燃气数据采集与监视控制系统的探讨

郭立军

摘要：本文简要介绍了秦皇岛市天然气管网及设施发展情况，为提高全市的燃气管网及设施的管理水平，从SCADA系统简介、系统工作结构及功能和实际应用三个方面对全市燃气数据采集与监控系统（SCADA）做了分析。

关键词：数据采集与监控系统 应用分析

0 引言

本市作为沿海旅游城市，对于城市环境要求较高。天然气是一种无毒、清洁的能源，它的引进非常有利于改善我市的空气质量。我市现有燃气管网是高中低压三级管网，管网约1500km，居民供气达20万户，年供天然气约2.5亿Nm3，城市气化率约为90%，极大的方便了城市居民的生活。本市市区地理位置的特点是沿渤海带状发展，市区之间需要城市高压管网连接，各区内发展局部的区内管网，形成了高中低压三级管网结构，随着气化区域的增大，管网的复杂程度也随着增加，这就要求一个先进的系统来管理日益增大的管网和燃气经营市场。

1 燃气数据采集与监控系统简介

城市要更好的利用天然气资源，对其输配管网的安全性、高效性都有很高的要求。目前随着科学技术的不断发展，计算机网络的广泛应用，工业自动化控制水平的不断提高，对现在复杂的城市多级管网的监控、管理就需要智能化的系统。对于管网运行时的各项参数能够及时、准确的采集到系统中，系统能够自动处理所监测到的数据，并对管网运行中出现的不正常的情况发出警告，做出自动控制，避免事故的发生。管网运行数据全部存储到计算机中，以便查询。

2 针对本市的天然气多级管网系统，SCADA系统结构和系统功能

2.1 系统结构 以管理中心为核心，依托各站点的站控系统，采用星形的结构，把原有监控网络、门站、储配站、调压站、加气站、工业用户、办公局域网连成一套系统。把全市的管网和设备设施数据统一管理。

2.2 系统功能简介 ①门站。门站是天然气进入城市的第一关，完成天然气的计量和调节进入城市高压管网的压力等一些关键性的工作。对于门站调压器的控制可确保城市高压管网的压力稳定性。②液化天然气储配站。储配站是调节城市用气波动的关键设施，为保障城市用气的稳定，其拥有液化天然气低温储罐等储气设施来调节用气高峰时的波动。对各种设备的压力、温度、开关等的监控需要精密、及时、准确的完成。③调压站。调压站是调节城市多级管网压力平衡的重要设备。通过调节各调压站的压力可保障不同级别的管网压力的稳定。通过对各中高压、中中压调压站的压力、门开关等数据的监控，可以有效的保障管网的安全、稳定的运行。它通过站点内RTU采集到数据信息，用无线传送的方式传送给管理中心，管理中心可以远程监控各调压站。④各工业用户。根据我市市场调查的情况，工业用户用气量将占总用气量的80-90%，工业用户用气量很大，所以对每个工业用户的专用管线的监控和管理也是十分重要的。这些大用户通过系统监控管理。可实现远程计量、远程控制、泄漏报警、故障报警等一些功能，提高经营管理的水平，同时可提供安全的监控服务，保证供气安全，可以对故障及时、准确的排除。⑤加气站。加气站是本市天然气汽车加气的重要设施。目前，本市天然气汽车主要是公共交通系统使用。加气站的稳定运行保障着全市公共交通系统的稳定运行。通过数据采集及监控系统，把各个加气站站内站控系统数据进行统一管理，及时掌握和调度各加气站的运行。⑥管理中心。管理中心是对整个管网的监控中心，所以的重要设备都进行实时监控，对所以数据进行备份管理。调度站可根据获得的各项数据调度整个管网的稳定运行。图档工作站可以提供城市管网图像信息，为更加直观的了解整个管网。服务站可提供各种经过整理的信息，供各个单位查询。工程师站管理整个计算机网络的稳定运行。管理中心具有各种数据查询、统计分析、业务报表、系统维护等功能。公司各办公单位可通过办公网络查询管理中心提供的各种信息，信息的共享可以提高各部门的工作效率，提高公司的管理水平。

3 数据采集及监控系统的应用

本系统为燃气管网和生产监控及管理系统。本系统主要完成全市管网及设施的监控管理，对天然气高中低压三级管网、燃气调压设施、加气站等设备进行监控管理。并实现整个公司的客户服务管理、生产调度管理、决策支持管理、设备档案管理、查询统计等功能。

3.1 系统设计原则 该系统具有高可靠性、稳定性、和灵活性，以保证生产安全可靠的运行。

系统采用的硬件、软件和网络应具有世界先进技术水平，并且经过实践考验证明其安全、实用的产品。

站控系统的硬件和软件的可利用率达到99.99%。系统同时完成打印、编程、画面显示时，实时采集系统不能被中断。

站控系统中重要的部位为冗余设置。当发生故障时，能够自动进行切换，为运行管理提供可靠的保障，以保证系统正常、可靠、平稳的运行工作。

3.2 系统描述 本系统包括以下组成部分：

采用BB公司ControlWave 系列控制器用于门站、储配站、调压站、加气站系统过程控制单元PLC对站内生产装置的数据和运行参数进行采集、存储与处理。

系统过程控制单元PLC选用BristolBabcock公司的ControlWave系列控制器。实时采集现场设备的数据和重要的工艺参数并将所采集到的数据储存在机架上的处理器中。

BristolBabcock公司的ControlWave控制器组态软件ControlWave Designer工作在基于32位的Windows系统，软件编程支持复制、粘贴、自定义工具栏、快捷方式、I/O仿真、程序离线测试、程序打印等操作，同时软件编辑器提供各种操作的向导帮助，可以使操作者容易的完成如：I/O的组态、函数和功能块的添加删除、关键字的添加、变量和数据类型的定义等工作。

以下是生产监控及管理系统主要设备的介绍：

①PLC-ControlWave Micro。CW系列中的ControlWave Micro是集成了PLC，RTU和PAC 的优点与一体的可编程混合控制器，从小规模、中等规模的应用到大规模的应用场合都能使控制系统性能达到最大化。具有强大的通信能力：支持拨号、以太网、无线、专线、卫星、光纤等通讯方式，支持包括Modbus RTU、Modbus ASCII、Modbus TCP/IP、DNP3 、OPC等通讯协议，方便连接第三方智能设备。控制器支持对内存模块、I/O模块、CPU模块、通信模块、电源模块等进行诊断，将有故障单元的信息发送至调度控制中心。

②PLC/RTU组态工具。OpenBSI （Open Bristol System Interface） 是用于BB产品（NETWORK3000、CONTROLWAVE、流量计算机）的网络通讯维护及实用工具软件包。这些介于通讯层的应用软件统称为OpenBSI实用软件包（OpenBSI UTILITIES）。

OpenBSI实用软件包主要完成网络设置、通讯诊断、数据采集、远程监控等功能。

第三方软件可以通过OpenBSI实用软件包实现与Bristol产品的通讯。

③OpenBSI实用软件包。LocalView、NetView、下载工具、DataView、OpenBSI Monitor、Signal Extractor、Data Array Save/Restore、SigWrite、Alarm Router、OpenBSI DDE Server工具、OPC Server、Harvester、WebBSI。

ControlWave Designer带ACCOL III功能块库

为了减少工程和开发时间，软件采用了PLC编程的国际标准IEC61131-3。ControlWave Designer是完全满足IEC61131-3编程环境的ControlWave系列产品编程组态软件。除了基本的功能块及函数外，ControlWave Designer还集成了基于二十多年SCADA及过程控制经验不断完善的ACCOL III功能块库。ACCOL III功能块库包括60多个用于石油天然气、水及污水、过程计量及控制应用场合的功能块，同时将来还会集成更多实用有意义的功能块。

除此之外，可以利用ControlWave Designer软件编程组态实现带时间标签的报警及历史数据在控制器中的存储，当设备与外界通讯中断恢复后，实现数据的回填。

通过智能的管网监控管系统，可以提高公司的工作效率、服务水平，该监控管系统利用计算机网络、先进的有线、无线通信手段、工业自动化控制、标准管理软件，对于以后的升级、扩容、维护是非常方便、快捷的，能够满足现阶段各种需要。这种系统有着各种标准的接口，能够通过基础的开发语言对其功能进一步的开发和完善。

这是笔者对燃气输配管网的监控和管理的一点见解，燃气输配管网的监控和管理是非常复杂的，随着科学技术的不断发展，燃气输配管网的监控和管理会有更深入、广泛的发展。

参考文献：

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[3]曹茂春，马龙.物联网在某城市燃气管网数据采集与监视控制系统的应用[J].智能建筑与城市信息，2013（02）.