燃氣生產調度指揮系統建設方案

燃氣生產調度指揮系統建設方案

系統網絡設計

2.2.1中心網絡構成

（1）監控中心局域網采用開放型工業以態網絡架構，配置交換機組成冗余的雙網結構來完成網絡的數據通訊，SCADA實時數據服務器、工程師工作站、操作員工作站、通訊服務器及WEB服務器均同時掛接到網絡上，從而構成完整的網絡系統。

（2）作為控制網絡上的數據庫、數據采集Server、Scada實時服務器是本系統的數據處理中心，它將擔負整個系統的實時數據的存儲和處理，是整個系統的數據集散地，因此具有十分重要的地位。

2.2.2網絡主要功能

1)高性能的快速以太網

在調度系統內部建立1000M快速以太網，使得內部數據可以進行高速的可靠的通信，公司內部的各部門可以通過瀏覽器方式對各種信息進行查詢。

2)建立廣域連接

在調度系統與其它外站點，如：營業所、服務網點之間通過廣域網連接，使得服務網點的服務窗口可以將數據傳送回調度系統數據服務器，同時又可以使得網外的其他工作站可通過公共寬帶進入公司局域網，通過Web方式瀏覽相關信息。

3)高速交換到桌面

隨著網絡技術的逐步提高，網絡數據流量的逐漸增大，燃氣公司根據營業服務管理的數據傳送的某些特殊要求（如：GIS系統），提供高速（1000Mbit/s）交換到桌面的方式。

4)不間斷的100/1000M線速性能

根據燃氣公司工作特點以及今后整個系統對網絡的依賴性，用戶需要一個能夠提供不間斷的100/1000M線路速度的高速網絡。

5)低價格、高性能、可擴展

根據用戶實際需求建立一個高性能、低價格同時又具有很強擴張性的網絡。

2.2.3網絡設計原則

構建網絡系統，遵循如下設計原則：

1)系統工程標準性

在為用戶設計相關局域網時，所有設計將根據IEEE 802委員會制定的相關局域網標準，具體標準見下表：

局域網系列

2)網絡系統實用性

根據用戶提出的需求，結合以往工程設計經驗，為用戶提出合理實用的網絡方案，能夠支持普通數據通訊以及大數據量通訊，并保證該網絡長期的適用性。

3)網絡系統可靠性

在設計中保證采用成型網絡技術、選用主流網絡設備、進行相關的設備匹配測試、進行各部分的故障預測，在設計中排除設計隱患，為系統提供可靠性保證。

4)網絡系統的安全性

數據的安全性包括兩方面含義：系統故障情況下保護數據不丟失和系統正常運行時保護系統不被非法侵入。對第一種情況，將提供采用數據復制技術條件，以利將來建立災難應急中心，將數據復制到災難應急中心，在調度中心發生災難性事故時，應急中心接替調度中心的工作，調度中心恢復正常后收回控制權。對第二種情況，系統采用安全授權功能，通過對用戶名稱和密碼口令的識別，將用戶按職能分配。

5)網絡系統的經濟性

在設計網絡以及設備選型時，在能夠實現同等功能的情況下，本著為用戶著想的原則、盡量采用性能價格比較高的產品以及網絡模式。

6)網絡系統的延續性以及擴展性

根據系統的可擴展性原則，在考慮今后有可能擴充的關鍵節點盡量采用可擴充設計，在同等條件的設備選型時，盡量考慮選用具有可擴展性的設備，用以保護用戶的設備投資。

燃氣生產調度指揮系統建設方案

2.2.4網絡設備選型依據

廣域網線路選擇依據

?滿足實時性數據傳遞的要求；

?現有的廣域網線路情況和未來發展的趨勢；

?在保證系統正常運行的情況下，運行費用盡可能低；

?線路的可靠性高；

廣域網設備選型依據

?滿足整個網絡系統的構架，能夠與局域網順利連接；

?高可靠性，高穩定性；

?是主流產品，有較好的技術支持和售后服務；

?支持熱插拔、冗余熱備；

?支持多層協議傳輸技術；

局域網線路設計依據

從目前國際國內局域網絡信息傳遞技術的發展情況來看，經過多年的發展后，以太網技術已經成為一種國際通行并共同遵守的一種局域網標準，TCP/IP協議也成為網絡傳輸技術中最通行的協議標準。本項目設計中局域網的主干線路采用1000M全交換式以太網，通過二級交換機星型連接。

實現100M以太網連接到桌面的設計依據

綜上所述，在整個網絡中，網絡交換設備為該網絡最核心的一個部分，網絡所有連接設備都將根據它的搭配方案進行擴展，因此它的選擇顯得尤為重要。

2.3系統功能設計

2.3.1場站控制系統

門站控制站的主要任務是完成對門站內各種工藝設備、智能儀表的監控和管理，同時負責將有關信息上傳給分公司調度控制中心，并接受和執行其下達的命令。

1)系統拓撲圖

2)系統組成

站控系統設在各門站控制室，系統主要由操作站和RTU，PLC等控制系統及隔離設備組成，RTU完成對所屬門站的溫度、壓力、流量、泄漏報警等各種參數的采集、處理及控制，現場前端儀表通過RTU與站控計算機通訊；站控計算機運行監控組態軟件實現數據的采集處理和顯示，以及異常情況的就地控制。

門站系統不能接入到公有網絡中，以確保門站系統的生產安全。

3)視頻系統方案

系統在各場站可搭建高性能的視頻采集設備，通過光通信網絡將視頻畫面傳輸至調控中心，在分公司調控中心設有1 套工業電視監視系統。調控中心可以對各地區的場站、閥室等關鍵部位實施視頻監控并存儲視頻畫面，可以對省內各供氣支線實現中心級監控，并在監視器和大屏幕顯示器上監視各供氣支線工藝站場的實時畫面。

同時視頻系統與SCADA系統可以*集成。

站庫監控系統是分公司監控系統的基礎，主要監控站庫內工藝區及高危區的人流、物流等現場狀態，通過互聯網，將站庫內的視頻信號上傳至分公司調控中心視頻工作站。

視頻系統功能詳見2.3.3.1-6）視頻監控系統。

2.3.2工業用戶系統

工業用戶的控制系統主要通過監測設備采集工業用戶的用氣信息并匯總到分公司調度中心的軟件平臺，用氣管理由調度中心根據購銷計劃來控制。

1)系統拓撲圖

工業用戶監測點設備主要負責采集工業用戶的流量信息，主要包括GPRS數據遠傳模塊、遠程IO模塊和后備電源。現場流量計和遠程IO模塊通過485總線與DTU模塊相連，將工業用戶流量數據參數遠傳至分公司中心SCADA平臺，加入門磁報警和斷電報警等。

軟硬件設備選型清單

2.3.3各級生產調度系統

生產調度系統平臺是一個綜合性、高度集成的系統平臺，平臺系統包括生產實時監控與調度、應急指揮系統、GPS車輛管理系統、燃氣運行數據管理系統、網絡視頻監控系統、數字化巡護管理等多個子系統功能，以實現統一調度、指揮及資源調配的生產運行管理，保證生產運行的高可靠性及安全性。

調度中心需要實時采集生產現場數據，完成運營計劃、運營信息管理，資源實時調配與控制。

調度控制中心是統一調度、輸配SCADA指揮系統的中樞，它將對管網和場站進行連續的監控和管理。保證它的可靠性、穩定性、安全性等是至關重要的。系統將確保數據采集、儲存的完整性、及時性、準確性、安全性和可靠性，同時具有支持系統平臺的開放性，支持用戶開發、補充和完善應用功能。

為了保證管網調度控制中心可靠運行，因此除了設置一個主調度控制中心（MCC-Master Control Center）外，根據未來發展需要也可以配置一個備用調度中心（BCC-Backup Control Center），調度中心負責統一監視、調度、管理全線的生產運行，如下達命令、采集各種數據、協調各個遠方工藝站場和線路截斷閥的運行、處理全線的事故。各個工藝站場和RTU站的站控系統，在正常情況下受調度中心的指揮，為調度中心提供數據，負責本地站的具體操作和聯鎖保護，完成各種具體的操作程序（如流程切換、設備的啟動/停車、；聯鎖保護、過程控制等）。當調度中心發生故障時,容災備份中心高速自動啟動,承擔起整個管網調度任務。

調度控制中心計算機系統的容量不但滿足當前現有的及可預見系統規模的需求，而且考慮到今后發展。在系統結構上不但客戶機在網絡中可分布，服務器在網絡中也應可分布。在需要時，可在網絡中以增加服務器的方式提升整個系統的能力，增加服務器應是只對其進行簡單的組態即可完成鏈接。

1)系統功能

調度控制中心是燃氣輸配管網自動控制系統的調度指揮中心，在正常情況下操作人員在調度控制中心通過計算機系統即可完成對輸配系統的監控和運行管理等任務，調度中心采集各個門站、備用氣源站、高中壓調壓站、重要工業用戶、重點壓力檢測點、閥室等現場數據，并對采集的數據進行分析處理，做為整個管網調度依據。調度控制中心主要是對整個燃氣輸配管網進行生產調度，并對各個調壓站、閥室、重點用戶等現場設備狀態進行監控，及時對設備異常狀況進行維護調度，對突發事件進行搶修調度，對整個天然氣輸配管網進行科學的調度和維護。調度中心SCADA系統需要預留和負荷預測、管網仿真、GIS系統、搶修系統等通信接口。

調度中心生產監控及管理系統具有以下主要功能：

對管網輸配系統數據采集和監視管理任務，將整個遠程站的數據進行處理、分析、存檔并向各遠程站發送調度及控制指令。同時實現管網在線模擬、輸送計劃、泄漏檢測及定位、運行優化、計量管理、模擬培訓等任務。主調度控制中心的操作人員通過SCADA系統操作員工作站所提供/顯示的管網系統工藝過程的壓力、溫度、流量、密度、設備運行狀態等信息，完成對整個管網的操作和管理。

該功能的實現主要借助SCADA系統將分布在主城區各SCS站所采集的管網設備的運行參數匯集到MCC監控界面上來。并結合GIS系統提供的天然氣管網地理信息，將管網各監測點的信息（壓力、溫度、流量等）實時地顯示在MCC的大屏幕監視屏上。同時該信息還通過WEB服務器發布，供聯網的客戶端瀏覽。

?顯示各站的動態工藝圖

利用實時數據庫和GIS系統強大的繪圖工具可以根據用戶的要求，隨心所欲地繪制三維動態工藝流程畫面，將整個工藝流程直觀地在計算機上顯示出來。可以看到相關開關量、設備的運行/停止、模擬量的實時變化等，圖形目標的前景色、背景色及目標的動態移動方向均可任意選定，并可動態變化。

各SCS站操作運行過程中，工藝參數如壓力、溫度、流量、瞬時值、累積值、計劃值等，可選用表格顯示或條形圖顯示，還可進行組顯示、特定顯示等。

這些信息還可通過WEB服務器發布，供聯網的客戶端瀏覽。

?實時和歷史趨勢查詢

歷史趨勢：根據用戶的需要我們可以將相關的監控點數據生成歷史趨勢圖。通過歷史趨勢，用戶可以查看以前特定某段（點）時間的歷史圖形記錄，可以查找故障發生的時間，變化趨勢，從而找出系統的故障原因。

實時趨勢：同樣可以生成實時趨勢圖，用于分析模擬量參數（如流量、溫度、壓力等）的變化趨勢，以更好地讓操作人員掌握系統參數的變化趨勢，使系統保持最佳運行。

這些信息還可通過WEB服務器發布，供聯網的客戶端瀏覽。

?下達調度操作命令

系統操作員可以根據管網輸配氣的需要，下達調度指令給各SCS站或直接操作任何可以操作的閥門或其它執行器，同時監視指令運行狀況。

?報警事件管理

對于監控站的設備或系統部件故障報警、診斷報警等，管理軟件能自動處理。對工藝過程報警管理軟件進行報警組態后自動處理。系統對任一報警可以用監控站內置喇叭發出聲報警，也可以用將重要參數報警組態為報警出現時輸出到某個數字量輸出點，以驅動外接音響。對于每個報警可以組態為報警發生時系統自動切換至報警參數所在畫面，同時在報警提示行以醒目的顏色顯示報警信息。

每個報警可以組態是否需要打印及打印風格，工作站上顯示的報警處均帶有日期和時間，同時對報警參數恢復的日期和時間同樣進行顯示和記錄。對于每個報警類型組態的方法是在報警組態的對話框內完成的。報警和打印的時間分辨率最高為1秒。

報警詳細內容如下：

報警/事件具有優先顯示權，除在流程上單點顯示外，還報警或事件狀況列表顯示，表中至少包括標志符（位號）、數值、說明、時間（年、月、日、時、分、秒）、位置等。

報警具有容易引起警覺的聲響輸出，具有語音提示功能；報警顯示可由操作員抑制或消除；對過程變量超限數值應給出警告、危險二級報警。

?各級報表生成及打印

報表格式可以根據生產的實際要求，通過監控軟件與EXCEL電子表格的動態鏈接，任意定義各類表格及其格式，如班報表、日報表、月統計表，甚至年統計表等等。并且可以統計每一個報表的最大、最小值，做出相應的棒圖、趨勢圖、X-bar圖等數據分析方案，使整個管網運行、設備優化和企業管理進入全面量化控制過程。利用定時打印設置功能，可以設置定時自動打印各類報表，也可以根據需要人工干預，隨時打印所需報表。

?網絡監視和管理

管理軟件同樣也能對系統自身的運行進行自診斷并形成報告，監視整個系統的工作運行狀態，以便對系統進行管理和維護。

鑒于精細化管理的要求，系統所提供的所有功能均可以對不同用戶進行授權，所有用戶均可以具有不同的角色和用戶組。權限管理主要包括三部分內容:用戶管理、角色管理、用戶組管理。

用戶管理。系統提供了對用戶進行逐個授權的機制，即可以根據用戶的實際職責，在系統中為其賦予不同的角色，而不同的角色會具有不同的功能，通過用戶角色授權后，用戶登錄到系統中將只能使用那些可以看到的菜單項，從而實現了靈活的用戶授權管理。

角色管理。在進行用戶授權時，對于每個用戶是以其所具有的角色來確定其功能范圍的，而角色就是與功能溝通的橋梁，每個角色可以具有一個或多個功能，這些功能共同構成一個角色，這樣對用戶進行授權時可以更加清楚簡潔。每個單位可以具有其不同的角色定義，各單位之間互不沖突。

用戶組管理。考慮到一個單位內的多個系統用戶可能具有同樣的功能權限，系統提供了用戶組的概念，即可以將需要具有同樣功能的用戶加到同一個用戶組內，然后對這個用戶組進行功能授權。每個單位可以具有不同的用戶組，互不沖突。

?實時運行管理

天然氣輸配系統實施監控的主要目的是監控天然氣輸配系統的高/次高/中壓配氣站、儲配站、調壓閥室、閥井、管網等安全、可靠、穩定、經濟地運行，以保證輸配系統內各個天然氣用戶的供氣需求和安全。

調度監控中心通過生產實時監控及管理系統、依靠管網仿真和SCS的協助，預測輸配管網中短期內的用氣量，以保證天然氣的供需平衡。

實現天然氣的供需平衡，必須有可靠安全的調度管理措施，其具體內容如下：

從高/次高/中壓配氣站獲取天然氣的供氣量和氣質數據。

使用最佳的方式，完成從高/次高/中壓配氣站到各天然氣儲配站和高/次高/中壓管網的輸配，達到管網的供需平衡及安全運行，使管網運行狀態規律地變化。

通過正確適當的儲氣管理（管線和儲配站）和其它技術及商業手段調節，達到長期的供需平衡。

?優化調度

通過生產調度系統提供的長時間歸檔的生產歷史數據及可視化數據分析工具，操作員可對今后的供氣需求作出近期或遠期的預測。根據負荷預測和分析提供的數據報表，合理安排每日/周/月的用氣計劃。根據管網實時模型，可以通過對管道有關參數的計算，對管道的異常工作情況進行分析（地點、時間），模擬分析計算用氣高峰期管線上的壓力分布，分析高峰期每日運行的管道系統的輸送和儲氣性能，對系統是否能夠滿足未來需求提供決策支持。

在此基礎上，可實現儲氣調峰調度的優化，減少儲配站壓縮機開啟的臺數、時間和啟停的次數，實現燃氣輸配的經濟優化運行。

本系統主要完成五個方面的功能：

?實現網絡內的任何計算機經過安全授權后，可以瀏覽到基于B/S架構的生產實時數據、站場流程畫面、設備運行狀態、安全監控和預警分析；

?實現網絡內的任何計算機經過高級別安全授權后，可以對調度令、運行控制參數、設備運行狀態、銷售計劃、預警參數、管道基礎業務數據進行添加、修改、審批和下達，以達到對天然氣輸配的運行狀態實現可控的目的。

?實現網絡內的任何計算機經過查詢授權后，可通過時間、組織機構、數據類型等多種維度對系統內的公共數據、SCADA實時數據、生產數據、營銷數據、應急決策方案等進行綜合查詢和分析。

?實現網絡內的任何計算機經過報表授權后，對系統中的各種類型的報表，如生產運行日報、銷售月報、用戶用氣重要參數瞬時報表、銷售計劃等報表等進行查看。

?實現網絡內的任何計算機經過系統管理授權后，對系統中的用戶進行角色分配和權限設置。

2)生產調度系統軟硬件設備選型清單