计算机信息管理在天然气中的应用

1一、简介SCADA系统（一）SCADA系统说明SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。（二）SCADA系统发展历程SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了三代。第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统。这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制（AGC）以及网络分析结合到一起构成了EMS系统（能量管理系统）。第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经诞生。该系统的主要特征是采用Internet技术、2面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等。这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没。（三）SCADA体系结构1.硬件结构通常SCADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理和运算。而客户用于人机交互，如用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门进行操作。近年来又出现一个层面，通过Web发布在Internet上进行监控，可以认为这是一种“超远程客户”。硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接，也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232)，总线方式可以是RS485，以太网等连接方式。2.软件体系结构SCADA由很多任务组成，每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集，数据处理（如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等）典型的SCADA硬件配置。服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器，如报警服务器，记录服务器，历史服务器，登录服务器等。各服务器逻辑上作为统一整体，但物理上可能放置在不同的机器上。分类划分的好处是可以将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作，缺点是效率低，局部故障可能影响整个系统。3.通信SCADA系统中的通信分为内部通信、与I/O设备通信、和外界通信。客户与服务器间以及服务器与服务器间一般有三种通信形式，请求式，订阅式与广播式。设备驱动程序与I/O设备通讯一般采用请求式，大多数设备都支持这种通讯方式，当然也有的设备支持主动发送方式。SCADA通过多种方式与外界通信。SCADA通讯结构如OPC，一般都会提供OPC客户端，用来与设备厂家提供的OPC服务器进行通讯。因为OPC有微软内定的标准，所以OPC客户端无需修改就可以与各家提供的OPC服务器进行通讯。二、天然气SCADA简介1、SCADA（ScanControlAlarmDatabase）系统既数据监控与采集系统。SCADA系统是天然气集、输、供、管计算机化、自动化的标志，是城市天然气管理网络化、自动化、信息化的基础，是城市天然气合理利用、可视调度、有效管理的科技手段，它为生产调度及时、准确、可靠的提供管网运行工况数据，降低劳动强度、提高管理效益、使整个供气生产管理过程可视化、规范化、自动化、信息化。各储配气罐站、各高压管线等设施的供气压力、温度、流量等工艺参数。2、GIS（GeographicInformationSystem）系统既地理信息系统，其工作原理是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织3而成的使用工具，对地理信息进行高效的存储、更新、操作、分析及显示的集成，其特点是实时性、实效性、准确性。系统在日常管网维护、停气抢修、计划作业中提供大地坐标、管线日期、管径尺寸、保护等级等数据信息。3、GPS（GlobalPositiongSystem）系统既车辆卫星定位抢修系统，该系统利用卫星导航系统功能将公司抢修车定位导航，通过调度指令指示距事故最近的抢修车辆最快到达事发现场，实现及时、准确处理各种天然气管网事故，减小设备损坏和气损量。三、国内天然气行业SCADA系统发展现状随着西气东输一线、二线以及其他国家级天然气输配管网的建设，国内各主要天然气企业如北京、天津、上海、重庆、武汉、河北等城市都在有计划地推进或完成了天然气门站及城市管网的关键数据采集及监控系统，建立了整个天然气管网和用户的生产调度指挥系统，实现数字化、信息化的可靠的SCADA系统在城市天然气门站输配中的应用城市天然气SCADA系统。同时，各种智能化、自动化天然气设备也逐步完善起来，如超声波流量计及配套的流量计算机，可以将现场压力、温度等参数采集和补偿，同时兼容色谱分析仪，有效的动态的对天然气组态进行分析，确保天然气贸易计量中的精确度，这些设备都与PLC共用相同的接口协议，数据可以同步的传到城市门站监控设备中，为天然气输配调峰和限流提供有效的参考。还有其他更多的兼容设备，良好的融合到SCADA系统中来，使得SCADA系统在实际应用中可以达到各种资源的最优化组合。四、天然气计算机网络信息资源的含义关于我们对天然气计算机网络信息资源的理解，归纳起来主要有两种：一是侠义的理解，认为天然气计算机信息资源就是指天然气文献资源或者天然气数据资源，或者天然气各种媒介和形式的信息的集合，包括天然气各种文字，声像，印刷品，电子信息，人力资源信息，天然气设备，人员管理，数据库等等，这都是限于信息的本身。而广义的理解是，认为天然气信息资源是信息活动中各种要素的总称，这既包含恶劣信息本身，也包含了信息相关的天然气人员，天然气设备，天然气技术和天然气参数等等各种资源。随着互联网发展进程的加快，信息资源网络化成为一大潮流，与传统的计算机网络资源相比，天然气计算机网络信息资源在数量，结构，分布和传播的范围，载体形态，内涵传递手段，等方面都显示出新的特点。这些新的特点赋予了天然气网络信息资源管理新的内涵。五、天然气计算机网络信息资源的特点（一）存储数字化天然气传统信息资源由纸张上的文字变为磁性介质上的电磁信号或者光介质上的光信息，是信息的存储和传递，查询更加方便，而且所存储的信息密度高，容量大，可以无损耗地被重复使用。以数字化形式存在地信息，既可以在计算机内高速处理，又可以通过信息网络进行远距离传送。（二）表现形式多样化天然气传统信息资源主要是以文字活数字形式表现出来的信息。而天然气计算机网络信息资源则可以是文本，图像，音频，视频，软件，数据库等多种形式存在的，涉及领域和行业广泛.4（三）以网络为传播媒介天然气传统的信息资源存储载体为纸张，磁带，磁盘，而天然气计算机网络信息资源的存在是以网络为载体，以虚拟化的姿势状态展示的，人们得到的是网络上的信息，而不必过问信息是存储在磁盘上还是磁带上的，体现了医院计算机网络资源的社会性和共享性。六、计算机技术在天然气计算机网络信息发展趋势天然气体制改革的不断深化，为保证天然气安全、稳定供气，天然气计算机网络信息系统采用成熟的计算机技术，为了满足天然气运行和市场运营的要求，各级计算机网络不仅要配备自动化（SCADA/EMS）外，还要有自动化系统，点能量计量系统、生产管理系统、天然气压力流量管理系统等，所有这些系统都将以计算机技术为基础。七、天然气计算机网络信息资源构架天然气计算机网络信息资源架构可初步设计为5个层次：感知层、通信层、数据层、决策分析层、执行层。1、感知层：要对城市天然气供应系统上的各种设备、管道、人员调配等全面、及时地实施监控，需要借助各种感知设备，如各种智能传感器、GPS等获取有用信息，这些设备构成了智能天然气网的感知层。2、通信层：主要用于感知数据的传输，为了不重复建设，可最大限度地整合现有网络条件，如专网、无线宽带网、移动通信网、政务网、物联数据网、因特网等通信方式。3、数据层：基于计算机计算、计算机存储计算机技术设计，实现分散资源的集中管理以及集中资源的分散服务，支撑高效海量数据的存储与处理。数据层包括GIS库、实时库、资产库、生产库等基础库。该层实现各类感知资源的规范接人、整合、交换与存储，实现各类感知设备的基础信息管理，实现感知信息资源目录发布，实现感知设备证书发布与认证，为感知设备的分建共享提供全面支撑服务。4、决策分析层：基于丰富的数据资源，依据强大的计算能力(依托计算机计算平台)，将数据库与算法库、模拟库、知识库紧密结合在一起，构建一个功能丰富的决策分析服务平台。该层包含一个面向主题分析的数据库，实现决策分析的相关数据挖掘，以及对分析结果的多维报表展示、运营指令展示、分析图形展示等内容。5、执行层：主要包括各部门实际使用的各种业务软件及硬件。运行执行层的软件，可通过调用决策分析层提供的通用接口，设计出符合实际运行使用的业务软件，例如智能调压器的安全自检软件及压力预设处理软件；执行层的硬件则指各种自动控制执行系统和装置。运行执行层的用户可分为3类：厂站执行人员、相关技术人员、领导决策人员。厂站执行人员可以实时查看前端感知信息，并对设备进行控制；相关技术人员可以使用平台提供的各种程序的服务接口和各设备的运行状态，保证管网的正常运行；领导决策人员通过系统智能分析的协助，对人员和资源进行指挥调度。5八、天然气计算机网络信息计算机网络的实际应用分类1、天然气计算机网络信息自动化系统的SCADA功能应用从设计开发、运行维护以及满足生产运行需要的实际应用，在保证天然气计算机网络信息SCADA基本功能稳定可靠运行的基础上，借鉴以往的经验和充分使用远程信息资源，重点对实时信息进行科学的加工处理，提供方便灵活的维护手段。解决了在