1.1系統(tǒng)簡述
          城市燃氣是每個城市發(fā)展的重要組成部分，供氣對象包括每個城市規(guī)劃用地區(qū)域內的居民、商業(yè)及公共建筑、工業(yè)、燃氣空調、燃氣燃料汽車等用戶。一個高可靠性、高性價比的SCADA系統(tǒng)有助于城市燃氣實現(xiàn)安全、高效的燃氣輸配管理。
燃氣SCADA系統(tǒng)包括調度監(jiān)控中心、門站、儲配站等PLC/RTU站控系統(tǒng)、無人值守RTU站、安防系統(tǒng)等。系統(tǒng)投產后，操作人員在調度控制中心通過SCADA系統(tǒng)可完成對全市燃氣輸配系統(tǒng)的監(jiān)控和運行管理。系統(tǒng)的基本功能如下：

1、運行工況實現(xiàn)“四遙”
          在調度監(jiān)控中心可觀察到全市管網的運行工況，為管網運行調度提供依據(jù)，并根據(jù)調度方案向各重要節(jié)點發(fā)出調整、控制指令到執(zhí)行機構。調整、控制后的新工況參數(shù)又實時地傳送到調度監(jiān)控中心，從而對管網實現(xiàn)遙測、遙控、遙調、遙信功能。
2、能方便地與公司計算機管理網絡聯(lián)網
         本系統(tǒng)為標準的以太網，能方便地與公司計算機管理網絡聯(lián)網運行。公司有關負責人和相關部門可根據(jù)其權限（由SCADA限定），對管網運行狀況和相關數(shù)據(jù)進行查詢、調用。
3、安全報警系統(tǒng)
         在輸配管網的調壓站、門站等子站，當壓力超高限或超底限發(fā)出報警信號。通過PLC/RTU進入SCADA系統(tǒng)，對事故的及時處理提供決策和調度依據(jù)。
4、系統(tǒng)可維護性
        設備出現(xiàn)故障時，只需簡單地插入模塊/部件替換故障部件，即可排除故障。系統(tǒng)硬件和軟件盡可能多地使用開放系統(tǒng)，增強系統(tǒng)的可維護性，并確保將來的可擴充性。
5、系統(tǒng)的可擴充性
         系統(tǒng)留有足夠的擴展區(qū)。當需要增加RTU或監(jiān)測點時，只需進行系統(tǒng)組態(tài)更改，而不需要編程人員重新設計程序。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具有開放的結構,對各種平臺再開發(fā)具有透明性。
6、實時事故預測及報警
          通過對檢測數(shù)據(jù)分析處理，并與正常工況進行比較，可及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象及事故，并結合GIS、CIS系統(tǒng)確定發(fā)生的地點以及現(xiàn)場管道、設備情況，在調度監(jiān)控中心顯示屏上顯示出來，同時發(fā)出報警信號。在管網發(fā)生事故時，由計算機給出發(fā)生地局部區(qū)域管網布置的詳細情況，準確判斷出事故波及影響的范圍及相關的閥門，結合GPS系統(tǒng)指揮搶修人員迅速處理，將事故影響控制在最小范圍。
7、系統(tǒng)具備自診斷和設備管理功能，對于可能發(fā)生事故的隱患，也可以作出一定程度的分析判斷，提醒值班人員作相應處理，做到將事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，防患于未然。

調度監(jiān)控中心功能

         調度監(jiān)控中心實時采集本地監(jiān)測站的運行參數(shù),實現(xiàn)對管網和工藝設備的運行情況進行自動、連續(xù)的監(jiān)視管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為管網平衡、安全運行提供必要的輔助決策信息。
調度監(jiān)控中心的主要任務是通過各站點的RTU/PLC對管網和場站的工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。調度監(jiān)控中心的操作人員通過計算機系統(tǒng)的操作員工作站所提供的管網和場站工藝過程的壓力、溫度、流量、設備運行狀態(tài)等信息，完成對燃氣輸配管網的運行監(jiān)控和管理。操作人員還可以通過調度管理計算機完成數(shù)據(jù)的發(fā)布、傳輸?shù)日{度管理工作。

RTU站控系統(tǒng)功能

          門站、儲配站等各重要站場的站控系統(tǒng)作為管道SCADA系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元，除完成對所處站場的監(jiān)控任務外，同時負責將有關信息傳送給調度控制中心并接受和執(zhí)行其下達的命令。主要為①對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理；②經通信接口與第三方的監(jiān)控系統(tǒng)或智能設備交換信息；③監(jiān)控各種工藝設備的運行狀態(tài)；④對供電設備及其相關變量的監(jiān)控；⑤站場可燃氣體的監(jiān)視和報警；⑥消防系統(tǒng)的監(jiān)控；⑦周界報警系統(tǒng)的監(jiān)控；顯示動態(tài)工藝流程；提供人機對話的窗口；顯示各種工藝參數(shù)和其它有關參數(shù)；顯示報警一覽表；⑧數(shù)據(jù)存儲及處理；顯示實時趨勢曲線和歷史曲線；⑨數(shù)據(jù)計算；邏輯控制；聯(lián)鎖保護；緊急停車(ESD)；⑩打印報警和事件報告；打印生產報表；數(shù)據(jù)通信管理；與主控及緊急備份中心通訊，為調度控制中心提供有關數(shù)據(jù)；接受并執(zhí)行調度控制中心下達的命令等；

無人值守站功能

         系統(tǒng)在小型調壓站等無人值守站點處配置RTU，完成對現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集和處理；①監(jiān)控管網安全切斷閥門和電動閥門；②供電系統(tǒng)的監(jiān)控；③可燃氣體的監(jiān)測和報警；④數(shù)據(jù)存儲及處理；邏輯控制；緊急停車(ESD)；⑤與主控中心通訊，為調度控制中心提供有關數(shù)據(jù)；接受并執(zhí)行調度控制中心下達的命令。

1.2 系統(tǒng)特點
系統(tǒng)的開放性

         系統(tǒng)軟硬件均具有長期可靠的應用實例，采用通用接口協(xié)議，便于互聯(lián)。無論軟硬件產品都是模塊化設計，硬件便于維護、升級、更換；軟件成熟度高，可移植、再次開發(fā)。在業(yè)務層面上，無論是整個系統(tǒng)，還是單各站點，無論整個SCADA系統(tǒng)到DMS系統(tǒng)的擴展，還是與GIS、CIS等分立系統(tǒng)的連接，都體現(xiàn)了開放性的原則。

模塊化設計
 
          系統(tǒng)的總體設計及部分重要設備采用了模塊化設計。系統(tǒng)的部分功能調試（如調度監(jiān)控中心和門站本地控制系統(tǒng)）可分部完成而不會影響整體的調試效果，這樣有利于系統(tǒng)的并行生產及故障排查等。各站的PLC/RTU采用了模塊化系列型號，通訊模塊及I/O模塊等設備的增加與組合可根據(jù)實際情況的需要靈活組態(tài)。

可擴展性

          各站的I/O模塊的增加只需簡單的配置即可投入使用；終端站I/O點在硬件和軟件上都有30%余量，增加的信號直接接入即可運行，無需修改硬件配置和程序；背板插槽也留有余量以備日后擴展。Espider組態(tài)軟件I/O點、Espider客戶端數(shù)量及數(shù)據(jù)庫(應改為組態(tài)軟件)的用戶數(shù)量都可根據(jù)日后需要而擴展；通訊系統(tǒng)具有靈活的擴展性。

可靠性設計

       系統(tǒng)實時監(jiān)視輸配管網及各站的運行狀態(tài)，定期進行自診斷并且形成報告。在系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)如主服務器、通訊信道、門站PLC等做了冗余設計。系統(tǒng)正常工作時，重要數(shù)據(jù)進行自動備份，當發(fā)生故障時，系統(tǒng)進行即時切換；同時，自動啟動報警程序，顯示引起切換的故障原因，如信道故障、電源故障、違規(guī)操作、I/O失效、CPU錯誤等。

1.3系統(tǒng)結構框圖

1.1系統(tǒng)簡述
          城市燃氣是每個城市發(fā)展的重要組成部分，供氣對象包括每個城市規(guī)劃用地區(qū)域內的居民、商業(yè)及公共建筑、工業(yè)、燃氣空調、燃氣燃料汽車等用戶。一個高可靠性、高性價比的SCADA系統(tǒng)有助于城市燃氣實現(xiàn)安全、高效的燃氣輸配管理。
燃氣SCADA系統(tǒng)包括調度監(jiān)控中心、門站、儲配站等PLC/RTU站控系統(tǒng)、無人值守RTU站、安防系統(tǒng)等。系統(tǒng)投產后，操作人員在調度控制中心通過SCADA系統(tǒng)可完成對全市燃氣輸配系統(tǒng)的監(jiān)控和運行管理。系統(tǒng)的基本功能如下：

1、運行工況實現(xiàn)“四遙”
          在調度監(jiān)控中心可觀察到全市管網的運行工況，為管網運行調度提供依據(jù)，并根據(jù)調度方案向各重要節(jié)點發(fā)出調整、控制指令到執(zhí)行機構。調整、控制后的新工況參數(shù)又實時地傳送到調度監(jiān)控中心，從而對管網實現(xiàn)遙測、遙控、遙調、遙信功能。
2、能方便地與公司計算機管理網絡聯(lián)網
         本系統(tǒng)為標準的以太網，能方便地與公司計算機管理網絡聯(lián)網運行。公司有關負責人和相關部門可根據(jù)其權限（由SCADA限定），對管網運行狀況和相關數(shù)據(jù)進行查詢、調用。
3、安全報警系統(tǒng)
         在輸配管網的調壓站、門站等子站，當壓力超高限或超底限發(fā)出報警信號。通過PLC/RTU進入SCADA系統(tǒng)，對事故的及時處理提供決策和調度依據(jù)。
4、系統(tǒng)可維護性
        設備出現(xiàn)故障時，只需簡單地插入模塊/部件替換故障部件，即可排除故障。系統(tǒng)硬件和軟件盡可能多地使用開放系統(tǒng)，增強系統(tǒng)的可維護性，并確保將來的可擴充性。
5、系統(tǒng)的可擴充性
         系統(tǒng)留有足夠的擴展區(qū)。當需要增加RTU或監(jiān)測點時，只需進行系統(tǒng)組態(tài)更改，而不需要編程人員重新設計程序。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具有開放的結構,對各種平臺再開發(fā)具有透明性。
6、實時事故預測及報警
          通過對檢測數(shù)據(jù)分析處理，并與正常工況進行比較，可及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象及事故，并結合GIS、CIS系統(tǒng)確定發(fā)生的地點以及現(xiàn)場管道、設備情況，在調度監(jiān)控中心顯示屏上顯示出來，同時發(fā)出報警信號。在管網發(fā)生事故時，由計算機給出發(fā)生地局部區(qū)域管網布置的詳細情況，準確判斷出事故波及影響的范圍及相關的閥門，結合GPS系統(tǒng)指揮搶修人員迅速處理，將事故影響控制在最小范圍。
7、系統(tǒng)具備自診斷和設備管理功能，對于可能發(fā)生事故的隱患，也可以作出一定程度的分析判斷，提醒值班人員作相應處理，做到將事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，防患于未然。

調度監(jiān)控中心功能

         調度監(jiān)控中心實時采集本地監(jiān)測站的運行參數(shù),實現(xiàn)對管網和工藝設備的運行情況進行自動、連續(xù)的監(jiān)視管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為管網平衡、安全運行提供必要的輔助決策信息。
調度監(jiān)控中心的主要任務是通過各站點的RTU/PLC對管網和場站的工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。調度監(jiān)控中心的操作人員通過計算機系統(tǒng)的操作員工作站所提供的管網和場站工藝過程的壓力、溫度、流量、設備運行狀態(tài)等信息，完成對燃氣輸配管網的運行監(jiān)控和管理。操作人員還可以通過調度管理計算機完成數(shù)據(jù)的發(fā)布、傳輸?shù)日{度管理工作。

RTU站控系統(tǒng)功能

          門站、儲配站等各重要站場的站控系統(tǒng)作為管道SCADA系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元，除完成對所處站場的監(jiān)控任務外，同時負責將有關信息傳送給調度控制中心并接受和執(zhí)行其下達的命令。主要為①對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理；②經通信接口與第三方的監(jiān)控系統(tǒng)或智能設備交換信息；③監(jiān)控各種工藝設備的運行狀態(tài)；④對供電設備及其相關變量的監(jiān)控；⑤站場可燃氣體的監(jiān)視和報警；⑥消防系統(tǒng)的監(jiān)控；⑦周界報警系統(tǒng)的監(jiān)控；顯示動態(tài)工藝流程；提供人機對話的窗口；顯示各種工藝參數(shù)和其它有關參數(shù)；顯示報警一覽表；⑧數(shù)據(jù)存儲及處理；顯示實時趨勢曲線和歷史曲線；⑨數(shù)據(jù)計算；邏輯控制；聯(lián)鎖保護；緊急停車(ESD)；⑩打印報警和事件報告；打印生產報表；數(shù)據(jù)通信管理；與主控及緊急備份中心通訊，為調度控制中心提供有關數(shù)據(jù)；接受并執(zhí)行調度控制中心下達的命令等；

無人值守站功能

         系統(tǒng)在小型調壓站等無人值守站點處配置RTU，完成對現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集和處理；①監(jiān)控管網安全切斷閥門和電動閥門；②供電系統(tǒng)的監(jiān)控；③可燃氣體的監(jiān)測和報警；④數(shù)據(jù)存儲及處理；邏輯控制；緊急停車(ESD)；⑤與主控中心通訊，為調度控制中心提供有關數(shù)據(jù)；接受并執(zhí)行調度控制中心下達的命令。

1.2 系統(tǒng)特點
系統(tǒng)的開放性

         系統(tǒng)軟硬件均具有長期可靠的應用實例，采用通用接口協(xié)議，便于互聯(lián)。無論軟硬件產品都是模塊化設計，硬件便于維護、升級、更換；軟件成熟度高，可移植、再次開發(fā)。在業(yè)務層面上，無論是整個系統(tǒng)，還是單各站點，無論整個SCADA系統(tǒng)到DMS系統(tǒng)的擴展，還是與GIS、CIS等分立系統(tǒng)的連接，都體現(xiàn)了開放性的原則。

模塊化設計
 
          系統(tǒng)的總體設計及部分重要設備采用了模塊化設計。系統(tǒng)的部分功能調試（如調度監(jiān)控中心和門站本地控制系統(tǒng)）可分部完成而不會影響整體的調試效果，這樣有利于系統(tǒng)的并行生產及故障排查等。各站的PLC/RTU采用了模塊化系列型號，通訊模塊及I/O模塊等設備的增加與組合可根據(jù)實際情況的需要靈活組態(tài)。

可擴展性

          各站的I/O模塊的增加只需簡單的配置即可投入使用；終端站I/O點在硬件和軟件上都有30%余量，增加的信號直接接入即可運行，無需修改硬件配置和程序；背板插槽也留有余量以備日后擴展。Espider組態(tài)軟件I/O點、Espider客戶端數(shù)量及數(shù)據(jù)庫(應改為組態(tài)軟件)的用戶數(shù)量都可根據(jù)日后需要而擴展；通訊系統(tǒng)具有靈活的擴展性。

可靠性設計

       系統(tǒng)實時監(jiān)視輸配管網及各站的運行狀態(tài)，定期進行自診斷并且形成報告。在系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)如主服務器、通訊信道、門站PLC等做了冗余設計。系統(tǒng)正常工作時，重要數(shù)據(jù)進行自動備份，當發(fā)生故障時，系統(tǒng)進行即時切換；同時，自動啟動報警程序，顯示引起切換的故障原因，如信道故障、電源故障、違規(guī)操作、I/O失效、CPU錯誤等。

1.3系統(tǒng)結構框圖

      SCADA系統(tǒng)中的門站、儲配站、混氣站、凈化站、LNG站等站場選用北京安控公司生產的SuperE50系列模塊化RTU。

      Super E50系列RTU是北京安控科技股份有限公司集多年的站控系統(tǒng)開發(fā)、工程經驗設計的新型站控RTU產品，可實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場信號的采集和設備的控制。該產品采用了先進的32位ARM技術，高效的嵌入式操作系統(tǒng)，整個系統(tǒng)功能強大、操作方便、集成度高。不僅能勝任邏輯、定時、計數(shù)控制，還能完成數(shù)據(jù)處理、高速計數(shù)、模擬量控制、PID、RTD、TC、通訊聯(lián)網等功能。其程序開發(fā)方便，可與上位機組成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)集散控制。

      該產品具有多種配置和可選功能。可根據(jù)用戶的實際需求，在不同領域，設計開發(fā)成各種控制系統(tǒng)。

產品特點：

●功能強大的硬件系統(tǒng)，采用32位ARM處理器，嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)(RTOS)。

●高效的工程開發(fā)工具，符合IEC 61131-3標準，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五種程序語言。

●結構先進，易于擴展，可多站協(xié)調工作，組建復雜系統(tǒng)。

●模塊化設計工業(yè)標準設計，DIN導軌安裝結構，方便現(xiàn)場安裝。

●經濟可靠、功能強大的通信接口，支持Modbus RTU／ASCII／TCP、DNP3（可選）、IEC 60870-5-104（可選）等通信協(xié)議。

●具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口。

●支持WEB發(fā)布功能。

●具有16位分辨率A/D、D/A。

●友好的人機界面。

●先進的冗余/容錯方式。

●經濟高效的RTU系統(tǒng)。

●電源、信號輸出輸入端均采取隔離保護，并與主控電路隔離。

●具有看門狗及數(shù)據(jù)掉電保護功能，可長期保存設定參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)。

●大容量存儲空間，滿足就地運算和歷史數(shù)據(jù)記錄。

●工作溫度-40～+70℃，工作濕度5～95%RH，適應各種惡劣環(huán)境。

●通過CE認證，達到EMC電磁兼容3級標準。

●ISO9001質量管理體系。

●MTBF：500,000h,MTTR≤1h。

I/O模塊的特點：

所有I/O模塊都是模塊化設計，支持熱插拔。

   危險分散措施：過程I/O單元采用的智能化設計方法，可有效地將部分控制或采集運算分散到各I/O單元，降低主控單元的負擔，提高可靠性；另一方面，一旦主控單元發(fā)生故障，各單元仍能完成基本的輸入輸出功能，如控制輸出的自動保持功能，回路控制的獨立執(zhí)行等。

   冗余結構：操作員站、系統(tǒng)網絡、主控單元、I/O模塊、系統(tǒng)電源完全冗余。

 故障隔離措施：所有IO單元都采用可靠的光電隔離技術，使各單元之間和單元與主控單元之間的CPU無任何電氣聯(lián)系，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力、可靠性和安全性。在同一單元的不同通道間及邏輯功能側和現(xiàn)場信號側，也提供了隔離措施，可消除由于現(xiàn)場地電位差對系統(tǒng)造成的損壞。

   各種運行提示：所有單元上均有狀態(tài)指示燈包括運行、故障、通信等。

   可帶電插拔：一旦發(fā)現(xiàn)故障，可帶電對故障單元進行更換。由于采用了特殊保護措施，系統(tǒng)中所有過程I/O單元均可帶電拔插，對系統(tǒng)的運行不會產生任何影響。

   周期性的故障檢測。定期檢測模塊自身CPU的工作狀態(tài)。一旦CPU出現(xiàn)故障，在保證安全的前提下，看門狗電路可使模塊復位。

   具備較完備的保護功能。包括：通道電流過載保護、DC24V電壓反向保護、通訊線鉗壓保護、通道過壓保護。

無人值守站選型

無人值守站RTU選用安控科技生產的Super32-L系列RTU。

      Super32-L 系列RTU，是北京安控科技股份有限公司集多年的開發(fā)、工程經驗設計的新型RTU產品，是面向工業(yè)現(xiàn)場信號采集和對現(xiàn)場設備控制的新型通用RTU。該系RTU采用先進的32處理器，不僅能完成邏輯運算、定時、計數(shù)控制，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、PID運算、通訊聯(lián)網等功能。與同類RTU相比，具有更大的存儲容量，更強的計算功能，更簡便的編程與開發(fā)能力；更強大的通訊組網能力和卓越的環(huán)境指標特性，能夠適應各種惡劣工況環(huán)境。

產品特點

•采用32位ARM處理器，嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)(RTOS)。

•編程軟件符合IEC 61131-3標準，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五種程序語言。

•一體化模塊設計，可擴展至64點I/O信號通道。

•支持Modbus RTU／ASCII／TCP、DNP3（可選）、IEC 60870-5-104（可選）等通信協(xié)議，

•具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口，適用于多種有線和無線網絡。

•具有16位分辨率A/D。

•電源、信號輸出輸入端均采取隔離保護，并與主控電路隔離。

•具有看門狗及數(shù)據(jù)掉電保護功能，可長期保存設定參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)。

•大容量存儲空間，滿足就地運算和歷史數(shù)據(jù)記錄。

•LED和通信端口可休眠，特別適用于太陽能供電等場合。

•工作溫度－40～+70℃，工作濕度5～95%RH，適應各種惡劣環(huán)境。

•元器件選用優(yōu)秀的工業(yè)級產品，經過嚴格測試和篩選。

•工業(yè)標準設計，DIN導軌安裝結構，方便現(xiàn)場安裝。

•產品通過CE認證。

•MTBF：500,000h,MTTR≤1h

•支持WEB發(fā)布功能。