SCADA系统在燃气输配系统中的应用
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摘要：scada系统指数据采集和监视控制系统，它可以应用于电力系统、给水系统、石油化工等领域。本文主要结合某燃气站燃气输配系统中SCADA系统的实际运用，介绍了基于PLC和IFIX组态软件下SCADA系统的结构和实现过程。
关键字：SCADA；燃气输配 ；PLC；调度控制
The SCADA refers to Supervisory Control and Data Acquisition , it can be applied to power systems, water supply systems, petrochemical, and other fields. In this paper, combined with the practical application of the gas transmission and distribution system for a gas station SCADA system, based on the structure and configuration software PLC and IFIX SCADA system process.
Keyboard：SCADA ；Gas Transmission ；PLC；Scheduling Control
中图分类号：U664.143 文献标识码：A文章编号：
0.SCADA简介
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
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，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，现已经成为生产调度中不可缺少的工具；它对提高生产运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现生产调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。
在燃气输配系统中采用SCADA系统，能够更好的实现对燃气输配的监控，保证用气的稳定，安全。
系统结构
我公司为了提高设备利用效率和节约成本，在原有设备的基础上，增加了两套工控机，一套西门子PLC，一套燃气报警系统。上位系统采用GE公司的IFIX系统监控软件，提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。
系统结构图如图1所示。系统中，报警控制器直接与工控机相连，使用标准的Modbus协议进行通信，其他设备包括雷达物位计、压力变送器、温度变送器、电动阀门等设备与PLC直接相连。
本工程的SCADA系统的规模为：
• 1个近程终端站(总调压站)；
• 13个远程终端站（二级调压站）；
• 1个主调度中心。
图1
PLC及iIFIX介绍
PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。
iFIX是GE Fanuc自动化软件产品家族中的一个基于Windows的HMI/SCADA组件。iFIX是基于开放的和组件技术的产品，专为在工厂级和商业系统之间提供易于集成和协同工作设计环境。它的功能结构特点可以减少开发自动化项目的时间，缩短系统升级和维护的时间，与第三方应用程序无缝集成，增强生产力。iFIX的SCADA部分提供了监视管理、报警和控制功能。它能够实现数据的绝对集成和实现真正的分布式网络结构。iFIX的HMI部分是监视控制生产过程的窗口。它提供了开发操作员熟悉的画面所需要的所有工具。
系统设备配置
本项目中央控制室使用的是西门子公司的S7-200系列的CPU226CN PLC。 S7-200CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，参见图2，在下载了程序之后，S7-200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序中的输入输出设备。
图2S7-200 CPU
S7-200 的CPU226集成了24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接 7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊能力。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
调度控制中心的SCADA系统按客户机/服务器（C/S）结构设置。为确保系统安全稳定的运行，需要在服务器端和客户端都安装相应软件。通过工业以太网将服务器和工作站连接在一起，构成局域网，数据交换快速可靠。
主调度中心硬件结构图如图3所示：
图3 主调中心硬件结构图
在本系统中，组态软件选用iFIX4.0，使用iFIX使上位系统达到稳定、高效、美观的目的。系统主要页面有：
燃气管线图：表明管线走向及设备所在方位
趋势查询：查询变量的历史趋势走向
历史查询：查询历史数据信息
报警查询：显示报警器具体方位及状态
报表管理：管理手动/自动报表打印功能
操作记录：查询用户登录信息及阀门造作记录
系统工作实现过程
各二级调压站现场需要上传的仪表信号主要有：进站压力、温度、流量信号，进站总管电动开关阀状态信号，出站的压力信号，可燃气体（甲烷）泄露信号，有毒气体（一氧化碳）泄露信号，这些标准模拟信号和开关信号传送至设在每个二级调压站内的RTU，经过RTU做数据处理后，按主调度中心的通信要求，通过信号传输光缆上传至主调中心。
本SCADA系统的信道采用环形通信光缆，光缆沿燃气管道做桥架架空敷设。
RTU主要配置如下：
图4RTU主要配置
调度中心可以实现的主要功能如下：①对现场的工艺变量进行数据采集和处理；②显示动态工艺参数、模拟流程图、实时和历史趋势等；③提供人机对话的窗口；④显示报警一览表；⑤数据存储及处理；⑥自诊断、自启动、自恢复功能；⑦打印报警和事件报告；打印生产报表；⑧监控各种工艺设备；⑨可燃气体和有毒气体浓度监视及报警；⑩系统和通讯故障的诊断监视；控制二级调压站进站阀门，实现远程调度的功能；
结论
该SCADA系统经过近两年的实际运行，达到了预期的目的，实现了燃气输配的安全、稳定、可靠，极大地减低了调度人员的负担。
参考文献：
1.《SIEMENS S7-200可编程逻辑控制器系统手册》
2.李建伟，郭宏。监控组态软件的设计与开发[M]。北京：冶金工业出版社，2007.
3.燃气调配工程初步设计。中国市政工程华北设计研究总院，2009年8月。
作者简介：王凯，男，汉，籍贯：河南省尉氏县，大学本科，职称：助理工程师，研究方向：自动化
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。