摘　要：針對城鎮(zhèn)燃氣事業(yè)發(fā)展與輸配監(jiān)控業(yè)務需求，結(jié)合SCADA系統(tǒng)框架，提出了提高燃氣輸配監(jiān)控實時性的方法。對城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)進行了研究，對其監(jiān)控框架與實時性進行了分析，對提高實時性的方法進行了多方面設計，并通過應用系統(tǒng)實例驗證并總結(jié)了方法的先進性、適用性和可推廣性，對應用前景進行了展望。

關鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣輸配　SCADA框架　監(jiān)控系統(tǒng)　實時性

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)燃氣事業(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)濟運行，調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)得到了高度重視和廣泛應用。城鎮(zhèn)燃氣輸配監(jiān)控系統(tǒng)負責實時采集各類站場、設備的運行參數(shù)，監(jiān)視控制管網(wǎng)運行狀態(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手段，使得城鎮(zhèn)燃氣運營、輸配更加科學化與現(xiàn)代化。實時性作為影響輸配監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務支撐能力最為關鍵的因素之一，一直是研究分析與改進創(chuàng)新的熱點。

城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)是指自門站或人工燃氣氣源廠至用戶的全部設施構(gòu)成的系統(tǒng)，包括門站或氣源廠壓縮機站、儲氣設施、調(diào)壓裝置、輸配管道、計量裝置等，其中儲氣、調(diào)壓與計量裝置可單獨或合并設置，也可設在門站或氣源廠壓縮機內(nèi)。門站主要具有過濾、計量、調(diào)壓、加臭等功能，有的兼有儲氣功能，儲氣設施主要包括儲氣罐、儲氣管束或二者兼有。

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)的壓力級制按管道設計壓力進行劃分，通常包括高中低壓、高中壓、中低壓及單級中壓系統(tǒng)。對于天然氣，由于長輸管道的供氣壓力較高而多采用高中壓或單級中低壓系統(tǒng)，前者適用于較大城市，其高壓管道可兼作儲氣裝置，擔負輸、儲雙重功能；中壓管道負責供氣至小區(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入用戶調(diào)壓器實現(xiàn)調(diào)壓。圖1為包含高(次高)中低壓、高(次高)中壓、中低壓與單級中壓四種輸配方式的綜合流程示意。

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燃氣輸配監(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)，是以計算機、控制器、傳感器、通信網(wǎng)絡等為基礎的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場運行設備的監(jiān)視與控制，可完成數(shù)據(jù)采集、測量、信息報警、設備控制、參數(shù)調(diào)節(jié)等多項功能，廣泛地應用于燃氣、熱力、電力、水務等諸多能源及公用事業(yè)領域。SCADA系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已在系統(tǒng)框架、技術標準、設計模式、實現(xiàn)方法等方面形成了一套成熟、完整、先進的技術體系，并具有廣闊的應用的景與拓展空間。

SCADA系統(tǒng)是由上位機(中心站)系統(tǒng)、下位機(終端站)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)組成的分布式網(wǎng)絡化監(jiān)控系統(tǒng)。終端站系統(tǒng)直接作用于現(xiàn)場運行設備，實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集與監(jiān)控；中心站系統(tǒng)通過人機界面面對系統(tǒng)用戶，實現(xiàn)對終端站監(jiān)控數(shù)據(jù)的集中及用戶操控指令的下發(fā)；監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)對SCADA系統(tǒng)各組成部分(現(xiàn)場設備、終端站、中心站等)的組網(wǎng)與互連。

城鎮(zhèn)燃氣輸配SCADA系統(tǒng)的基礎框架如圖2所示：系統(tǒng)中的各類終端站分布于燃氣輸配系統(tǒng)的各個組成部分(氣源、各類站場、輸配管網(wǎng)、調(diào)壓裝置、各類用戶等)，實現(xiàn)實時本地數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控；系統(tǒng)的中心站通常設置于燃氣企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度中心，以從終端站實時采集到的監(jiān)控數(shù)據(jù)為基礎，提供統(tǒng)一的信息平臺滿足企業(yè)實時監(jiān)控、調(diào)度管理等各項業(yè)務需求；調(diào)度中心與各終端站之間通過遠程監(jiān)控網(wǎng)絡進行互連，實現(xiàn)對監(jiān)控信息遠傳與交換的承載。

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由上述SCADA框架可見，系統(tǒng)的監(jiān)控架構(gòu)包括自下嚦上的“現(xiàn)場采集層”、“遠程通信層”和“信息處理層”3個部分。在現(xiàn)場采集層，主要由分布于輸配系統(tǒng)的各監(jiān)控站對現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行器，以及運行設備進行實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測控制；遠程通信層主要負責調(diào)度監(jiān)控中心與各遠程監(jiān)控站間的實時通信、數(shù)據(jù)交換；信息處理層則主要負責完成對各種輸配監(jiān)控信息的集中、計算、整合、顯示等綜合處理，以支撐運營調(diào)度中心在實時監(jiān)控、調(diào)度管理等方面的應用。在監(jiān)控流程方面，系統(tǒng)主要包括自下而上的“實時監(jiān)測”和自上而下的“實時控制”兩條主線。從監(jiān)控架構(gòu)與流程(如圖3所示)進行分析，系統(tǒng)的監(jiān)控實時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)控實時性，可以基于上述架構(gòu)與流程，從設施配置、通信網(wǎng)絡、采集方式等多面著手。

在系統(tǒng)規(guī)劃、設計等階段，需要對系統(tǒng)的軟硬件設施進行合理配置，保證服務器、工作站、控制器、網(wǎng)絡設施等主要硬件設施的處理能力，以及網(wǎng)絡負荷能夠滿足系統(tǒng)實時性方面要求。在軟件方面，通過選用實時數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控組態(tài)軟件等專業(yè)化產(chǎn)品，以有效地響應系統(tǒng)實時性需求。

近年來，隨著移動通信技術的快速發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡憑借其高速可靠、組網(wǎng)靈活、實時在線、按流量計費、由運營商負責網(wǎng)絡建設及維護等諸多優(yōu)勢，迅速地代替了無線電臺、自鋪光纖等傳統(tǒng)建網(wǎng)方式，成為燃氣輸配監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)選。隨著移動通信網(wǎng)絡傳輸速度的快速增長，系統(tǒng)監(jiān)控實時性也得到了有效提升。

4．2．1移動通信應用模式

在移動通信的應用架構(gòu)中(如圖4所示)，系統(tǒng)監(jiān)控站配備相應的移動通信終端，通過所在區(qū)域的通信基站實現(xiàn)對網(wǎng)絡的無線接入與數(shù)據(jù)傳輸。移動網(wǎng)絡業(yè)務中心將依據(jù)各終端的網(wǎng)絡配置參數(shù)，對匯聚過來的數(shù)據(jù)進行集中處理，將其路由、傳送到位于用戶監(jiān)控中心的目標地址。由此，實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控終端向中心的上行通信，下行亦然，從而通過實時雙向通信，可同時支持系統(tǒng)的采集監(jiān)測與控制下發(fā)。通過上述架構(gòu)，移動網(wǎng)絡運營商可提供“專網(wǎng)”與“公網(wǎng)”兩種業(yè)務模式，前者為用戶建立專用通道，以有效增強系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c實時性；后者則類似手機上網(wǎng)業(yè)務，通過Internet互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。考慮到實時性與安全性，專網(wǎng)模式在燃氣輸配監(jiān)控應用中占有較大的份額。

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4．2．2 3G互聯(lián)網(wǎng)

移動通信的發(fā)展與應用歷程如圖5所示。在移動通信開始支持數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務的2G時代，主要采用短信的方式實現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸；隨著其發(fā)展到2.5G時代，實現(xiàn)了對TCP／IP協(xié)議標準以及互聯(lián)網(wǎng)應用模式的全面支持，通信速率也發(fā)展到百K級，GPRS／CDMA網(wǎng)絡在燃氣輸配監(jiān)控領域得到了非常廣泛的應用與發(fā)展；目前，移動通信已邁入3G互聯(lián)網(wǎng)時代，其通信速率也成倍增長上升到M級或l0M級，在有效提升系統(tǒng)監(jiān)控實時性的同時，可以通過支持視頻、語音等多媒體類監(jiān)控信息的實時傳輸，有效拓展系統(tǒng)監(jiān)控功能。