可根据实际情况调整，无设定上限。系统通过通信网络实时采集管网运行参数数据，对各种燃气参数进行统计分析、储存及打印，对越限数据进行报警，以便决策人员根据系统提供的参数信息进行实时调度处理。

2．2．2各站工艺流程动态显示

操作员工作站和工程师工作站通过以太网与SCADA服务器进行数据交换，将系统采集的数据以直观、友好的图形方式表现给用户。显示界面主要包括：管网图动态实时显示，重要站点工艺流程图动态实时显示，站内设备布置图的动态显示，实时及历史趋势图显示。

2．2．3报警管理

系统具有报警和报警处理的功能，报警功能对于系统安全稳定地运行，及时发现并清除隐患具有巨大的意义。所有报警信息都储存在数据库中，可以查询、打印及显示。查询可以按照时间、参数名称、站类型等多种条件组合实现，报警数据的储存时间由数据所在磁盘空间决定，可以随时根据需要对报警数据进行删除或备份处理。

2．2．4数据归档

①数据储存归档

对系统采集的数据实现按一定时间间隔进行储存，储存间隔按照实际需求设定，目前国内SCADA系统的经验设定值为5min(实时数据)和1h(统计数据)。历史数据的储存时间完全由硬盘物理空间决定，本系统设计的硬盘空间至少可以保证历史数据储存10a。

②数据查询和输出

系统提供丰富的数据查询功能，包括实时查询、分钟间隔历史数据查询、小时整点数据查询、小时统计数据查询、报警历史数据查询、操作记录数据查询、日报表查询、月报表查询、年报表查询、阀门开关状态历史查询、各个站点横向对比查询、各类统计及实时曲线查询等，所有查询都可以按照Excel标准格式储存或打印输出，保证历史数据的二次利用。具有以上多种间隔的历史数据储存，可以有效地保证SCADA系统为管网GIS、OA、调度指挥等系统提供基础分析数据。同时统计报表生成和打印，保证在SCADA系统内各处生成的报表中的数据完全相同。

2．2．5在线组态

系统可以对远程终端站的量程、报警上下限、报表格式等内容进行设置，使系统根据实际情况灵活、方便地运行。所有的设置均在线完成，不影响系统的正常运行。

2．2．6热备切换

SCADA服务器采用双机热备方案，故障切换时间≤l0s，切换由系统自动执行，无需人工干预。

2．2．7通信管理

系统自动统计出每个站点韵叫通率，并储存到数据库。系统管理人员可查询不同时段、不同站点的通信成功率，随时掌握系统通信状态，保证系统通信稳定。

2．2．8系统管理

系统管理功能主要实现SCADA系统中调度中心的各项管理功能以及辅助功能，具体设计包括以下功能：

①输配管网管理，动态分析；

②与输配管理系统保留接口，实现调度和控制命令的远程下达；

③设置多级控制权限，每个权限分别设置口令保护；

④对全系统进行时钟同步，确保系统数据的一致性与可靠性；

⑤调度中心向下对厂站计算机及RTU设备进行时钟同步，确保数据采集时间的准确性；

⑥网络监视及管理，对系统的网络设备提供网络监视功能，随时了解整个网络的运行状态；

⑦通信信道监视及管理，提供整个系统的通信监视功能，可以实时统计出任何一个站点的通信叫通率、间隔中断时间、连续中断时间等信息，以便对通信信道进行优化。

2．2．9系统接口

SCADA系统、管网地理信息系统(GIS)、巡线车辆调度GPS系统均为燃气公司生产业务管理主线中的重要分支，都与燃气管网有着密切的联系，三者之间存在着诸多的关联。因此，SCADA系统调度中心应设计预留与管网地理信息系统(GIS)、巡线车辆调度GPS系统的接口功能。

①与管网地理信息系统的接口

管网地理信息系统(GIS)需要与SCADA系统进行数据资源的共享与交换。为了做到数据资源的共享，通过编写调度中心与GIS的接口模块，完成SCADA系统与GIS的通信，使GIS可以动态访问用户数据、SCADA数据信息，并在GIS中进行定位显示，使GIS进入动态管理的阶段，使管网管理人员可以实时得到最新的管网信息及其相关辅助信息。

GIS和SCADA系统的接口主要有两种方式，一种是在SCADA系统数据库开放的情况下，直接访问SCADA系统的数据库，在设定时间间隔内，GIS定时访问SCADA系统的数据库，获得监测数据，将监测数据直接储存到GIS数据库中，并进行屏幕显示。另一种方式是SCADA系统的数据库对外保密，需要SCADA系统的设计人员编写对外服务接口，GIS通过调用SCADA系统的对外服务接口来获得监测数据。

②与车辆调度GPS系统的接口

对调度员来说，在没有GPS卫星定位的情况下，巡线车辆发出去以后，并不知道所发出车辆的实时位置信息，因此很难根据车辆的实际巡线情况进行有效的调度。借助GPS车辆调度指挥系统，调度人员可以掌握详细的车辆动态信息，从而实现高效、科学的调度决策。本调度中心系统设计预留与车辆调度GPS系统的接口，在后续的系统升级中可以通过增加WEB发布服务器将获得的车辆信息以网页的方式发布，保证车辆使用的有效性、及时性和可控性。

3　系统运行效果

调度中心系统运行的部分主要界面如图3～4所示。

图3和图4分别为各站工艺流程动态显示功能中的站内工艺流程图和历史曲线图，可分别实现重要站点工艺流程图动态实时显示和历史趋势图的显示。

4　结语

本文以SCADA技术为基础，结合城市燃气管网的具体情况，进行了SCADA系统中调度中心的结构与功能设计。在整个系统的开发过程中，须充分结合城市燃气输配工艺、燃气管网和厂站的设备特性。调度中心系统能较好地实现集中监控任务，使燃气管网的正常运行及调度管理有了良好的保障，为公司管理层提供了燃气管网的大量信息，可使企业的管理水平和效率得到进一步的提高。

参考文献：

[1]曾力，张广煜，应佐萍．SCADA系统在城市燃气供应中的应用[J]．煤气与热力，2002，22(3)：264-265．

[2]牟乃夏，杨亮杰，张宁先．燃气管网综合调度管理系统的研究[J]．煤气与热力，2005，25(3)：20-23．

[3]马作舫．燃气调度中心的功能和作用[J]．钢铁技术，2005(3)：43-45、48．

[4]杜光辉．基于力控软件的燃气调度中心SCADA系统应用方案[J]．自动化博览，2012(3)：90-92．

[5]卢冰，刘雷，李文杰．SCADA技术在城市燃气管网调度管理中的应用[J]．郑州轻工业学院学报，2004(3)：63-65．

[6]张铁军．城市燃气管网SCADA系统设计与实现[J]．信息技术，2012，48(2)：49-52．

本文作者：朱海燕

作者单位：唐山市燃气集团有限公司