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，為了增強襄樊市天燃氣輸配的自動化管理水平，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，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氣公司生產(chǎn)運行系統(tǒng)的有機組成部分，操作員在調(diào)度中心通過SCADA系統(tǒng)能完成對襄樊市燃氣輸配管網(wǎng)和場站運行狀況的監(jiān)測，為生產(chǎn)調(diào)度提供及時、準(zhǔn)確和可靠的管網(wǎng)運行數(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氣公司目前需要并適應(yīng)未來發(fā)展、技術(shù)先進、性能可靠穩(wěn)定、性能價格比高的SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，以實現(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
襄樊大明天燃氣公司SCADA系統(tǒng)由調(diào)度中心、通信系統(tǒng)、遠程站和現(xiàn)場儀表組成。調(diào)度中心由2臺SCADA服務(wù)器、1臺SCADA磁盤陣列機、1臺WEB服務(wù)器，1臺GPRS接收服務(wù)器、2臺操作員站、1臺通訊處理器、1臺大屏幕投影儀、1臺打印機、1臺掃描儀、1臺刻錄機，并通過冗余局域網(wǎng)相連。
遠程站有6種類型共30個，完成所在站的數(shù)據(jù)采集、控制、連鎖保護、計量、通過通信系統(tǒng)向調(diào)度中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)等任務(wù)，可以獨立完成自己站點監(jiān)測和控制工作。
系統(tǒng)設(shè)計采用有線與無線結(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。遠程站RTU設(shè)計采用目前國際上最成熟先進的、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通訊的可靠性、穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)吞吐量較小、實時性要求不高，有線通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到或單獨為此敷設(shè)線路不經(jīng)濟的區(qū)域或站點（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、計算機及通信前置機之間通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，可以傳輸實時監(jiān)控數(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/手動切換。
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無限點主備2套）
3) 冗余驅(qū)動程序：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 2套）
驅(qū)動程序：OPC SERVER FOR MGT
5. 調(diào)度中心的組成
服務(wù)器
兩臺服務(wù)器，是SCADA系統(tǒng)的核心，采集各站的過程數(shù)據(jù)，擔(dān)負著整個系統(tǒng)的實時數(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，兩臺服務(wù)器采用雙機冗余的形式。
磁盤陣列機
為了保障數(shù)據(jù)存儲的安全性，使數(shù)據(jù)的存儲與操作系統(tǒng)分離，調(diào)度中心配備一臺磁盤陣列機，采用RAID 磁盤陣列，每臺服務(wù)器通過SCSI卡與磁盤陣列機相連，采用群集管理方式，存儲系統(tǒng)運行數(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上實時動態(tài)數(shù)據(jù)。
由于移動的數(shù)據(jù)中心只能綁定到一個IP，SCADA服務(wù)器采用冗余的方式，兩臺冗余服務(wù)器無法同時接收數(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，實時顯示管網(wǎng)運行情況，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界面全面地了解整個燃氣管網(wǎng)的運行狀況并下達調(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）
通信處理器是無線廣域網(wǎng)（WAN）與計算機局域網(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)提供了進入LAN的連接，可以直接使用現(xiàn)場的數(shù)據(jù)來進行定單管理、客戶服務(wù)、調(diào)度及其它運作。
6. 軟件功能設(shè)計
監(jiān)控軟件基于“客戶機－－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、對稱多處理等。
調(diào)度中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件是整個系統(tǒng)運行的核心。系統(tǒng)在運行中，SCADA服務(wù)器通過通信網(wǎng)絡(luò)實時監(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)燃氣參數(shù)進行直觀顯示外，還具有各種報警功能，直接利用多媒體技術(shù)提示。另外系統(tǒng)還可對各種必要的燃氣參數(shù)進行存儲、統(tǒng)計，產(chǎn)生調(diào)度人員所需的各種統(tǒng)計報表，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)分布圖動態(tài)顯示
在此圖上可以觀看到整個管網(wǎng)上分布的各個站點的主要測點，如：壓力、流量等。當(dāng)出現(xiàn)報警時，報警站點的標(biāo)志會以閃爍的方式提示操作人員該站點狀態(tài)異常，并且可以根據(jù)不同的報警設(shè)置不同的顏色以便區(qū)別開。
B. 工藝流程圖動態(tài)顯示
各站的工藝流程圖實時顯示該站的運行情況，以及運行參數(shù)，包括進、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€測點的測量值不正確的話，將會報警，并且顏色會改變，提示操作員該設(shè)備出現(xiàn)問題。
C. 趨勢畫面動態(tài)顯示
在趨勢畫面中，可以查詢某一個或幾個測點的歷史和實時趨勢圖，歷史趨勢圖的起始時間、時間跨度可任意設(shè)置，曲線的數(shù)目也可增加和刪減，并且可以對趨勢圖進行放大和縮小，線可以對所有曲線進行比較，便于分析管網(wǎng)的運行情況。
D. 歷史數(shù)據(jù)列表顯示
操作員可以對站點的所有測點進行歷史數(shù)據(jù)的查詢，可以按照不同時間段，不同時間跨度等條件進行查詢，并可以保存查詢結(jié)果進行打印，對于分析數(shù)據(jù)有很大的幫助。
E. 報警管理
系統(tǒng)具有報警和報警處理的功能，報警功能對于系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，及時發(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)前報警信息，也可以查詢?nèi)我鈺r間段的的歷史報警信息及事件信息。
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，操作人員可隨時對這些數(shù)據(jù)進行查詢、檢索、統(tǒng)計、制表和繪制曲線。
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括：實時數(shù)據(jù)庫：是IFIX本身的實時數(shù)據(jù)庫，存儲系統(tǒng)所有站點的當(dāng)前實時檢測數(shù)據(jù)。
歷史庫：采用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫，包括數(shù)據(jù)歷史庫和報警歷史庫。
所有實時數(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)計專用的顯示和報表。
7. 系統(tǒng)冗余熱備功能設(shè)計
為了提高系統(tǒng)可靠性，保障系統(tǒng)長時間安全穩(wěn)定地運行，在選用高可靠性設(shè)備的同時，調(diào)度中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計采用多級冗余熱備的設(shè)計模式。
硬件冗余
兩臺實時數(shù)據(jù)服務(wù)器冗余熱備，當(dāng)主要實時數(shù)據(jù)服務(wù)器故障時，備份實時數(shù)據(jù)服務(wù)器將接替主要實時數(shù)據(jù)服務(wù)器完成全部工作
通信前置機分為兩臺。兩臺通信前置機互為熱備，主通信前置機完成與遠程站的通信工作，備用通信前置機實時監(jiān)測主通信前置機工作，當(dāng)主通信處理機故障時，備用通信前置機上升為主要通信前置機，接替通信工作
調(diào)度中心磁盤陣列機采用RAID磁盤冗余陣列
軟件冗余
包括驅(qū)動程序和SCADA軟件的冗余。
驅(qū)動程序的冗余主要是指驅(qū)動程序的熱備方式。本系統(tǒng)采用的MGT OPC Server for iFix，是支持Motorola MOSCAD RTU的OPC I/O驅(qū)動程序， 運行時，主OPC SERVER FOR MGT負責(zé)通過掃描無主RTU，備OPC SERVER FOR MGT并不對RTU發(fā)送掃描命令，只是與主驅(qū)動程序同步接
收RTU上傳的數(shù)據(jù)。同樣數(shù)據(jù)控制輸出由主驅(qū)動程序完成，數(shù)據(jù)控制輸出不會發(fā)送到備驅(qū)動程序，即使發(fā)送到備驅(qū)動程序，也不會被執(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：實時、歷史、報警同步、控制輸出的唯一性等幾個方面。也就是說主SCADA是監(jiān)視和控
