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       城市燃氣管網數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。在燃氣管線的應用上，它主要監(jiān)控的設備有壓力變送器、溫度變送器、切斷閥、流量計、電動閥等。

針對燃氣管網監(jiān)控的實際情況，采用數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)管網的分布式監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)由位于操作室或調度室的中心站計算機和位于各關鍵點現(xiàn)場監(jiān)控對象附近的遠程終端單元(RTU)組成，計算機與各RTU之間通過數(shù)字通信網絡連接。RTU作為SCADA系統(tǒng)的關鍵設備、安裝在現(xiàn)場的遠程終端單元，能對現(xiàn)場各種信號進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理和控制輸出。

閥室及市區(qū)中壓管網壓力監(jiān)測點主要監(jiān)控的數(shù)據(jù)是：中壓壓力值、站點通訊狀態(tài)、站點電量值。

門站、高中壓調壓站及公建用戶監(jiān)控的數(shù)據(jù)：高中壓的壓力值、流量計的數(shù)值(標況瞬時流量、標況體積總累等)、濃度、差壓及溫度及安防信號。

二、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)終端應用

終端為基本監(jiān)測站點層，即56個現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端，其主要任務是采集所在門站、調壓站或中壓點的實時工況數(shù)據(jù)，進行現(xiàn)場處理，并通過遠程通訊網絡向上轉發(fā)站點工況數(shù)據(jù)，接受調度端的遠程指令。

在城市燃氣管線中，遠程終端監(jiān)控采用Kingfisher Serials II RTU系列的產品。每個遠程監(jiān)控站由測量儀表、測量控制單元RTU、避雷器、UPS及通信設備等組成。RTU和現(xiàn)場的儀表及控制設備相連，實時采集所需要的各工藝參數(shù)，如燃氣的壓力、溫度、流量、泄漏濃度、閥門工作狀態(tài)等等。

以某工業(yè)用戶為例，需要采集的是其調壓橇內各個數(shù)據(jù)，見表2-1

 

 

其中壓力、差壓、泄漏濃度屬于AI量，閥位全開、市電屬于DI量，關進口電磁閥屬于DO量，瞬時流量和累計流量屬于通信數(shù)據(jù)(采集于流量計)。

見表2-2

2.3.1 AI數(shù)據(jù)

壓力、差壓、泄漏濃度均以4-20mA的信號輸出，其儀表的信號輸出端接入至橇內防爆接線盒，以點對點的方式從防爆接線盒內接入至自控箱。自控箱對其信號進行采集，每個控制回路按PI正比控制，寄存器數(shù)據(jù)范圍0-32760.

2.3.2 DI數(shù)據(jù)

閥位全開無源觸點方式。信號接法同AI。閥位信號接至控制箱DI端。市電信號為220v強電，不可直接接入信號，通過繼電器轉換成弱電信號，再接至DI端。

2.3.3 DO數(shù)據(jù)

DO量是從上位下達控制信息，實現(xiàn)遠程控制現(xiàn)場儀表。一般根據(jù)現(xiàn)場儀表的特性，量身定制其輸出信號。表中信號給予5秒24v電壓信號即可實現(xiàn)控制。

2.3.4 通信數(shù)據(jù)

主要采集的是流量計上的數(shù)據(jù)，其實質即采集其它RTU的數(shù)據(jù)。它需要特定的通信方式與通信協(xié)議。一般采用232的接口，然后轉換成485信號接至RTU的通訊口。當RTU接收到數(shù)據(jù)后要分析其數(shù)據(jù)格式，將計算結果存儲至寄存器中。

城市燃氣數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)調度主站采用以群集服務器為核心的Client/Server的方式。

整個調度端由兩臺工作內容并行的服務器為中心，數(shù)據(jù)倉庫建立在海量的磁盤陣列中，通過磁盤控制器，形成完整的高性能群集服務器結構。同時，通過防火墻和交換機組成調度中心局部網絡，網絡上可根據(jù)用戶需要掛接承擔不同任務的工作站，這種局部網絡的形式結構具有相當優(yōu)越的特性和擴展能力。

鑒于供氣調度室為整個輸配生產系統(tǒng)提供信息服務的重要性，系統(tǒng)對調度室的主要硬件配置進行了系統(tǒng)的規(guī)劃：

1、配置2臺監(jiān)控工作站，集中用于管網實時監(jiān)測，并可同時多畫面對輸配生產的運行工況進行實時監(jiān)視和跟蹤，多計算機配置也加強了系統(tǒng)的冗余性能。同時，配置了調度管理工作站和統(tǒng)計查詢工作站，以強化供氣調度管理的功能。

2、信息服務器采用雙服務器加磁盤陣列柜的配置，系統(tǒng)運行證明該配置可有效的保證系統(tǒng)信息的安全。

3、配置性能指標較高的UPS，該UPS具有100%在線、維護方便、元件和電池可熱更換，可為中心調度室提供高品質電源。

4、選用logicaCMG公司的mosaic桌面平臺軟件。該平臺軟件將實時數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，及通訊結構集成于一體。

本著系統(tǒng)先進、可靠的原則，結合國際上和我國國內的軟件應用狀況和發(fā)展潮流，系統(tǒng)調度平臺的操作系統(tǒng)選用Microsoft Windows XP Professional(中文版)。Windows XP Professional是基于NT Server構架的工業(yè)級操作系統(tǒng)，在國內居于主導地位，該系列操作系統(tǒng)已被證實是強壯的，具有很高的運行可靠性和數(shù)據(jù)安全性，是具有代表性的主流操作系統(tǒng)。Windows XP Professional 其內核雖然建立在NT Server的構架之上，但在可靠性和安全性上有了更進一步的改進，是當前最先進的操作系統(tǒng)之一。

1. 其圖形界面采用矢量圖方式。同CAD一樣，可以在同一個界面里無限放大縮小，便于監(jiān)控。

2. 提供了容錯的機制，當系統(tǒng)的某一進程發(fā)生故障時，MOSAIC將分配進程到系統(tǒng)網絡中的其它部分。

3. 自身含有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并附有數(shù)據(jù)庫管理工具，可用DQL語言查詢內部數(shù)據(jù)。

4. 歷史、通信、事件具有各自獨立的進程。當其中的某一功能發(fā)生故障可直接重啟進程實現(xiàn)故障修復。

5. 數(shù)據(jù)存儲以各自的文件形式保存。圖形數(shù)據(jù)同歷史數(shù)據(jù)相互獨立。

 

MOSAIC系統(tǒng)應用客戶/服務器概念(見圖3-1)：服務器是一個進程，可以對數(shù)據(jù)庫進行某些改變。

 

服務器擁有自己的、對部分數(shù)據(jù)庫的管轄權。客戶向服務器發(fā)請求對數(shù)據(jù)庫進行某些改變。內部進程的通訊：內部進程通訊由應用調用提供的。內部進程通訊使用TCP/IP標準客戶直接銷服務器請求，服務器以事件方式廣播對數(shù)據(jù)庫的改變。在不同機器上的數(shù)據(jù)庫是通過網絡實時同步的。

1、提供管網監(jiān)測界面，實時刷新各站點的工況信息；

2、儲配站監(jiān)測管理及數(shù)據(jù)查詢；

3、流量站計量監(jiān)測及數(shù)據(jù)查詢；

4、管網操作事件的記錄和查詢；

5、報警事件的處理、告示和記錄；

6、管網實時信息的存儲、統(tǒng)計、分析，建立管網站點信息實時數(shù)據(jù)庫；

7、各站點的信息管理；

                              城市燃氣管網數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)月報表

城市燃氣管網數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)年報表

 

城市燃氣管網數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)報警畫面

城市燃氣管網數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計畫面

城市燃氣管網數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計功能

 

在數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)中，實時調度網的通信技術性能是全面衡量整個系統(tǒng)技術經濟指標的重要內容，實時工業(yè)網絡的通信技術性能包括通信拓撲結構、網絡規(guī)劃、網絡規(guī)約等。根據(jù)寧波燃氣供氣輸配調度的管網區(qū)域規(guī)模和監(jiān)測站點數(shù)量規(guī)模，以及實際調度管理和信息管理情況，本系統(tǒng)采用了多種類型的通訊方式，并對不同的通訊方式進行整合，使得所有調度監(jiān)測數(shù)據(jù)都可以透明地傳送到供氣調度室，而與采用什么樣的通訊手段無關。

SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系)是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網絡。它可實現(xiàn)網絡有效管理、實時業(yè)務監(jiān)控、動態(tài)網絡維護、不同廠商設備間的互通等多項功能，能大大提高網絡資源利用率、降低管理及維護費用、實現(xiàn)靈活可靠和高效的網絡運行與維護。

在本系統(tǒng)中SDH承擔了重要數(shù)據(jù)，大容量數(shù)據(jù)的傳輸任務。由于數(shù)據(jù)是通過光纖，以點對點的方式進行傳輸，數(shù)據(jù)的真實性、實時性得到了最大限度的保障。

 CDMA是擴頻通信的一種，他具有擴頻通信的以下特點：

(1)抗干擾能力強。這是擴頻通信的基本特點，是所有通信方式無法比擬的。

(2)寬帶傳輸，抗衰落能力強。

(3)由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘柕墓β时雀蓴_信號的功率低得多，因此信號好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號隱蔽。

(4)利用擴頻碼的相關性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強。

(5)多個用戶同時接收，同時發(fā)送.

在對于采用GSM和CDMA的選擇中，通過測試我們選擇了CDMA的通訊方式。這種通訊方式一般應用在小數(shù)據(jù)量的傳輸中，特別適用于距離監(jiān)控中心比較遠，而周圍環(huán)境不利于有線傳輸?shù)那闆r下。

考慮到管網監(jiān)測的通訊成本，本系統(tǒng)對CDMA的運行經濟性作了進一步的探究。由于無線傳輸采用按信息流量計費的方式進行結算，為此，本系統(tǒng)凡是用無線方式進行通訊的，都采用主站輪詢的方式，即中心向各個站點發(fā)送需要數(shù)據(jù)的要求，個站點才會上報的方式。又考慮到數(shù)據(jù)的實時性，中心設定每30秒向下發(fā)送數(shù)據(jù)一次。而各個站點的流量又采用包月的方式，這樣既保證了實時性，又保證了經濟性。

通過實踐，數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)已經很好的應用于城市燃氣管網中。充分利用管網的數(shù)據(jù)信息，可以監(jiān)測管網的實時運行狀態(tài)，對管網運行工況進行仿真和評估，生成調度策略和緊急搶修策略，保障燃氣管網安全、連續(xù)、穩(wěn)定、運行，提高燃氣企業(yè)管理水平和運營經濟效益。