SCADA系统在燃气管理中的应用

苏敏

（哈尔滨市燃气工程设计研究院，黑龙江 哈尔滨 150016）

1 SCADA系统

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

在燃气行业中，SCADA系统应用比较广泛，技术发展也趋于成熟，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为燃气调度不可缺少的工具。它对提高燃气管网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现燃气调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平等方面有着不可替代的作用。

SCADA系统包括站控系统(SCS)和远程控制终端(RTU)以及现场仪表，可实现以下功能：

1.1 对燃气温度、压力、流量、可燃气体浓度等参数设指示、记录、报警；

1.2 当工艺装置出现异常情况时，可实现紧急自动停车，以保护人员和设备的安全；

1.3 对门站、调压站进行视频监控和入侵报警，防止非正常进入；

1.4 对各级调压站的工艺参数进行监控，并实现远程控制。

SCADA系统硬件主要包括SCADA服务器、通讯服务器、历史数据服务器、操作员工作站、网络设备及打印机等。站控系统主要包括计算机网络系统、过程控制单元（PLC或RTU）、数据通信接口等。其中，PLC或RTU是系统中最重要的设备。

PLC，即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成。CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）等模块。

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

PLC系统还包括上位机、人机界面、通讯设备等其它设备。

PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序以实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。

RTU，即远程控制终端(Remote Terminal Units)，除具备对现场信号、设备的监测和控制外，还具有更优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于无人值守的、恶劣的温度和湿度环境。

2 应用

某城市燃气管网包括1座门站和5座高--中压调压站。调度控制中心设置在门站，门站设置SCADA系统和SCS系统各一套。调压站中1座为有人值守站，设置SCS系统一套，其余4座为无人值守站，各设一套RTU系统。工艺现场采用隔爆型变送器及电气设备。

DCS系统，即集散控制系统，属90年代国际先进水平大规模控制系统。它适用于测控点数多、测控精度高、测控速度快的工业现场。其特点是分散控制和集中监视，组网通讯能力、测控功能强，运行可靠，易于扩，组态方便，操作维护简便，但系统的价格昂贵。

SCADA系统属中小规模的测控系统。它集中了PLC系统的现场测控功能强和DCS系统的组网通讯能力的两大优点，性能价格比高。所以在燃气行业的管理中，SCADA系统更加经济适用。

[1]林小峰.可编程控制器原理及应用 .北京：高等教育出版社，1994

[2]陆德民.石油化工自动控制设计手册（第三版）北京：化学工业出版社，1999.08

[3]张万忠.可编程控制器应用技术 北京：化学工业出版社，2001.12

[4]于庆广.可编程控制器原理及系统设计 北京：清华大学出版社.2004