一．   前言

     ç¾(xiàn)今社會(huì)ç’°(huán)境質(zhì)量問(wèn)題已成為影響民生的重要因素之一，成為影響人民生活幸福感的重要指標(biāo)。天然氣因其相較煤炭、石油等能源而言，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)å‹¢(shì)特點(diÇŽn)，被稱(chÄ“ng)為“清潔能源”，已成為當(dāng)前重要能源之一。

     å¤©ç„¶æ°£ä¸»è¦å­˜åœ¨äºŽæ²¹ç”°æ°£ã€æ°£ç”°æ°£ã€ç…¤å±¤æ°£ã€æ³¥ç«å±±æ°£å’Œç”Ÿç‰©ç”Ÿæˆæ°£ä¸­ï¼Œä¹Ÿæœ‰å°‘量出于煤層。最初開(kāi)采上來(lái)的天然氣被稱(chÄ“ng)為原料氣，通常在原料氣中含有硫化氫、二氧化碳、水和其他各種硫化物以及機(jÄ«)械雜質(zhì)。其中硫化氫和二氧化碳都成為酸性氣體，在水的存在下能生成酸或者酸性溶液。將會(huì)對(duì)管道等設(shè)備發(fā)生腐蝕作用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞管道，同時(shí)未經(jÄ«ng)凈化的天然氣泄漏到外界也會(huì)對(duì)ç’°(huán)境造成污染。因此需要對(duì)原料氣進(jìn)行凈化，使其成分符合最終使用標(biāo)準(zhÇ”n)。

二．   系統(tÇ’ng)概述

    目前最終用戶(hù)是一個(gè)以天然氣采集、天然氣凈化輸送、天然氣精細(xì)化工生產(chÇŽn)為主的生產(chÇŽn)型企業(yè)。擁有10余口天然氣井、1家160萬(wàn)立方米/日的天然氣凈化廠、1座儲(chÇ”)氣站、4座調(diào)壓站、4座配氣站（包括1座門(mén)站）和數(shù)10公里的天然氣傳輸管網(wÇŽng)。從數(shù)æ“š(jù)采集的角度，公司擁有凈化廠DCS控制系統(tÇ’ng)3套，另有天然氣儲(chÇ”)氣站、CNG加氣站PLC數(shù)æ“š(jù)采集裝置，天然氣井場(chÇŽng)、天然氣傳輸管網(wÇŽng)等。但是這些場(chÇŽng)站或分廠分布在方圓100余平方公里的丘陵和山區(qÅ«)，各自相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行，單獨(dú)è² (fù)責(zé)裝置的監(jiān)控和計(jì)量工作，個(gè)別裝置尤其是天然氣采氣井還沒(méi)有數(shù)字化，不能進(jìn)行數(shù)æ“š(jù)采集和傳輸。現(xiàn)å ´(chÇŽng)生產(chÇŽn)信息的管理還是停留在各自的分廠、場(chÇŽng)站，數(shù)字信息沉淀在現(xiàn)å ´(chÇŽng)，不僅各個(gè)控制系統(tÇ’ng)之間缺乏有效的信息溝通和綜合的信息處理能力，而且無(wú)法上傳有效的現(xiàn)å ´(chÇŽng)信息。公司領(lǐng)å°Ž(dÇŽo)遠(yuÇŽn)離工作現(xiàn)å ´(chÇŽng)，對(duì)現(xiàn)å ´(chÇŽng)情況的獲取渠道主要是人員匯報(bào)、部門(mén)å ±(bào)表和現(xiàn)å ´(chÇŽng)視察，所獲取的信息基本上是“過(guò)去時(shí)”，不利于對(duì)現(xiàn)å ´(chÇŽng)工作的管理和公司天然氣資源統(tÇ’ng)一調(diào)度。因此亟需搭建一整套生產(chÇŽn)調(diào)度與安全監(jiān)控系統(tÇ’ng)，滿(mÇŽn)足當(dāng)前信息化和工業(yè)化的高層次深度結(jié)合的新需求。

    本系統(tÇ’ng)以天然氣輸配管網(wÇŽng)監(jiān)控與數(shù)æ“š(jù)采集（SCADA）系統(tÇ’ng)為核心，主要監(jiān)控天然氣凈化廠的實(shí)時(shí)數(shù)æ“š(jù)和生產(chÇŽn)工藝，采用流行可靠的計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)網(wÇŽng)絡(luò)構(gòu)成的二級(jí)式分布式控制系統(tÇ’ng)。調(diào)度中心為系統(tÇ’ng)控制管理級(jí)，負(fù)責(zé)數(shù)æ“š(jù)的處理和監(jiān)控，分布于輸配管網(wÇŽng)的遠(yuÇŽn)程RTU為系統(tÇ’ng)過(guò)程控制級(jí)，負(fù)責(zé)現(xiàn)å ´(chÇŽng)數(shù)æ“š(jù)采集和設(shè)備控制，二級(jí)系統(tÇ’ng)通過(guò)有線(xiàn)網(wÇŽng)絡(luò)和無(wú)ç·š(xiàn)網(wÇŽng)絡(luò)有機(jÄ«)的結(jié)合在一起構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)æ“š(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tÇ’ng)和生產(chÇŽn)調(diào)度系統(tÇ’ng)。生產(chÇŽn)調(diào)度系統(tÇ’ng)的任務(wù)是保證天然氣輸配管網(wÇŽng)安全、可靠、平穩(wÄ›n)、高效、經(jÄ«ng)æ¿Ÿ(jì)地運(yùn)行。

三．    系統(tÇ’ng)架構(gòu)

    天然氣凈化廠生產(chÇŽn)輸配調(diào)度系統(tÇ’ng)是以現(xiàn)å ´(chÇŽng)儀表、力控ForceControl系列監(jiān)控組態(tài)軟件、力控pSpace實(shí)時(shí)歷史數(shù)æ“š(jù)庫(kù)、SQL Serveré—œ(guān)系數(shù)æ“š(jù)庫(kù)、以及RTU模塊為核心并采用以太網(wÇŽng)交換機(jÄ«)、路由器、防火墻等現(xiàn)代網(wÇŽng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成的一個(gè)分布式計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)數(shù)æ“š(jù)采集與監(jiān)控網(wÇŽng)絡(luò)。圖1所示為系統(tÇ’ng)架構(gòu)示意圖。

    系統(tÇ’ng)通過(guò)調(diào)度中心集中監(jiān)視和控制天然氣輸配管網(wÇŽng)的運(yùn)行、管理與維護(hù)。在每個(gè)站點(diÇŽn)的本地實(shí)現(xiàn)實(shí)際流程控制和設(shè)備保護(hù)功能，并可從調(diào)度中心和場(chÇŽng)站進(jìn)行監(jiān)控。

3.1調(diào)度中心

    調(diào)度中心提供系統(tÇ’ng)的全部功能，實(shí)現(xiàn)在調(diào)度中心通過(guò)計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)系統(tÇ’ng)遠(yuÇŽn)程監(jiān)控天然氣凈化廠、場(chÇŽng)站、天然氣輸配管網(wÇŽng)的運(yùn)行情況。配備冗余配置的企業(yè)ç´š(jí)實(shí)時(shí)數(shù)æ“š(jù)庫(kù)pSpace Server做為SCADA實(shí)時(shí)服務(wù)器負(fù)責(zé)處理、存儲(chÇ”)、管理從凈化廠、場(chÇŽng)站、輸配管網(wÇŽng)各遠(yuÇŽn)程站點(diÇŽn)傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)æ“š(jù)，同時(shí)又為網(wÇŽng)絡(luò)中的其它服務(wù)器和工作站提供實(shí)時(shí)數(shù)æ“š(jù)。雙機(jÄ«)冗余架構(gòu)使得數(shù)æ“š(jù)可實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)備份增加了系統(tÇ’ng)的安全穩(wÄ›n)定性。歷史數(shù)æ“š(jù)經(jÄ«ng)壓縮處理后存放在pSpace Server歷史庫(kù)中，也可以通過(guò)ODBCRouter寫(xiÄ›)入關(guān)系型數(shù)æ“š(jù)庫(kù)SQL Server 中。同時(shí)配備SCADA服務(wù)器運(yùn)行通信管理軟件，可完成與各遠(yuÇŽn)程站點(diÇŽn)的通信鏈接、協(xié)議轉(zhuÇŽn)換、網(wÇŽng)絡(luò)管理等任務(wù)。另外單獨(dú)配備WEB服務(wù)器專(zhuān)é–€(mén)用于網(wÇŽng)絡(luò)發(fā)布，即可實(shí)現(xiàn)廣域網(wÇŽng)遠(yuÇŽn)程客戶(hù)瀏覽，又避免系統(tÇ’ng)數(shù)æ“š(jù)直接遭到網(wÇŽng)絡(luò)黑客、病毒攻擊所帶來(lái)的安全隱患。為了便于工作人員實(shí)時(shí)了解現(xiàn)å ´(chÇŽng)情況，調(diào)度中心配備工程師站以及操作員站，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)å ´(chÇŽng)工藝畫(huà)面，并且可直接接到控制中心大屏幕予以顯示。

    調(diào)度中心采用冗余的10/100Mbps 快速交換式以太網(wÇŽng)網(wÇŽng)絡(luò)。網(wÇŽng)絡(luò)基于客戶(hù)æ©Ÿ(jÄ«)/服務(wù)器模式構(gòu)建，網(wÇŽng)絡(luò)通訊協(xié)議為T(mén)CP/IP，通訊介質(zhì)為5é¡ž(lèi)雙絞線(xiàn)。系統(tÇ’ng)的各項(xiàng)任務(wù)按功能劃分分別運(yùn)行在網(wÇŽng)絡(luò)中不同的服務(wù)器中（SCADA服務(wù)器、數(shù)æ“š(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器等），其它客戶(hù)æ©Ÿ(jÄ«)（操作員工作站、工程師工作站、管理員工作站等）通過(guò)網(wÇŽng)絡(luò)共享服務(wù)器資源。基于這種框架的系統(tÇ’ng)網(wÇŽng)絡(luò)可合理利用網(wÇŽng)絡(luò)資源，減輕了單臺(tái)服務(wù)器的工作和通訊負(fù)荷，同時(shí)也可避免由于單臺(tái)服務(wù)器的故障而導(dÇŽo)致的系統(tÇ’ng)癱瘓問(wèn)題，保證系統(tÇ’ng)上層網(wÇŽng)絡(luò)高速穩(wÄ›n)定運(yùn)行。

3.2遠(yuǎn)程監(jiān)控站

    凈化廠、配氣站（含門(mén)站）、儲(chÇ”)備站、場(chÇŽng)站等為本系統(tÇ’ng)的遠(yuÇŽn)程監(jiān)控站，裝有獨(dú)立的控制裝置采集現(xiàn)å ´(chÇŽng)儀表信號(hào)，遠(yuÇŽn)程站點(diÇŽn)接受中心下達(dá)的指令和向中心傳遞信息；同時(shí)它們也是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制站，配備有力控就地監(jiān)控系統(tÇ’ng)平臺(tái)，在本地配備工作站或顯示終端，具有就地控制顯示功能。對(duì)于已經(jÄ«ng)建設(shè)流量計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)的配氣站，暫時(shí)以流量計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)作為RTU功能，通過(guò)TCP/IP等通訊方式將現(xiàn)å ´(chÇŽng)數(shù)æ“š(jù)傳送給調(diào)度中心。

    針對(duì)地理位置較為偏僻的遠(yuÇŽn)程監(jiān)控站，采用GPRSç„¡(wú)ç·š(xiàn)方式進(jìn)行數(shù)æ“š(jù)傳輸，此種方式無(wú)需專(zhuān)é–€(mén)架設(shè)通信線(xiàn)路，輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)æ“š(jù)上傳與下置。

四．    系統(tÇ’ng)功能

    整套系統(tÇ’ng)對(duì)集團(tuán)公司整個(gè)天然氣輸配管網(wÇŽng)、場(chÇŽng)站、凈化廠的生產(chÇŽn)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度并對(duì)工藝對(duì)象進(jìn)行數(shù)æ“š(jù)采集及工藝過(guò)程和重要設(shè)備的控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)管網(wÇŽng)設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化、制定輸送計(jì)劃、計(jì)量管理等一系列任務(wù)。調(diào)度中心的操作人員通過(guò)計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)系統(tÇ’ng)的操作員工作站所提供的各場(chÇŽng)站工藝過(guò)程的壓力、溫度、流量、液位信號(hào)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，完成對(duì)整個(gè)輸配管網(wÇŽng)的運(yùn)行監(jiān)控和調(diào)度管理。系統(tÇ’ng)具有靈活、易于學(xué)ç¿’(xí)和操作的人機(jÄ«)界面，開(kāi)放型的歷史數(shù)æ“š(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)æ“š(jù)庫(kù)系統(tÇ’ng)，使其在投產(chÇŽn)之后提供給用戶(hù)一個(gè)良好的開(kāi)發(fā)和使用環(huán)境，其主要功能如下：

    ●實(shí)時(shí)數(shù)æ“š(jù)的采集、歸檔、管理以及趨勢(shì)顯示及工藝流程的動(dòng)æ…‹(tài)顯示。包括現(xiàn)å ´(chÇŽng)溫度、壓力、壓差、容積、液位PID調(diào)節(jié)參數(shù)及給定值的設(shè)定；球罐區(qÅ«)的監(jiān)控?cái)?shù)æ“š(jù)，管網(wÇŽng)輸配運(yùn)行數(shù)æ“š(jù)等；并且所有工藝流程均可動(dòng)æ…‹(tài)顯示。

    ●各個(gè)å ´(chÇŽng)站監(jiān)控平臺(tái)均可執(zhí)è¡ŒSCADA系統(tÇ’ng)控制中心發(fā)送的調(diào)度和操作指令，并向調(diào)度中心發(fā)送帶時(shí)間標(biāo)簽的實(shí)時(shí)數(shù)æ“š(jù)，從而保證數(shù)æ“š(jù)的同步性。

    ●現(xiàn)å ´(chÇŽng)可燃?xì)怏w的監(jiān)測(cè)和報(bào)警顯示、管理以及事件的追憶、查詢(xún)、打印。同時(shí)具備事件記錄功能，管理人員可隨時(shí)了解系統(tÇ’ng)運(yùn)行狀況，根據(jù)事件記錄將事件責(zé)任落實(shí)到具體操作過(guò)程或者設(shè)備故障等。

    ●系統(tÇ’ng)具備歷史數(shù)æ“š(jù)的管理、存貯功能，根據(jù)不同需求生成生產(chÇŽn)å ±(bào)表，并且實(shí)現(xiàn)查詢(xún)打印功能,可實(shí)時(shí)顯示數(shù)æ“š(jù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)。

    ●系統(tÇ’ng)結(jié)合先進(jìn)的控制策略具備天然氣流量計(jì)算、輸配優(yōu)化調(diào)度管理功能，并且可實(shí)現(xiàn)與企業(yè)信息管理系統(tÇ’ng)ERP、MIS等系統(tÇ’ng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)æ“š(jù)交互。

    ●系統(tÇ’ng)遵循嚴(yán)格的用戶(hù)控制權(quán)限管理體制，具備網(wÇŽng)絡(luò)監(jiān)視及管理功能，針對(duì)不同級(jí)別的操作人員設(shè)定不同的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)安全可靠管理。

    ●分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)通信監(jiān)視及管理和主備信道的無(wú)擾切換，具備系統(tÇ’ng)自診斷和故障分析處理能力。遇有緊急情況可自動(dòng)緊急切斷故障源，對(duì)系統(tÇ’ng)起到安全保護(hù)作用。

    ●高效的網(wÇŽng)絡(luò)配置可實(shí)現(xiàn)與上級(jí)計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)網(wÇŽng)絡(luò)的通信及數(shù)æ“š(jù)共享，良好的開(kāi)放性為日后的系統(tÇ’ng)æ“´(kuò)容預(yù)留了足夠的接口。

五．    結(jié)語(yÇ”)

本系統(tǒng)利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將地理位置分散的門(mén)站、加氣站、調(diào)壓/計(jì)量站有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)公司在生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度指揮、安全系統(tǒng)的集中管理，在消除信息孤島的同時(shí)也為領(lǐng)導(dǎo)決策，安全運(yùn)行與聯(lián)合調(diào)度提供可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。從而更好的提升公司在運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化、管理現(xiàn)代化的水平。