一．前言
現今社會(huì )環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題已成為影響民生的重要因素之一，成為影響人民生活幸福感的重要指標。天然氣因其相較煤炭、石油等能源而言，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢特點(diǎn)，被稱(chēng)為“清潔能源”，已成為當前重要能源之一。
天然氣主要存在于油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中，也有少量出于煤層。最初開(kāi)采上來(lái)的天然氣被稱(chēng)為原料氣，通常在原料氣中含有硫化氫、二氧化碳、水和其他各種硫化物以及機械雜質(zhì)。其中硫化氫和二氧化碳都成為酸性氣體，在水的存在下能生成酸或者酸性溶液。將會(huì )對管道等設備發(fā)生腐蝕作用，嚴重時(shí)還會(huì )堵塞管道，同時(shí)未經(jīng)凈化的天然氣泄漏到外界也會(huì )對環(huán)境造成污染。因此需要對原料氣進(jìn)行凈化，使其成分符合最終使用標準。

二．系統概述
目前最終用戶(hù)是一個(gè)以天然氣采集、天然氣凈化輸送、天然氣精細化工生產(chǎn)為主的生產(chǎn)型企業(yè)。擁有10余口天然氣井、1家160萬(wàn)立方米/日的天然氣凈化廠(chǎng)、1座儲氣站、4座調壓站、4座配氣站（包括1座門(mén)站）和數10公里的天然氣傳輸管網(wǎng)。從數據采集的角度，公司擁有凈化廠(chǎng)DCS控制系統3套，另有天然氣儲氣站、CNG加氣站PLC數據采集裝置，天然氣井場(chǎng)、天然氣傳輸管網(wǎng)等。但是這些場(chǎng)站或分廠(chǎng)分布在方圓100余平方公里的丘陵和山區，各自相對獨立的運行，單獨負責裝置的監控和計量工作，個(gè)別裝置尤其是天然氣采氣井還沒(méi)有數字化，不能進(jìn)行數據采集和傳輸?，F場(chǎng)生產(chǎn)信息的管理還是停留在各自的分廠(chǎng)、場(chǎng)站，數字信息沉淀在現場(chǎng)，不僅各個(gè)控制系統之間缺乏有效的信息溝通和綜合的信息處理能力，而且無(wú)法上傳有效的現場(chǎng)信息。公司領(lǐng)導遠離工作現場(chǎng)，對現場(chǎng)情況的獲取渠道主要是人員匯報、部門(mén)報表和現場(chǎng)視察，所獲取的信息基本上是“過(guò)去時(shí)”，不利于對現場(chǎng)工作的管理和公司天然氣資源統一調度。因此亟需搭建一整套生產(chǎn)調度與安全監控系統，滿(mǎn)足當前信息化和工業(yè)化的高層次深度結合的新需求。
本系統以天然氣輸配管網(wǎng)監控與數據采集（SCADA）系統為核心，主要監控天然氣凈化廠(chǎng)的實(shí)時(shí)數據和生產(chǎn)工藝，采用流行可靠的計算機網(wǎng)絡(luò )構成的二級式分布式控制系統。調度中心為系統控制管理級，負責數據的處理和監控，分布于輸配管網(wǎng)的遠程RTU為系統過(guò)程控制級，負責現場(chǎng)數據采集和設備控制，二級系統通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )有機的結合在一起構成一個(gè)完整的數據采集和監控（SCADA）系統和生產(chǎn)調度系統。生產(chǎn)調度系統的任務(wù)是保證天然氣輸配管網(wǎng)安全、可靠、平穩、高效、經(jīng)濟地運行。

三．系統架構
天然氣凈化廠(chǎng)生產(chǎn)輸配調度系統是以現場(chǎng)儀表、力控ForceControl系列監控組態(tài)軟件、力控pSpace實(shí)時(shí)歷史數據庫、SQL Server關(guān)系數據庫、以及RTU模塊為核心并采用以太網(wǎng)交換機、路由器、防火墻等現代網(wǎng)絡(luò )設備構成的一個(gè)分布式計算機數據采集與監控網(wǎng)絡(luò )。圖1所示為系統架構示意圖。


圖1 系統架構示意圖


系統通過(guò)調度中心集中監視和控制天然氣輸配管網(wǎng)的運行、管理與維護。在每個(gè)站點(diǎn)的本地實(shí)現實(shí)際流程控制和設備保護功能，并可從調度中心和場(chǎng)站進(jìn)行監控。

3.1調度中心
調度中心提供系統的全部功能，實(shí)現在調度中心通過(guò)計算機系統遠程監控天然氣凈化廠(chǎng)、場(chǎng)站、天然氣輸配管網(wǎng)的運行情況。配備冗余配置的企業(yè)級實(shí)時(shí)數據庫pSpace Server做為SCADA實(shí)時(shí)服務(wù)器負責處理、存儲、管理從凈化廠(chǎng)、場(chǎng)站、輸配管網(wǎng)各遠程站點(diǎn)傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數據，同時(shí)又為網(wǎng)絡(luò )中的其它服務(wù)器和工作站提供實(shí)時(shí)數據。雙機冗余架構使得數據可實(shí)時(shí)實(shí)現備份增加了系統的安全穩定性。歷史數據經(jīng)壓縮處理后存放在pSpace Server歷史庫中，也可以通過(guò)ODBCRouter寫(xiě)入關(guān)系型數據庫SQL Server 中。同時(shí)配備SCADA服務(wù)器運行通信管理軟件，可完成與各遠程站點(diǎn)的通信鏈接、協(xié)議轉換、網(wǎng)絡(luò )管理等任務(wù)。另外單獨配備WEB服務(wù)器專(zhuān)門(mén)用于網(wǎng)絡(luò )發(fā)布，即可實(shí)現廣域網(wǎng)遠程客戶(hù)瀏覽，又避免系統數據直接遭到網(wǎng)絡(luò )黑客、病毒攻擊所帶來(lái)的安全隱患。

為了便于工作人員實(shí)時(shí)了解現場(chǎng)情況，調度中心配備工程師站以及操作員站，實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)工藝畫(huà)面，并且可直接接到控制中心大屏幕予以顯示。調度中心采用冗余的10/100Mbps 快速交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )基于客戶(hù)機/服務(wù)器模式構建，網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議為T(mén)CP/IP，通訊介質(zhì)為5類(lèi)雙絞線(xiàn)。系統的各項任務(wù)按功能劃分分別運行在網(wǎng)絡(luò )中不同的服務(wù)器中（SCADA服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、Web服務(wù)器等），其它客戶(hù)機（操作員工作站、工程師工作站、管理員工作站等）通過(guò)網(wǎng)絡(luò )共享服務(wù)器資源?；谶@種框架的系統網(wǎng)絡(luò )可合理利用網(wǎng)絡(luò )資源，減輕了單臺服務(wù)器的工作和通訊負荷，同時(shí)也可避免由于單臺服務(wù)器的故障而導致的系統癱瘓問(wèn)題，保證系統上層網(wǎng)絡(luò )高速穩定運行。

3.2遠程監控站
凈化廠(chǎng)、配氣站（含門(mén)站）、儲備站、場(chǎng)站等為本系統的遠程監控站，裝有獨立的控制裝置采集現場(chǎng)儀表信號，遠程站點(diǎn)接受中心下達的指令和向中心傳遞信息；同時(shí)它們也是一個(gè)相對獨立的控制站，配備有力控就地監控系統平臺，在本地配備工作站或顯示終端，具有就地控制顯示功能。對于已經(jīng)建設流量計算機的配氣站，暫時(shí)以流量計算機作為RTU功能，通過(guò)TCP/IP等通訊方式將現場(chǎng)數據傳送給調度中心。
針對地理位置較為偏僻的遠程監控站，采用GPRS無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行數據傳輸，此種方式無(wú)需專(zhuān)門(mén)架設通信線(xiàn)路，輕松實(shí)現數據上傳與下置。

四． 系統功能
整套系統對集團公司整個(gè)天然氣輸配管網(wǎng)、場(chǎng)站、凈化廠(chǎng)的生產(chǎn)運行進(jìn)行調度并對工藝對象進(jìn)行數據采集及工藝過(guò)程和重要設備的控制，同時(shí)實(shí)現管網(wǎng)設備運行優(yōu)化、制定輸送計劃、計量管理等一系列任務(wù)。調度中心的操作人員通過(guò)計算機系統的操作員工作站所提供的各場(chǎng)站工藝過(guò)程的壓力、溫度、流量、液位信號及設備運行狀態(tài)等信息，完成對整個(gè)輸配管網(wǎng)的運行監控和調度管理。系統具有靈活、易于學(xué)習和操作的人機界面，開(kāi)放型的歷史數據庫和實(shí)時(shí)數據庫系統，使其在投產(chǎn)之后提供給用戶(hù)一個(gè)良好的開(kāi)發(fā)和使用環(huán)境，其主要功能如下：
●實(shí)時(shí)數據的采集、歸檔、管理以及趨勢顯示及工藝流程的動(dòng)態(tài)顯示。包括現場(chǎng)溫度、壓力、壓差、容積、液位PID調節參數及給定值的設定；球罐區的監控數據，管網(wǎng)輸配運行數據等；并且所有工藝流程均可動(dòng)態(tài)顯示。


●各個(gè)場(chǎng)站監控平臺均可執行SCADA系統控制中心發(fā)送的調度和操作指令，并向調度中心發(fā)送帶時(shí)間標簽的實(shí)時(shí)數據，從而保證數據的同步性。
●現場(chǎng)可燃氣體的監測和報警顯示、管理以及事件的追憶、查詢(xún)、打印。同時(shí)具備事件記錄功能，管理人員可隨時(shí)了解系統運行狀況，根據事件記錄將事件責任落實(shí)到具體操作過(guò)程或者設備故障等。


●系統具備歷史數據的管理、存貯功能，根據不同需求生成生產(chǎn)報表，并且實(shí)現查詢(xún)打印功能,可實(shí)時(shí)顯示數據實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)。
●系統結合先進(jìn)的控制策略具備天然氣流量計算、輸配優(yōu)化調度管理功能，并且可實(shí)現與企業(yè)信息管理系統ERP、MIS等系統對接，實(shí)現數據交互。
●系統遵循嚴格的用戶(hù)控制權限管理體制，具備網(wǎng)絡(luò )監視及管理功能，針對不同級別的操作人員設定不同的權限，實(shí)現安全可靠管理。
●分布式架構設計可以實(shí)現通信監視及管理和主備信道的無(wú)擾切換，具備系統自診斷和故障分析處理能力。遇有緊急情況可自動(dòng)緊急切斷故障源，對系統起到安全保護作用。
●高效的網(wǎng)絡(luò )配置可實(shí)現與上級計算機網(wǎng)絡(luò )的通信及數據共享，良好的開(kāi)放性為日后的系統擴容預留了足夠的接口。

五．結語(yǔ)
本系統利用現代網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)，將地理位置分散的門(mén)站、加氣站、調壓/計量站有機的結合起來(lái)，實(shí)現公司在生產(chǎn)過(guò)程監控、統一調度指揮、安全系統的集中管理，在消除信息孤島的同時(shí)也為領(lǐng)導決策，安全運行與聯(lián)合調度提供可靠的實(shí)時(shí)數據。從而更好的提升公司在運營(yíng)自動(dòng)化、管理現代化的水平。