摘　要：針對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)馐聵I(yè)發(fā)展與輸配監(jiān)控業(yè)務(wù)需求，結(jié)合SCADA系統(tǒng)框架，提出了提高燃?xì)廨斉浔O(jiān)控實(shí)時(shí)性的方法。對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)進(jìn)行了研究，對(duì)其監(jiān)控框架與實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析，對(duì)提高實(shí)時(shí)性的方法進(jìn)行了多方面設(shè)計(jì)，并通過(guò)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例驗(yàn)證并總結(jié)了方法的先進(jìn)性、適用性和可推廣性，對(duì)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉洹CADA框架　監(jiān)控系統(tǒng)　實(shí)時(shí)性

Abstract：Aecording to the development of town gas cause and business needs of monitoring on ?gas transnfission and distribution，a new method combined with SCADA frame is proposed to improve real-time performance of monitor system．Through the research，analysis，various design and examples of monitor frame and real-time performance,the advaneed nature，applicability，replieability and prospects of the methods are verified，summarized and looked ahead．

Keywords：Town Gas Transinission and Distriblltion SCADA Frame Monitor System Real-time Performance

隨著城鎮(zhèn)燃?xì)馐聵I(yè)的快速發(fā)展和供氣量的不斷提高，為了保障輸配管網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)得到了高度重視和廣泛應(yīng)用。城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉浔O(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各類(lèi)站場(chǎng)、設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)視控制管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，不僅是安全生產(chǎn)的有力工具，也為優(yōu)化調(diào)度、故障分析、輔助決策提供了科學(xué)手段，使得城鎮(zhèn)燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)、輸配更加科學(xué)化與現(xiàn)代化。實(shí)時(shí)性作為影響輸配監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)支撐能力最為關(guān)鍵的因素之一，一直是研究分析與改進(jìn)創(chuàng)新的熱點(diǎn)。

城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)是指自門(mén)站或人工燃?xì)鈿庠磸S至用戶的全部設(shè)施構(gòu)成的系統(tǒng)，包括門(mén)站或氣源廠壓縮機(jī)站、儲(chǔ)氣設(shè)施、調(diào)壓裝置、輸配管道、計(jì)量裝置等，其中儲(chǔ)氣、調(diào)壓與計(jì)量裝置可單獨(dú)或合并設(shè)置，也可設(shè)在門(mén)站或氣源廠壓縮機(jī)內(nèi)。門(mén)站主要具有過(guò)濾、計(jì)量、調(diào)壓、加臭等功能，有的兼有儲(chǔ)氣功能，儲(chǔ)氣設(shè)施主要包括儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)氣管束或二者兼有。

輸氣管道按功能可分為輸氣干管、配氣干管、配氣支管。輸配管網(wǎng)的壓力級(jí)制按管道設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行劃分，通常包括高中低壓、高中壓、中低壓及單級(jí)中壓系統(tǒng)。對(duì)于天然氣，由于長(zhǎng)輸管道的供氣壓力較高而多采用高中壓或單級(jí)中低壓系統(tǒng)，前者適用于較大城市，其高壓管道可兼作儲(chǔ)氣裝置，擔(dān)負(fù)輸、儲(chǔ)雙重功能；中壓管道負(fù)責(zé)供氣至小區(qū)調(diào)壓裝置(箱)或樓棟調(diào)壓箱，將天然氣由中壓調(diào)至低壓后送入低壓庭院管和室內(nèi)管，也可由中壓管道直接進(jìn)入用戶調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。圖1為包含高(次高)中低壓、高(次高)中壓、中低壓與單級(jí)中壓四種輸配方式的綜合流程示意。

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燃?xì)廨斉浔O(jiān)控系統(tǒng)通常以SCADA為核心框架。SCADA系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控控制系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)、控制器、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備的監(jiān)視與控制，可完成數(shù)據(jù)采集、測(cè)量、信息報(bào)警、設(shè)備控制、參數(shù)調(diào)節(jié)等多項(xiàng)功能，廣泛地應(yīng)用于燃?xì)狻崃?、電力、水?wù)等諸多能源及公用事業(yè)領(lǐng)域。SCADA系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已在系統(tǒng)框架、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)模式、實(shí)現(xiàn)方法等方面形成了一套成熟、完整、先進(jìn)的技術(shù)體系，并具有廣闊的應(yīng)用的景與拓展空間。

SCADA系統(tǒng)是由上位機(jī)(中心站)系統(tǒng)、下位機(jī)(終端站)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)組成的分布式網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)。終端站系統(tǒng)直接作用于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控；中心站系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)界面面對(duì)系統(tǒng)用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的集中及用戶操控指令的下發(fā)；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)SCADA系統(tǒng)各組成部分(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、終端站、中心站等)的組網(wǎng)與互連。

城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉銼CADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架如圖2所示：系統(tǒng)中的各類(lèi)終端站分布于燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的各個(gè)組成部分(氣源、各類(lèi)站場(chǎng)、輸配管網(wǎng)、調(diào)壓裝置、各類(lèi)用戶等)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)本地?cái)?shù)據(jù)采集與監(jiān)控；系統(tǒng)的中心站通常設(shè)置于燃?xì)馄髽I(yè)生產(chǎn)調(diào)度中心，以從終端站實(shí)時(shí)采集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提供統(tǒng)一的信息平臺(tái)滿足企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度管理等各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求；調(diào)度中心與各終端站之間通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控信息遠(yuǎn)傳與交換的承載。

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由上述SCADA框架可見(jiàn)，系統(tǒng)的監(jiān)控架構(gòu)包括自下嚦上的“現(xiàn)場(chǎng)采集層”、“遠(yuǎn)程通信層”和“信息處理層”3個(gè)部分。在現(xiàn)場(chǎng)采集層，主要由分布于輸配系統(tǒng)的各監(jiān)控站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器，以及運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)控制；遠(yuǎn)程通信層主要負(fù)責(zé)調(diào)度監(jiān)控中心與各遠(yuǎn)程監(jiān)控站間的實(shí)時(shí)通信、數(shù)據(jù)交換；信息處理層則主要負(fù)責(zé)完成對(duì)各種輸配監(jiān)控信息的集中、計(jì)算、整合、顯示等綜合處理，以支撐運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心在實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度管理等方面的應(yīng)用。在監(jiān)控流程方面，系統(tǒng)主要包括自下而上的“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”和自上而下的“實(shí)時(shí)控制”兩條主線。從監(jiān)控架構(gòu)與流程(如圖3所示)進(jìn)行分析，系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)性主要取決于各層的性能及其之間的協(xié)同性。

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為提高系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)性，可以基于上述架構(gòu)與流程，從設(shè)施配置、通信網(wǎng)絡(luò)、采集方式等多面著手。

在系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)等階段，需要對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施進(jìn)行合理配置，保證服務(wù)器、工作站、控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等主要硬件設(shè)施的處理能力，以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷能夠滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性方面要求。在軟件方面，通過(guò)選用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控組態(tài)軟件等專(zhuān)業(yè)化產(chǎn)品，以有效地響應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性需求。

近年來(lái)，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)憑借其高速可靠、組網(wǎng)靈活、實(shí)時(shí)在線、按流量計(jì)費(fèi)、由運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及維護(hù)等諸多優(yōu)勢(shì)，迅速地代替了無(wú)線電臺(tái)、自鋪光纖等傳統(tǒng)建網(wǎng)方式，成為燃?xì)廨斉浔O(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)選。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的快速增長(zhǎng)，系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性也得到了有效提升。

4．2．1移動(dòng)通信應(yīng)用模式

在移動(dòng)通信的應(yīng)用架構(gòu)中(如圖4所示)，系統(tǒng)監(jiān)控站配備相應(yīng)的移動(dòng)通信終端，通過(guò)所在區(qū)域的通信基站實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入與數(shù)據(jù)傳輸。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中心將依據(jù)各終端的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，對(duì)匯聚過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，將其路由、傳送到位于用戶監(jiān)控中心的目標(biāo)地址。由此，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控終端向中心的上行通信，下行亦然，從而通過(guò)實(shí)時(shí)雙向通信，可同時(shí)支持系統(tǒng)的采集監(jiān)測(cè)與控制下發(fā)。通過(guò)上述架構(gòu)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可提供“專(zhuān)網(wǎng)”與“公網(wǎng)”兩種業(yè)務(wù)模式，前者為用戶建立專(zhuān)用通道，以有效增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c實(shí)時(shí)性；后者則類(lèi)似手機(jī)上網(wǎng)業(yè)務(wù)，通過(guò)Internet互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?？紤]到實(shí)時(shí)性與安全性，專(zhuān)網(wǎng)模式在燃?xì)廨斉浔O(jiān)控應(yīng)用中占有較大的份額。

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4．2．2 3G互聯(lián)網(wǎng)

移動(dòng)通信的發(fā)展與應(yīng)用歷程如圖5所示。在移動(dòng)通信開(kāi)始支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的2G時(shí)代，主要采用短信的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸；隨著其發(fā)展到2.5G時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TCP／IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式的全面支持，通信速率也發(fā)展到百K級(jí)，GPRS／CDMA網(wǎng)絡(luò)在燃?xì)廨斉浔O(jiān)控領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用與發(fā)展；目前，移動(dòng)通信已邁入3G互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，其通信速率也成倍增長(zhǎng)上升到M級(jí)或l0M級(jí)，在有效提升系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性的同時(shí)，可以通過(guò)支持視頻、語(yǔ)音等多媒體類(lèi)監(jiān)控信息的實(shí)時(shí)傳輸，有效拓展系統(tǒng)監(jiān)控功能。