方案概述,執行標準規範,設計原則,系統結構,門站控制系統,採集系統,監控系統功能,
方案概述
本方案的SCADA系統涉及門站、工業用戶、加氣站、城區管網末端、調壓站等多種類型的監控點，總數量約30個。所有監控點的數據需要傳送到位於臨邑縣的調度中心，並在調度中心操作員計算機上顯示，此外兩個天然氣門站還要有本地控制系統，在本地操作員計算機上可實時顯示門站的各種數據。通過SCADA系統操作員還可對現場設備進行必要的控制，同時SCADA系統還集成有巡線監控系統。
執行標準規範
GB 50028－2006《城鎮燃氣設計規範》
GB 50093－2002《工業自動化儀表工程施工及驗收規範》
GB 50058－92《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範》
HG 20508《控制室設計規定》
HG/T 20509《儀表供電設計規定》
HG/T 20513《儀表系統接地設計規定》
HGJ 516－87《自動控制安裝圖冊》
其它與本系統相關的最新規範
設計原則
（1）安全可靠性
設備的開/停控制採用順控並加有邏輯鎖，以防止誤操作。
所有設定在爆炸危險場所的自控儀表設備均採用相應防爆等級的產品。
控制系統為集散型，控制手段為調度中心集中遙控、場站監控室內遠控及設備就地手動控制的三級控制，並可互相切換。
主要硬體設備及軟體設備全部採用國內外知名品牌產品，並具有 3 年以上良好運行實例，各項性能指標滿足國際、國內相關規範與標準。
SCADA系統的硬體、網路和軟體都應具有良好的開放性和可擴展性，符合開放的工業標準並提供標準接口和驅動程式，確保將來與第三方系統順利的接口及功能的擴展。因此，對於SCADA系統硬體、RTU和其它主要設備SCADA系統總承包商都應該選用成熟品牌的產品。為了用戶今後備品備件的方便和統一，SCADA軟體、RTU硬體以及其他設備應儘量選用同一家公司的產品。
整個SCADA系統的供電，配置不間斷電源（UPS），調度中心及各場站自控系統設定獨立的工作接地網。
軟體設定不同安全區和安全級別，建立不同的安全功能區和不同的功能級別，形成不同訪問許可權及操作許可權。
SCADA伺服器（Server）採用目前運行可靠的實時多任務、多用戶作業系統，在操作員工作站和工程師工作站等（Client）採用WINDOWS作業系統。具有WEB服務功能，公司領導可以在自己的辦公地點或者外地通過瀏覽器看到該系統的實時數據。
（2）先進適用性
SCADA系統硬體配置採用先進的計算機技術、工業控制技術、顯示技術和通信技術等緊密地結合在一起，利用先進的網路設備和網路互聯技術設計而成，硬體設備先進可靠，技術成熟，具有安全可行性和技術先進性兩大特點。整個系統使用方便，性能可靠,開放性擴展性強。
主站與遠端有人值守站區域網路及RTU 之間的通信協定採用標準TCP/IP 協定；主站與遠端無人值守站點RTU通信協定採用國際標準協定；RTU與智慧型儀表之間採用MODBUS RTU協定或儀表自定義的協定。
系統應採用目前廣泛套用的、成熟可靠、性能穩定的開發平台，全系統操作界面漢化，套用軟體應符合國內的管理和操作模式。
系統區域網路採用目前廣泛套用的乙太網。
系統的配置應充分考慮了升級及擴容能力（擴容能力不小於25%）。
所有選用產品都必須在國內有技術服務和備品配件支持。
（3）經濟合理性
經濟性不但要從一次性建設投資考慮，還要考慮到投產後的運行和維護費用。
設備的選型按照可靠性、先進性及經濟性綜合考慮，充分考慮統一性，以減少備品備件的存量，降低維護成本。
標準化、模組化
為保證系統的可靠性、穩定性和可擴展性，要求整個SCADA系統的設計充分體現標準化、模組化的設計思想。
系統結構
調度中心位於公司辦公樓，其中配備有一台SCADA伺服器、兩台操作員站、一台巡線監控站、一台印表機、一台三層乙太網交換機和UPS系統。
SCADA伺服器是整個系統的數據處理核心，其上運行著SCADA系統軟體和SQL Server資料庫軟體。SCADA系統軟體負責採集工業用戶、加氣站和門站的數據，並把操作人員的指令下發到相應設備上。SQL Server是一個關係型資料庫軟體，存儲著SCADA系統的所有歷史數據，基於這些數據可提供數據查詢、曲線顯示、趨勢分析、報表輸出等功能。伺服器是一台高可靠性的機器，可保證7×24小時不間斷工作，其上配備有硬碟冗餘系統，可最大程度得保證數據的可靠性。
操作員站上運行著組態軟體，為用戶提供查看數據、操作設備的界面，主要功能包括：管網地圖、工藝畫面顯示、歷史數據查詢、趨勢圖、報警記錄、報表輸出等，用戶界面根據用戶需要定製開發。操作員站的所有數據均來自SCADA伺服器，操作員下發的指令也傳送到SCADA伺服器上，再由SCADA伺服器向下轉發。本方案中，配備了兩台操作員站，兩台機器可以顯示不同畫面，方便操作人員使用，另外他們還構成了冗餘系統，一台故障不會影響到系統的正常運行。其中一台操作員站連線有印表機，另一台通過網路共享也可使用，兩台機器都可以輸出報表。
調度中心配置的印表機為A3幅面雷射印表機，可滿足複雜報表輸出的需要。
調度中心配備一台三層乙太網交換機，除了普通交換機功能外，還具備基本路由及防火牆功能。通過這台交換機SCADA服務和兩台操作員站連線在同一個子網路內，彼此可互相通訊。交換機的外網連線埠連線到網際網路，使內部子網可以和網際網路上的其他節點通訊，同時交換機可配置防火牆功能，防止外部網路對系統的攻擊。為了使SCADA系統能夠正常工作，交換機的外網連線埠必須具有固定的公網IP位址，或通過公司內部網路映射的外網可訪問的私網IP位址。為了保證整個SCADA系統網路的穩定性，建議採用移動服務提供商（GPRS提供商）的專網光纖接入。
為了保證設備的不間斷工作，調度中心配備有UPS系統，最大3KVA輸出，外置電池組可保證系統備用時間不小於6小時。
工業用戶、加氣站、城區管網末端、調壓站數量多且分布分散，各個站的情況不盡相同，因此數據傳輸的最佳方式是無線GPRS，這種方式不受布線條件限制，只要有手機網路就可傳輸數據。GPRS傳輸設備內置SIM卡（需用戶準備），通過移動通信公司的GPRS服務連線到網際網路，由此和同樣連線在網際網路上的位於調度中心的SCADA伺服器通訊，如當地移動公司可提供虛擬內部網路，則可以獲得更好的穩定性。
對於天然氣門站來說，也可以採用GPRS方式向調度中心傳輸數據，如果希望獲得更好的穩定性，可以採用有線網路（如ADSL）方式傳輸數據。為降低網路結構的複雜程度，方便維護，本方案採用GPRS無線方式。
巡線監控系統由位於調度中心的巡線監控計算機和巡線員隨身攜帶的定位設備組成。定位設備採用GPS衛星定位，人員位置信息通過GPRS無線網路傳送到調度中心並實時顯示在巡線監控計算機上。巡線監控系統的詳細信息請參見巡線監控系統說明。
本方案充分考慮了系統的擴展要求，只需增加相應的監控設備即可完成系統擴展，中控室設備無需改動。
本方案中所使用的PLC、數據採集裝置、伺服器等設備均屬高可靠性設備，系統建成後基本免維護，如數據採集裝置選用低功耗電池供電型號，則需每年更換一次電池，成本在300元左右。
調度中心設備清單及描述見“設備清單”部分，其中的大螢幕顯示部分參見報價表，更詳盡的設備參數可參見相應設備的樣本或說明書。
門站控制系統
天然氣門站包括兩個進口（其中一個進口有時也做為出口使用）和兩個出口。需要採集的數據包括各個進出口的壓力、溫度、各條支路上的流量（包括瞬時流量和累計流量）、燃氣泄漏報警等。同時還要根據流量控制加臭機，實現加臭量的自動調節。門站具備本地監控功能，同時所有數據在公司調度中心均可顯示。
門站控制系統採用“可程式邏輯控制器（PLC）”作為主控制器，PLC具備數據採集、設備通訊、邏輯運算和設備控制等功能，性能強大且可靠性高。本方案中的PLC具備模擬量輸入/輸出接口（AI/AO）、數字量輸入/輸出接口（DI/DO）、RS485通訊接口和乙太網接口。
PLC的模擬量輸入接口用來採集壓力變送器、溫度變送器等具備4-20mA電流輸出的儀表；模擬量輸出接口用來控制加臭機等設備；數字量輸入接口用來採集燃氣泄漏報警、切斷閥狀態等信號；數字量輸出接口用來控制切斷閥、報警指示燈等設備；RS485通訊接口用來與流量計和其他串列設備通訊；乙太網接口用來與門站監控計算機通訊。各輸入/輸出接口在配置時均留有一定餘量。
門站現有的壓力變送器為隔爆型壓力變送器，此類型的壓力變送器可直接與位於安全區的PLC連線，壓力變送器輸出4-20mA電流信號，接入PLC的AI口，信號迴路串聯防雷保護模組，此模組位於PLC附近，可有效保護PLC免於雷擊破壞。本方案中，4-20mA防雷模組選用北京同為產品。
門站現有的溫度感測器為熱電阻，他必須和相應的安全柵配合使用才能構成本安防爆系統。安全柵位於安全區，可將熱電阻輸出的mV電壓信號轉換為4-20mA電流信號，進而接入PLC的AI口。本方案中，熱電阻安全柵選用上海辰竹產品，支持三線制連線，溫度測量範圍可根據實際需要配置。
門站中目前有兩種類型的流量計，一種為隔爆型（天信流量計，兩台），另一種為本安型（蒼南流量計，兩台）。隔爆型流量計可直接連線到PLC的485接口，為防止雷擊對PLC的破壞，迴路中需要加防雷保護模組（包括24V供電防雷模組和485通訊防雷模組）。對於本安型流量計，為構成本安防爆系統必須與相應的安全柵配合使用，流量計安全柵選用隔離式安全柵並具配電功能，可向流量計供電。流量計採用匯流排方式連線在PLC的485口上，一個485口可連線多台流量計，PLC使用流量計廠家的專用協定與流量計通訊，由於採用了多協定技術，不同品牌的流量計可連線在同一個485口上。本方案中流量計防雷模組選用北京同為產品，流量計安全柵選用上海辰竹產品。
門站要對天然氣加臭，加臭工作可由PLC自動控制完成，PLC可根據採集到的流量信號控制加臭機（使用AO口，輸出4-20mA電流信號），實現自動加臭，控制算法可根據要求編制。
門站中配置一台監控計算機，其上運行監控軟體（組態軟體），通過乙太網與PLC連線。PLC採集到的壓力、溫度、流量等數據可實時顯示在監控畫面上，同時操作人員還可通過監控畫面對現場設備進行控制，監控軟體還具備實時曲線、歷史曲線、歷史數據查詢、報警記錄、報表輸出等功能。本方案中監控軟體選用“紫金橋”軟體。
門站數據遠傳到調度中心通過GPRS無線方式實現。PLC可將門站現場數據傳送到位於公司的調度中心，同時還可接受調度中心下發的指令。PLC配備有兩個485通訊口，其中一個連線到GPRS模組（DTU模組），實現GPRS無線通訊。
本方案中凡是使用了安全柵的信號迴路沒有再加裝防雷模組，一方面是由於安全柵有隔離保護作用，可防止雷擊對PLC的破壞（安全柵本身可能被損壞）；另一方面在安全柵前端加裝防雷模組會改變安全柵所保護設備的總體等效參數，可能造成本安防爆失效。
門站控制系統設備清單及描述見“設備清單”部分，更詳盡的設備參數可參見相應設備的樣本或說明書。
本設計方案嚴格遵循GB3836.1（通用要求）、GB3836.2（隔爆型）、GB3836.4（本質安全型）等防爆標準。
採集系統
城區管網末端採集系統
工業用戶、加氣站、城區管網末端、調壓站的燃氣設備一般位於調壓撬或調壓房內，所需採集的數據相對較少，一般包括1 – 3路流量，一個進口或出口壓力。
工業用戶、加氣站、城區管網末端、調壓站數據採集系統採用“燃氣監控無線數據傳輸單元（RTU）”做為採集和傳輸設備，該設備是我公司專為燃氣行業開發的採集傳輸一體化設備，可採集燃氣現場數據並通過GPRS無線網路傳送至調度中心計算機。該設備具備模擬量輸入（AI）、數字量輸入（DI）、數字量輸出（DO）及RS485/422通訊功能，可採集壓力、溫度、可燃氣體濃度等模擬量數據（通過AI口），也可採集閥門開關狀態、燃氣泄漏報警等數字量信息（通過DI口），並可對現場設備進行控制（通過DO口）。設備採用模組化設計，各輸入、輸出接口均可根據實際需要擴展。
燃氣SCADA系統
燃氣SCADA系統通過RS485/422通訊口，利用設備內置的流量計通訊協定庫，可採集目前市場中大部分廠家的氣體流量積算儀和一體化氣體流量計的數據，可同時接駁多台流量計。
該設備具備後備電源功能。後備電源部分對市電情況和電池電壓進行實時線上監測，停電後調度中心計算機可顯示報警信息，標準配置下備用時間不小於6小時。
該設備基於微處理器技術開發，體積小，可靠性高，功耗低，結構緊湊，安裝方便。
該設備採用防爆設計，嚴格遵循GB3836.1、GB3836.2標準，防爆等級Exd II BT4，可直接安裝於爆炸性氣體危險場所的1區和2區。
工業用戶、加氣站、城區管網末端、調壓站內的流量計為本安型流量計，同樣需要配合安全柵使用，安全柵置於防爆箱內，流量計連線在採集設備的485通訊口上，採集設備已內置了蒼南、天信、ELSTER等多種流量計採集協定，從流量計中可讀取到流量數據（瞬時流量和累計流量）、氣體溫度和進出口壓力（根據流量計安裝位置測得的壓力為進口壓力或出口壓力）。
如有壓力變送器或溫度變送器，則變送器連線在採集裝置的模擬量輸入接口上，變送器為4-20mA輸出，如為本安型則需要額外增加安全柵。
採集到的數據通過GPRS無線網路傳送到公司調度中心，設備具備通訊線路維護功能，可保證通訊鏈路最大程度穩定，如遇GPRS通訊中斷，設備會自動嘗試恢復。
普通型的採集裝置需要外部提供220V 交流供電，對於無法提供外電源的場合有低功耗產品可供選擇，僅依靠防爆箱內的電池供電，每5分鐘傳輸一次可連續工作1年，更換電池的成本在300元左右。
在調壓房內採集設備可壁掛安裝，在調壓撬內，設備使用自帶的安裝底板可方便的安裝在燃氣管道支撐結構上。
工業用戶數據採集系統設備清單及描述見“設備清單”部分，更詳盡的設備參數可參見相應設備的樣本或說明書。
工業用戶數據採集系統的設計嚴格遵照了相關防爆標準。
監控系統功能
調度中心實時採集門站、調壓站、加氣站、調壓箱/櫃等站點的工藝運行參數,實現對天然氣管網和工藝設備運行情況進行自動、連續的監視、管理和數據統計，為管網平衡、安全運行提供必要的輔助決策信息。其主要功能如下：
1） 對各站數據的實時採集、處理和存儲；
2） 圖形顯示;
3） 管網圖、工藝流程圖動態實時顯示；
4） 實時和歷史數據趨勢圖、柱狀圖和餅狀圖；
5） 全部參數的列表顯示；
6） 報警和故障處理；
7） 參數（如壓力）上下限報警；
8） 事件報警（如紅外、供電等）；
9） 聲光報警及故障報警時自動推圖；
10） 報警信息的存儲查詢；
11） 安全保護功能，可設定不同安全區和安全級別，用戶可以建立不同的安全功能區，和不同的功能級別；
12） 對於預設的重要事件，系統可向特定人員發出手機簡訊；
13） 數據存儲、歸檔；
14） 關係資料庫和數據網頁發布；
15） 統計報表的生成列印；
16） 操作員站界面多屏顯示；
17） 系統診斷管理；
19） 網路監視及管理；
20） 通信系統的診斷管理；
21） 系統時間同步功能；
22） UPS供電功能；
23） 網路安全設計；
24） 設備管理功能；
25） 班組日常管理功能；
26） 系統冗餘熱備；
27） 主備中心切換；
28） 主備通信鏈路切換；
29） 主備伺服器切換；
30） 網路冗餘；
31） 實時伺服器冗餘熱備；
32） 通信系統冗餘熱備；
33） 印表機冗餘；
34） 遠程控制功能；
35） 投影機（含投影幕布）；
36） 調度中心SCADA系統在接口設計上應具備從其它系統獲得數據和向其它系統提供數據的功能，以便系統功能的擴展；
