應(yīng)用背景
襄樊市天然氣輸配工程是 “川氣東輸”系統(tǒng)工程的下游城市用戶之一，為了增強(qiáng)襄樊市天燃?xì)廨斉涞淖詣?dòng)化管理水平，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，襄樊大明天然氣有限公司領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過科學(xué)的論證和考察，決定建設(shè)一套天然氣管網(wǎng)遙測調(diào)度指揮系統(tǒng)，保證城市安全用氣，節(jié)約能源和資金，使企業(yè)的生產(chǎn)和安全管理水平，與國內(nèi)先進(jìn)水平接軌。
客戶需求
襄樊市天然氣輸配工程是襄樊大明天燃?xì)夤旧a(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，操作員在調(diào)度中心通過SCADA系統(tǒng)能完成對(duì)襄樊市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)和場站運(yùn)行狀況的監(jiān)測，為生產(chǎn)調(diào)度提供及時(shí)、準(zhǔn)確和可靠的管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并為GIS，客服系統(tǒng)提供接口數(shù)據(jù)。
本系統(tǒng)的目標(biāo)就是提供一套滿足襄樊大明天燃?xì)夤灸壳靶枰⑦m應(yīng)未來發(fā)展、技術(shù)先進(jìn)、性能可靠穩(wěn)定、性能價(jià)格比高的SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)和場站的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和管理，為生產(chǎn)運(yùn)行的科學(xué)管理和調(diào)度提供科學(xué)的依據(jù)。
解決方案
1. 概述
襄樊大明天燃?xì)夤維CADA系統(tǒng)由調(diào)度中心、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程站和現(xiàn)場儀表組成。調(diào)度中心由2臺(tái)SCADA服務(wù)器、1臺(tái)SCADA磁盤陣列機(jī)、1臺(tái)WEB服務(wù)器，1臺(tái)GPRS接收服務(wù)器、2臺(tái)操作員站、1臺(tái)通訊處理器、1臺(tái)大屏幕投影儀、1臺(tái)打印機(jī)、1臺(tái)掃描儀、1臺(tái)刻錄機(jī)，并通過冗余局域網(wǎng)相連。
遠(yuǎn)程站有6種類型共30個(gè)，完成所在站的數(shù)據(jù)采集、控制、連鎖保護(hù)、計(jì)量、通過通信系統(tǒng)向調(diào)度中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)等任務(wù)，可以獨(dú)立完成自己站點(diǎn)監(jiān)測和控制工作。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用有線與無線結(jié)合通信方式，有線通信采用光纖方式，無線通信系統(tǒng)采用GPRS。遠(yuǎn)程站通過通信系統(tǒng)將所采集的數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心，并接受和執(zhí)行調(diào)度中心下傳的數(shù)據(jù)和指令，接受調(diào)度中心的監(jiān)督和管理。遠(yuǎn)程站RTU設(shè)計(jì)采用目前國際上最成熟先進(jìn)的、具備防爆能力的MOTOROLA公司的成套SCADA系統(tǒng)（MOSCAD）。
2. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
3. 通訊方式
本系統(tǒng)采用兩種通訊方式，光纖和GPRS通訊方式。調(diào)度中心與門站，重要的調(diào)壓站之間采用光纖方式，以保證這些重要站點(diǎn)通訊的可靠性、穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)吞吐量較小、實(shí)時(shí)性要求不高，有線通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到或單獨(dú)為此敷設(shè)線路不經(jīng)濟(jì)的區(qū)域或站點(diǎn)（如：工業(yè)用戶等）僅采用無線(GPRS)的通訊方式。
網(wǎng)絡(luò)通訊：服務(wù)器、計(jì)算機(jī)及通信前置機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，并可完成在線和備份設(shè)備的自動(dòng)/手動(dòng)切換。
4. 軟件配置情況
服 務(wù) 器
1) SQLSERVER 2000企業(yè)版（sp4）
2) Proficy HMI/SCADA - iFIX 中文版（iFIX Development無限點(diǎn)主備2套）
3) 冗余驅(qū)動(dòng)程序：OPC SERVER FOR MGT
4) SCADA冗余的管理軟件 ：DUALSCADA
WEB服務(wù)器
1) Proficy HMI/SCADA - iFIX中文版（IFIX Client RunTime 2套）
2) DUALSCADA雙機(jī)冗余的管理軟件
操作員站
1) Proficy HMI/SCADA - iFIX中文版（IFIX Client RunTime 2套）
2) DUALSCADA雙機(jī)冗余的管理軟件
站 控
SQLSERVER 2000企業(yè)版（sp4）
Proficy HMI/SCADA - iFIX中文版（IFIX RunTime 300點(diǎn) 2套）
驅(qū)動(dòng)程序：OPC SERVER FOR MGT
5. 調(diào)度中心的組成
服務(wù)器
兩臺(tái)服務(wù)器，是SCADA系統(tǒng)的核心，采集各站的過程數(shù)據(jù)，擔(dān)負(fù)著整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和
歷史數(shù)據(jù)庫的管理、網(wǎng)絡(luò)管理等重要工作，兩臺(tái)服務(wù)器采用雙機(jī)冗余的形式。
磁盤陣列機(jī)
為了保障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性，使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與操作系統(tǒng)分離，調(diào)度中心配備一臺(tái)磁盤陣列機(jī)，采用RAID 磁盤陣列，每臺(tái)服務(wù)器通過SCSI卡與磁盤陣列機(jī)相連，采用群集管理方式，存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
WEB服務(wù)器（兼做GPRS轉(zhuǎn)發(fā)站）
Internet、Intranet的接口服務(wù)器，通過建立網(wǎng)站的方式，將服務(wù)器的數(shù)據(jù)送到Web服務(wù)器上?？蛻舳耸褂脴?biāo)準(zhǔn)Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。
由于移動(dòng)的數(shù)據(jù)中心只能綁定到一個(gè)IP，SCADA服務(wù)器采用冗余的方式，兩臺(tái)冗余服務(wù)器無法同時(shí)接收數(shù)據(jù)，所以WEB服務(wù)器兼做GPRS轉(zhuǎn)發(fā)站，將接收的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)發(fā)到兩臺(tái)SCADA服務(wù)器。
操作員工作站
操作員工作站通過局域網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行通信，將采集的數(shù)據(jù)以曲線、工藝圖等多種方式表現(xiàn)給用戶。操作員工作站通過直觀友好的用戶界面，實(shí)時(shí)顯示管網(wǎng)運(yùn)行情況，接受用戶提出的信息查詢、數(shù)據(jù)庫檢索、圖表分析、報(bào)表輸出等任務(wù)。調(diào)度人員可以通過操作員工作站的人機(jī)界面全面地了解整個(gè)燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行狀況并下達(dá)調(diào)度命令，完成SCADA 系統(tǒng)的調(diào)度管理。
通信處理器（通信前端機(jī)）
通信處理器是無線廣域網(wǎng)（WAN）與計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)（LAN）之間的橋梁。其功能是完成服務(wù)器與各站之間信息交換的通信管理，以及不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。通信處理器為從現(xiàn)場RTU來的數(shù)據(jù)提供了進(jìn)入LAN的連接，可以直接使用現(xiàn)場的數(shù)據(jù)來進(jìn)行定單管理、客戶服務(wù)、調(diào)度及其它運(yùn)作。
6. 軟件功能設(shè)計(jì)
監(jiān)控軟件基于“客戶機(jī)－－服務(wù)器”結(jié)構(gòu)，采用 Proficy HMI/SCADA - iFIX，它充分發(fā)揮了Windows 2003的全部強(qiáng)有力的功能，包括搶先多任務(wù)、多線程、即插即用硬件兼容性、對(duì)稱多處理等。
調(diào)度中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的核心。系統(tǒng)在運(yùn)行中，SCADA服務(wù)器通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控門站、調(diào)壓站等的相關(guān)參數(shù)：如壓力、流量、溫度、閥狀態(tài)壓等。
系統(tǒng)除可將各子站的有關(guān)燃?xì)鈪?shù)進(jìn)行直觀顯示外，還具有各種報(bào)警功能，直接利用多媒體技術(shù)提示。另外系統(tǒng)還可對(duì)各種必要的燃?xì)鈪?shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)生調(diào)度人員所需的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，能夠十分方便的打印出來。
操作員工作站通過以太網(wǎng)與服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信，將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)以直觀、友好的圖形方式表現(xiàn)給用戶。顯示界面直觀、清晰、明快，不易產(chǎn)生誤解。文本、圖形的顯示主次分明。顯示界面主要包括：
A. 管網(wǎng)分布圖動(dòng)態(tài)顯示
在此圖上可以觀看到整個(gè)管網(wǎng)上分布的各個(gè)站點(diǎn)的主要測點(diǎn)，如：壓力、流量等。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，報(bào)警站點(diǎn)的標(biāo)志會(huì)以閃爍的方式提示操作人員該站點(diǎn)狀態(tài)異常，并且可以根據(jù)不同的報(bào)警設(shè)置不同的顏色以便區(qū)別開。
B. 工藝流程圖動(dòng)態(tài)顯示
各站的工藝流程圖實(shí)時(shí)顯示該站的運(yùn)行情況，以及運(yùn)行參數(shù)，包括進(jìn)、出站壓力、流量、閥的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異?；蛘吣硞€(gè)測點(diǎn)的測量值不正確的話，將會(huì)報(bào)警，并且顏色會(huì)改變，提示操作員該設(shè)備出現(xiàn)問題。
C. 趨勢(shì)畫面動(dòng)態(tài)顯示
在趨勢(shì)畫面中，可以查詢某一個(gè)或幾個(gè)測點(diǎn)的歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖，歷史趨勢(shì)圖的起始時(shí)間、時(shí)間跨度可任意設(shè)置，曲線的數(shù)目也可增加和刪減，并且可以對(duì)趨勢(shì)圖進(jìn)行放大和縮小，線可以對(duì)所有曲線進(jìn)行比較，便于分析管網(wǎng)的運(yùn)行情況。
D. 歷史數(shù)據(jù)列表顯示
操作員可以對(duì)站點(diǎn)的所有測點(diǎn)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，可以按照不同時(shí)間段，不同時(shí)間跨度等條件進(jìn)行查詢，并可以保存查詢結(jié)果進(jìn)行打印，對(duì)于分析數(shù)據(jù)有很大的幫助。
E. 報(bào)警管理
系統(tǒng)具有報(bào)警和報(bào)警處理的功能，報(bào)警功能對(duì)于系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清除隱患具有巨大的意義?？梢圆榭聪到y(tǒng)的當(dāng)前報(bào)警信息，也可以查詢?nèi)我鈺r(shí)間段的的歷史報(bào)警信息及事件信息。
F. 數(shù)據(jù)歸檔和管理功能
所有采集的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)和手工錄入的數(shù)據(jù)，按數(shù)據(jù)種類存入各種數(shù)據(jù)庫，操作人員可隨時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)、制表和繪制曲線。
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是IFIX本身的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)系統(tǒng)所有站點(diǎn)的當(dāng)前實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)。
歷史庫：采用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫，包括數(shù)據(jù)歷史庫和報(bào)警歷史庫。
所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)都可以查詢、顯示和打印。使用專用的編輯軟件設(shè)計(jì)專用的顯示和報(bào)表。
7. 系統(tǒng)冗余熱備功能設(shè)計(jì)
為了提高系統(tǒng)可靠性，保障系統(tǒng)長時(shí)間安全穩(wěn)定地運(yùn)行，在選用高可靠性設(shè)備的同時(shí)，調(diào)度中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用多級(jí)冗余熱備的設(shè)計(jì)模式。
硬件冗余
兩臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器冗余熱備，當(dāng)主要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器故障時(shí)，備份實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器將接替主要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器完成全部工作
通信前置機(jī)分為兩臺(tái)。兩臺(tái)通信前置機(jī)互為熱備，主通信前置機(jī)完成與遠(yuǎn)程站的通信工作，備用通信前置機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測主通信前置機(jī)工作，當(dāng)主通信處理機(jī)故障時(shí)，備用通信前置機(jī)上升為主要通信前置機(jī)，接替通信工作
調(diào)度中心磁盤陣列機(jī)采用RAID磁盤冗余陣列
軟件冗余
包括驅(qū)動(dòng)程序和SCADA軟件的冗余。
驅(qū)動(dòng)程序的冗余主要是指驅(qū)動(dòng)程序的熱備方式。本系統(tǒng)采用的MGT OPC Server for iFix，是支持Motorola MOSCAD RTU的OPC I/O驅(qū)動(dòng)程序， 運(yùn)行時(shí)，主OPC SERVER FOR MGT負(fù)責(zé)通過掃描無主RTU，備OPC SERVER FOR MGT并不對(duì)RTU發(fā)送掃描命令，只是與主驅(qū)動(dòng)程序同步接
收RTU上傳的數(shù)據(jù)。同樣數(shù)據(jù)控制輸出由主驅(qū)動(dòng)程序完成，數(shù)據(jù)控制輸出不會(huì)發(fā)送到備驅(qū)動(dòng)程序，即使發(fā)送到備驅(qū)動(dòng)程序，也不會(huì)被執(zhí)行，從而保證了上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)的唯一性。
SCADA軟件的冗余主要包括：實(shí)時(shí)、歷史、報(bào)警同步、控制輸出的唯一性等幾個(gè)方面。也就是說主SCADA是監(jiān)視和控
