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摘要：SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisi-tion）系统即监视控制与数据采集系统，是以计算机为基础的监测控制与调度管理自动化系统，能实现远程数据采集、关键设备监测与控制、数据整理与分析、生产参数超限提醒、设备故障与现场泄露报警等各项功能，具有传递信息迅速准确、显示直观的优点，是企业制作生产计划的参考依据。在工业发达国家监控与数据采集系统已成为燃气输配系统中的普遍设施。
关键词：SCADA系统；应用；开发
引言
从20世纪80年代开始，SCADA系统在燃气行业得到了广泛的应用。它可以实时采集现场数据，对现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进行全面、实时监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据。本文概述了SCADA系统的设计和应用开发，其主要结构是远程无人值守单元RTU、有人值守监控站、通信网络及调度中心站。
一、SCADA系统的设计
1.1设计原则
采用最新的计算机软、硬件技术，建立一个SCADA集成应用环境，系统设计时应遵从下述原则：
（1）先进性：系统建设应具有较高的技术起点，采用Client/Server主从分布式体系结构与Browser/Server浏览器/服务器结构相结合，选用统一的软件平台Windows2003/windows2008操作系统，以求最佳的性能价格比。
（2）安全可靠性：系统所选硬件设备要符合现代工业标准，应采用双机、双网、双电源，接入双通道等冗余设计结构，发生故障时可自动切换，保障系统的不间断可靠运行。系统软件平台应成熟、可靠、安全，软件开发应遵循软件工程的方法，经过充分测试使程序运行稳定可靠，方便使用，易于维护。网络和关键设备应具有双重和多重冗余，在数据库的管理上分层次，分级授权。系统应具有可靠的备份，保证在系统故障时，能尽快地恢复系统。
（3）开放性：开放性主要体现在支撑平台和应用系统两个方面。对支撑平台而言，选用标准化的软硬件产品，系统中的设备应具有很好的通用性，不同厂家的产品可相互集成，系统可扩充和升级。对应用系统而言，应用系统应提供一体化支撑平台，具有模块化、网络化、接口标准化的特点，支持用户应用软件的开发，保证能和其它系统互联和无缝集成。
（4）可扩展性：SCADA系统应具有良好的功能可扩展性，从而使系统的建设纳入总体规划，分步建设，逐步扩充，逐步升级。
（5）易用性：系统应具有简学，易懂，易于操作的用户界面，操作人员不需要很强的计算机专业知识即可使用和维护系统，同时系统软件的各功能模块以数据库为核心灵活分布在网络的各个节点上，除个别模块需要相关硬件外，能在任意节点机上运行，做到安装简洁、通俗易懂，即装即用。
二、SCADA系统的软件配置和应用开发
2.1软件配置
SCADA系统的大部分功能需要通过用高级编程语言编制的软件来实现，软件是整个运行系统实现人机交互的关键。因此，SCADA系统软件必须稳定可靠，在满足工艺要求的前提条件下尽量简化，采用尽可能减少内存开销的方式运行，而且要有较强的通用性，便于修改和进行功能的扩充。目前，SCADA系统软件平台基本上为Microsoft公司的中文Windows2003/windows2008，人机接口（HMI）软件大部分选用西门子公司的WINCC软件作为二次开发的组态平台。
2.2软件设计和应用开发
控制中心系统软件设计应根据城市燃气被控单元分布特性以及集中控制与分布控制相结合的应用特点来考虑。基于开放式支撑平台，并采用面向对象技术的分组分层分块式，中间层为构件块的软件体系结构。分层平台体系设计应在保证平台的中性结构基础，支持应用层面上多样性的各应用系统。系统中的所有软件功能，如应用程序、数据处理与通信任务等按功能进程基于客户端/服务器结构在网上相对分划，服务于固定在控制中心工作的值班人员，网络中任何一节点可同时在线访问到系统中的所有功能，实现完全意义上的功能分布。在此结构上混合使用浏览器/服务器结构，以便不在控制中心工作的各层管理人员进行简单的信息浏览。软件的应用开发包括人机界面和控制逻辑开发两部分。人机界面开发是应用WINCC软件开发工具，开发满足工艺操作和管理要求的人机接口程序，同时要操作简单，指令清晰，画面布局合理，信息详细等。主要包括：操作级别和操作控制；工艺流程和设备分组及明细显示；报警显示；实时和历史趋势图显示；数据归档和打印等。控制逻辑开发即应用力控组态软件，用梯形图编程实现工艺全部控制和操作功能。用力控组态软件可对可编程控制器（PLC）进行离线或在线组态编程。它具有菜单驱动、鼠标操作和编辑灵活快捷等特点。其先进的指令系统包括继电器触点指令、定时器、计数器指令、算术和逻辑运算指令、数据转换和传送指令等，满足各种不同的复杂控制方案要求。开发内容包括：控制器冗余程序设计和通讯设置；实时数据采集；阀门、压缩机等远程开停及回路调节控制；工艺流程切换；过程I/O控制和RTU数据采集等。
三、SCADA系统的组成
3.1无人值守单元RTU
RTU的作用是进行本地的数据采集及发送，完成本地的控制，接受并完成远程控制。进行数据采集时，实时采集本地的相关生产参数，作为一个远程的数据通信单元，将所采集的参数定时或即时（当有故障报警时）发送给上级监控站或中心站。进行本地控制时，作为系统中一个独立的工作站，RTU可独立地完成联锁控制、PID调节、逻辑控制、前馈控制及时序控制等功能。进行远程控制时，可即时接受上级站的远程控制指令，按指令完成本地控制。RTU主要配置有CPU模块、模拟量I/O模块、数字量I/O模块、通信模块、电源、通信设备、机箱、一次测量仪表及执行机构。RTU完成任务流程取决于安装于CPU模块中的程序，CPU的程序一般由计算机高级语言或梯形图编写，然后下载到CPU模块中。
3.2有人值守监控站
有人值守监控站的作用是进行数据采集、监视及管理，完成本地的控制，下达远程控制指令及完成远程控制。进行数据采集、监视及管理时，实时采集本地生产场所的相关数据，定时或即时接纳下级站的数据，并对其进行监视、打印及管理，定时或即时向上级站发送本地数据。进行本地控制时，作为系统中一个独立的工作站，可独立完成本地的PID调节、联锁控制、反馈控制、前馈控制、逻辑控制及时序控制等调节控制功能。其远程控制功能主要是完成上级站下发的控制指令，对下级站发出控制指令。有人值守监控站主要配置有工业PC机、可编程控制器（PLC）、通信设备、电源机柜、一次测量仪表及执行机构，典型配置见图1。工控机通过组态软件完成其功能，PLC的编程采用梯形图。
3.3调度中心站
调度中心站的作用是实时采集下级站的运行参数，从而进行负荷分析、优化调度、状态评估、故障预报与分析、计量管理，向下级站下达遥控指令，并完成工况图、统计曲线报表等管理功能。其主要配置有容错小型机、工程师工作站、操作员工作站、通信机、大屏幕投影仪、打印机、平板绘图仪和图形拷贝机等。调度中心站是一个局域网系统，可包含多个工作站和支持网络功能的设备。它的软件支持是组态软件。
3.4通信网络及通信方式
通信网络采用无线通信、有线通信、光纤通信和卫星通信四种组合。通信方式有以下4种：
（1）轮询方式由系统设置一个时间周期，每隔一个时间段，系统进行一次查询，收集中心站所需要的现场数据。
（2）广播方式中心站向所有下级站下发命令。
（3）控制命令下发方式如下发开、关控制命令修改报警及控制权限，在通信上有较高的优先级。
（4）下级站触发通信方式包括事件触发方式，突发传输方式以及下级站在事故或非正常状况下向中心站突发数据。
图1
四、SCADA系统在城市燃气中的应用
城市燃气输配系统由于各城市气源和用气量的不同，其供气系统的组成也不尽相同，但就其管理形式而言，基本上可归纳为三级管理形式。一级管理部门即为城市燃气总公司，二级管理部门为城市的气源厂或城市门站、储配站及高-中压调压站，三级部门主要是指中-低压调压站、调压箱等。根据上述的管理模式，可将调度中心站设置在燃气公司调度中心内，将有人值守监控站分别设置在气源厂、城市门站、储配站及高-中压调压站内，将无人值守RTU单元分别设置在各中-低压调压站及调压箱或供气管网上的某些测点上。三者之间通过通信网络组成一个现代化的城市燃气管网的通信管理系统。
参考文献：
[1]SCADA系统在城市燃气供应中的应用[J].李炜，卢炳义，许涛，张鸣，王旻，王少华.煤气与热力.2001（04）
[2]城市燃气管网计算机遥测调度系统[J].石峰，金华.煤气与热力.2000（05）
[3]昆明市燃气管网管理信息系统的开发[J].王涤波，陆新，张炳蔚.煤气与热力.1999（05）