【燃氣】綜合調度系統解決方案

一、項目概述

1.1 項目背景

城市天然氣企業眾多的場站系統（幾十個至幾百個）地理位置分布廣，調控指揮中心如果無法及時準確的獲悉各重要場站的信息，這將給生產調度人員對整體的運營進行正確的評估及決策帶來了很大的麻煩，給所轄門站下達準確的指導指令帶來很大的困難，很難對未來的形勢和環境進行準確的評估，因此，建設一個完善的燃氣SCADA生產調度管理系統系統有助于改善企業的生產運行管理。

1.2 需求分析

燃氣SCADA生產調度管理系統需要實時采集生產現場數據，完資源實時調配與控制。完成設備運行管理，故障分析，生產報警管理等。

本次SCADA生產調度管理系統建設內容包括：有人值守門站監控系統建設，無人值守門站生產數據采集上傳；調度中心調度管理平臺建設，將原有門站的生產數據移植或無縫接入到新的監控平臺上；在新增門站設置以計算機為核心的監控系統，實時采集所屬區域的溫度傳感器、壓力變送器、流量等設備的相關參數，并通過GPRS網絡上傳至集團。在新增的工業監測點各安裝一臺數據遠傳模塊，采集相應流量計的實時數據，并通過以太網或GPRS網絡直接上傳給集團調度中心。

通過本次系統建設，將為企業提供一個穩定、可靠、可信并及時的SCADA系統，對各個門站和工業監測點的運行參數進行采集、篩選、過濾、統計、分析、計算、應用等，以科學的數據為依據，優化企業生產調度管理。

1.3 系統建設目標

燃氣SCADA生產調度管理系統是結合計算機、信息與控制技術最新發展，面向燃氣調度監控，充分利用管網的數據信息，建立燃氣管網運行模型，形成統一的管理平臺和人機界面，監測管網的實時運行狀態，生成調度策略和緊急搶修策略，保障燃氣管網安全、連續、穩定運行，提高燃氣企業管理水平和運營經濟效益。

生產調度實時數據庫管理平臺主要完成對管網輸配及場站系統數據采集和監視管理任務，將整個遠程站的數據進行處理、分析、存檔并向各遠程站發送調度及控制指令。同時實現管網在線模擬、輸送計劃、泄漏檢測及定位、運行優化、計量管理、模擬培訓等任務。

主調度控制中心的操作人員通過SCADA系統操作員工作站所提供/顯示的管網系統工藝過程的壓力、溫度、流量、密度、設備運行狀態等信息，完成對整個管網的操作和管理。

1.4 系統建設內容

城市燃氣SCADA生產調度管理系統是以計算機為核心的分布式控制系統，由它完成對管網的監控。它由調度控制中心、容災后備控制中心、門站區域控制站（有人值守站、無人值守站）、遠程終端裝置(RTU)、通信系統等組成。

監控中心將通過通信系統與各個工藝場站的站控系統互聯，從而進行數據采集與監控，并實現輸氣調度、設備運行優化、計量管理、管道模擬等任務。監控中心SCADA系統的控制功能分為“中心控制”、“站場控制”、“就地控制”三級控制模式。監控中心的操作人員通過系統所提供的管線壓力、溫度、流量、設備運行狀態等信息，完成對管道全線及場站的運行監控和管理。

1) 建立調度中心管控平臺

建立調度中心管控平臺負責實時、歷史、報警數據的管理、存儲、檢索，通過實時數據庫來分析生產情況、匯總和統計生產數據，作為指揮、決策的依據。

2) 建立場站監控系統平臺

實時采集監測門站運行過程中的工藝參數如壓力、溫度、流量、瞬時值、累積值、計劃值等，可選用表格顯示或條形圖顯示，還可進行組顯示、特定顯示等。

1.5 系統設計原則

可擴展性—系統的設計上一方面要全面滿足當前環境下的需求及未來一段時間的應用需求，另一方面要能方便地進行功能擴展，可靈活增添刪減功能模塊。

可集成性—從技術發展角度和用戶需求來看，軟件結構本身應能與上層應用系統集成，做到信息共享和資源數據共享。

二、系統整體架構

2.1 系統拓撲圖

區域燃氣調度中心網絡拓撲圖

2.2 系統介紹

2.2.1 調度中心管理系統

調度中心管理系統從功能上被分為實時服務器、歷史服務器和應用服務器等三部分。

1) 實時服務器

實時數據服務器主要為系統提供實時數據管理支撐，主要負責處理、存儲、管理從站場和RTU采集傳送來的實時數據，并為網絡中的其它服務器和工作站提供實時數據。實時數據存放在實時數據庫中，實時數據服務器中運行通信管理軟件，完成與各站場及RTU的通信連接、協議轉換、網絡管理等任務。

2) 歷史服務器

歷史數據服務器主要完成歷史數據的存儲、管理，并為網絡中的其它服務器和工作站提供數據服務。能自動恢復通信中斷期間的數據。

3) WEB服務器

Web服務器是實時監控系統與管理應用系統之間的銜接服務器。實時監控系統將有關信息寫入Web服務器，并對其實時更新。Web服務器在管理信息網絡中以網站的形式出現，它既為管理系統提供生產信息，又避免了與生產實時監控系統等無直接關系的計算機直接訪問實時監控系統服務器。

4) 部署服務器

部署服務器負責整個系統應用程序的管理，通過部署服務器可遠程更新、修改、管理各服務器的運行程序。

5) 操作員工作站

操作員工作站是調度、操作人員與調度中心計算機監控系統的人機界面（MMI），它在調度控制中心計算機監控系統中作為客戶機，操作員通過它可詳細了解管網的運行狀況并下達命令，它們通過LAN與服務器互聯并交換信息。

6) 工程師工作站

工程師工作站是系統工程師的操作平臺。工程師可通過它們對計算機監控系統的數據庫等進行維護和管理；同時還可以對系統進行二次開發，實現其所允許的功能。

2.2.2 門站監控系統

站控系統設在各門站控制室，系統主要由操作站和RTU，PLC等控制系統及組成。RTU完成對所屬門站的溫度、壓力、流量、泄漏報警等各種參數的采集、處理及控制。站控計算機運行監控組態軟件實現數據的采集處理和顯示，以及異常情況的就地控制。

三、系統產品選型

3.1 數據庫產品介紹

3.1.1 產品概述

實時數據庫是兩化融合的整體解決方案的核心，產品的分布式的結構設計保證了發揮系統最大的運行效率，完全可以滿足企業生產信息化、綜合自動化系統、SCADA生產調度系統、DCS系統、能源管理系統、自動化監控系統等“兩化融合”應用的需要，使用戶每天都在享受力控科技的優質服務和最新的科技成果。

現代化的智能工廠是利用工藝技術、自動化技術、信息技術、現代管理技術和智能技術將生產制造與業務信息系統進行綜合集成，企業決策者通過管理駕駛艙就可以靈活快速的實現企業商業決策。運營管理人員可以通過管控一體化平臺技術構建的生產實時運營管理系統來完成企業節能降耗、安全環保等生產運營目標。

工業企業在兩化融合的大背景下，企業生產調度系統大規模集成整合與可視化進程速度加快，生產調度系統作為MES系統的核心，選用一體化數據平臺進行深入數據挖掘已經成為必然。生產調度管理系統是以經濟指標為目標，以生產過程優化運行、優化控制與優化管理為核心技術建立的企業模型，其中的企業級實時歷史數據庫和關系數據庫一起構成了企業生產調度系統的數據支撐平臺，對企業生產優化，提高運營水平起著極其重要的作用。

實時歷史數據庫可用于工廠過程的自動采集、存儲和監視，可在線存儲每個工藝過程點的多年數據，它提供了清晰、精確的操作情況畫面，可以提供工廠模型，生產運營管理、設備運行管理、歷史追憶、生產報表等多種調度管理模塊，可以說，實時歷史數據庫對于流程工廠來說就如同飛機上的“黑匣子”，是智能工廠的關鍵！

力控?企業級實時數據庫pSpace是一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統，可以用于采集、壓縮、存儲、加工、分析等任何帶有時間特性的生產信息，pSpace提供全系列的工業通訊接口及ERP業務接口，實現生產監控到調度管理的完美整合。能極大地提高企業的智能化及決策的精度和速度。

3.1.2 產品架構

pSpace產品架構：

• pSpace Server：實時數據庫核心服務
• IOServer：數據采集服務
• psView：可視化圖形客戶端
• psAdmin：遠程管理工具客戶端
• 擴展工具

★  計算引擎pSpace CALCE：使用腳本進行計算。

★  轉儲工具SQLRouter：與關系數據庫之間進行數據轉儲。

★  OPC服務器：將pSpace的數據以OPC標準進行發布。

★  同步工具：在pSpace與pSpace之間進行數據同步。

• API和SDK

★  C API & SDK

★  .Net API & SDK

★  Java API & SDK

★  Web Service

★  IO Server SDK

★  Smart SDK

3.1.3 產品特點

1) 多平臺支持能力

pSpace可運行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多種Linux操作系統，除x86架構的計算機外，pSpace還可運行于使用麒麟操作系統和MIPS指令集的龍芯計算機上。

2) 靈活的分布式軟件架構

pSpace的系統架構支持跨平臺分布式部署，功能模塊及組件程序可根據任務進行分布式部署，支持在線組態和遠程配置與管理。支持把歷史存儲、報警、事件、IO采集等各個功能組件分別建立在同一網絡不同的服務器上。

3) 完整的冗余技術

pSpace實時數據庫平臺軟件支持硬冗余的配置方式，支持多服務器、雙接口機、雙網、雙通道等多種冗余技術。支持系統集群配置，支持操作系統及第三方工具提供的冗余功能，如Windows故障轉移群集、RoseHA等。

4) 穩定性與安全性

pSpace采用統一的進程管理，內置“看門狗”設計，系統各進程具備自診斷與自恢復功能，充分保證整個系統的穩定與安全。

pSpace支持負載均衡，使系統的工作任務得到分解，網絡數據傳輸模塊支持斷線重連與恢復機制，保證進程之間的數據同步、網絡通訊的可靠性。

pSpace支持斷線回補來保證數據的完整性和一致性。

5) 層次化測點結構

允許將測點以節點方式來組織，可輕松完成現場實際生產結構的抽象模型，使得測點結構和實際生產單位相對應，更有條理且易于管理。

6) 優越的數據庫性能

pSpace數據點可達到300萬，讀寫數據峰值處理能力可達到50萬條數據每秒，能夠支持1000個以上并發客戶端連接同時操作；pSpace群集可支持3000萬數據點，讀寫數據峰值處理能力可達到800萬條數據每秒，支持1萬以上客戶端同時操作。

7) 高效的壓縮模式

數據采用二次壓縮技術，一次有損壓縮，二次無損壓縮算法，只保存數據的關鍵特征，壓縮率可達到40:1。

8) 強大的計算引擎

pSpace計算引擎是一種具有時間確定性的在線計算引擎。pSpace計算引擎提供對pSpace數據進行二次計算和實施高級統計分析的功能。pSpace計算引擎具有分布式特性，可在整個企業范圍內進行分布式計算。

pSpace計算引擎支持強大靈活的腳本語言，支持用戶自定義函數及第三方用戶庫。任何用戶都可將pSpace計算引擎看作統一靈活的二次開發平臺，無限擴展自己的應用開發。

9) 靈活的性能調優參數

提供緩存大小，文件保存天數及點數等多個數據庫調優參數，可根據現場實際應用情況定制您的pSpace。

10) 豐富的數據處理功能集

支持OPC HDA 1.20標準中定義的數據處理功能集，支持數據的插入、替換、刪除、按時間段刪除等操作，支持22種數據統計查詢方法。

提供對象模板功能，用戶可將真實的設備、流程等抽象成數據點組成的模板，再將組態的模板保存于數據庫中，通過對象模板可批量生成同類型的對象，極大的節省了組態工程的人力及時間消耗。

11) 全面而開放的接口

pSpace提供C API/ .NET API/ Java API/ WebService 等多種二次開發接口，同時還提供了OPC DA、OPC UA等訪問接口，可實現測點管理、安全管理、數據管理等多種功能，為用戶二次開發提供有力支持。

12) 豐富實用的客戶端

• 圖形客戶端psView

做為流程畫面、報警、生產報表、趨勢曲線的實時監控圖形客戶端，也可將組態畫面發布成Web頁面，方便用戶使用瀏覽器來查看流程工藝等。

• 采集客戶端IOServer

獨立做為通訊服務器，用于現場生產過程數據的采集，支持斷線緩存。

• 關系數據庫轉儲工具SQLRouter

專為pSpace打造的關系數據庫解決方案，用于pSpaceServer和關系數據庫間的數據交互，轉儲方式靈活，支持多種表結構，同時提供數據統計轉儲，在線配置，二次開發接口等高級功能。

• pSpace同步工具

pSpace同步工具pSync能夠解決不同pSpace Server之間數據同步的問題，通過同步工具可實現兩臺數據庫服務器的數據鏡像以及多臺數據庫服務器向一臺中心數據庫服務器進行數據匯集等多種功能。

• 管理客戶端psAdmin

用于對pSpace中測點、數據、用戶等進行管理，并能夠監視數據庫狀態、提供報警、事件查詢、數據仿真等功能。

3.2 eForceCon產品介紹

3.2.1 產品概述

力控SCADA平臺組態軟件eForceCon是力控產品家族的重要組成部分，是力控科技為企業用戶的工業信息化應用提供的一個基礎軟件平臺，該SCADA平臺的設計涵蓋從現場監控站到調度中心，為企業提供從下到上的完整的生產信息采集與集成服務，從而為企業綜合自動化、工廠數字化及完整的“管控一體化”的解決方案提供支撐平臺。

力控SCADA平臺組態軟件以分布式區域實時數據庫為核心，分布式實時數據庫技術可以保證生產數據精確輸出并完成可視化，實時數據庫無限的分層結構可使大型企業信息盡收眼底。力控SCADA平臺組態軟件具有靈活的系統應用架構，可以自由構建不同規模的應用，滿足用戶對企業信息化的多樣性要求，用戶在此基礎上可以靈活的構建適合企業應用的解決方案。

力控SCADA平臺組態軟件支持獨立的歷史歸檔數據庫，可進行海量歷史數據歸檔，方便歷史數據追憶。具備分布式的數據源管理模式，SCADA平臺軟件的可視化人機交互界面無需編程，直接通過遠程數據源的組態方式就能與遠程數據庫進行信息交互，完成生產監控、查詢、曲線分析等各項功能，滿足企業“兩化融合”的需要。

3.2.2 應用架構

力控SCADA平臺組態軟件eForceCon具備靈活的架構，能滿足現有多種系統架構要求。力控產品提供了針對各行業業務特點的部署架構方案，即可以在生產調度系統中部署SCADA實現集中中控制模式，亦可以按照２級單位部署監控及調度系統來實現集中監視與分散控制管理，力控產品可適應多種架構模式來面對多種業務模式。

典型的SCADA系統架構圖

1) 通信服務器

通訊服務器能以有線，無線等多種通訊方式與地理分散的控制設備進行實時采集與控制，通訊服務器將實時數據提供給SCADA系統的實時及歷史服務器來完成數據的上傳與指令下達。通信服務器支持冗余配置，支持設備冗余與鏈路冗余。SCADA平臺組態軟件的通訊服務程序可獨立進行部署。

2) 實時數據服務器

分布式的實時數據庫支持多種工廠模型的信息數據類型及結構，提供多種功能點類型。實時數據庫的分層結構設計方便了“海量”的數據管理與歷史數據歸檔管理，提供了參數的“動態”注冊的負載均衡機制，圖形監控系統與數據處理和歸檔采用分離結構可以構造復雜靈活的分布式生產調度系統。

3) 歷史數據服務器

對實時數據進行海量歷史數據歸檔，提供歷史數據接口服務。歷史數據存儲歸檔支持數據定時存儲、條件存儲、變化壓縮存儲、趨勢壓縮存儲等多種技術，具備更強大的生產數據分析與統計功能。

4) 報警服務器

報警服務器是一個靈活的分布式報警構架，具備強大的報警存儲、統計、分析、顯示、查詢、事件觸發、打印等功能，并可以和語音、視頻、多媒體進行聯動，來完成一個大型生產報警管理系統。

5) 遠動及OPC服務器

以遠動規約或者OPC服務方式向上一級系統提供數據。

6) Web服務器

提供監控組態畫面的Web發布服務。Web客戶端與網絡服務器的實時數據傳輸采用事件驅動機制、變化傳輸方式，因此通過互連網遠程訪問力控Web服務器，IE“瘦”客戶端顯示的監控數據具有更好的實時性。

7) 部署服務器

提供整個系統的開發部署、畫面組態等功能。

8) C/S客戶端

提供C/S架構的HMI客戶端程序，完成生產實時流程畫面、用戶管理、實時及歷史曲線、實時報警及歷史報警查詢、生產報表等可視化的監控及操作。

9) B/S客戶端

提供B/S架構,用IE做為“瘦”客戶端，對系統進行可視化的監控操作。