发布日期：2022/4/8

 一．前言 

　 　现今社会环境质量问题已成为影响民生的重要因素之一，成为影响人民生活幸福感的重要指标。天然气因其相较煤炭、石油等能源而言，具有使用安全、热值高、洁净等优势特点，被称为“清洁能源”，已成为当前重要能源之一。
天然气主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中，也有少量出于煤层。最初开采上来的天然气被称为原料气，通常在原料气中含有硫化氢、二氧化碳、水和其他各种硫化物以及机械杂质。其中硫化氢和二氧化碳都成为酸性气体，在水的存在下能生成酸或者酸性溶液。将会对管道等设备发生腐蚀作用，严重时还会堵塞管道，同时未经净化的天然气泄漏到外界也会对环境造成污染。因此需要对原料气进行净化，使其成分符合最终使用标准。

二．系统概述
目前最终用户是一个以天然气采集、天然气净化输送、天然气精细化工生产为主的生产型企业。拥有10余口天然气井、1家160万立方米/日的天然气净化厂、1座储气站、4座调压站、4座配气站（包括1座门站）和数10公里的天然气传输管网。从数据采集的角度，公司拥有净化厂DCS控制系统3套，另有天然气储气站、CNG加气站PLC数据采集装置，天然气井场、天然气传输管网等。但是这些场站或分厂分布在方圆100余平方公里的丘陵和山区，各自相对独立的运行，单独负责装置的监控和计量工作，个别装置尤其是天然气采气井还没有数字化，不能进行数据采集和传输。现场生产信息的管理还是停留在各自的分厂、场站，数字信息沉淀在现场，不仅各个控制系统之间缺乏有效的信息沟通和综合的信息处理能力，而且无法上传有效的现场信息。公司领导远离工作现场，对现场情况的获取渠道主要是人员汇报、部门报表和现场视察，所获取的信息基本上是“过去时”，不利于对现场工作的管理和公司天然气资源统一调度。因此亟需搭建一整套生产调度与安全监控系统，满足当前信息化和工业化的高层次深度结合的新需求。
本系统以天然气输配管网监控与数据采集（SCADA）系统为核心，主要监控天然气净化厂的实时数据和生产工艺，采用流行可靠的计算机网络构成的二级式分布式控制系统。调度中心为系统控制管理级，负责数据的处理和监控，分布于输配管网的远程RTU为系统过程控制级，负责现场数据采集和设备控制，二级系统通过有线网络和无线网络有机的结合在一起构成一个完整的数据采集和监控（SCADA）系统和生产调度系统。生产调度系统的任务是保证天然气输配管网安全、可靠、平稳、高效、经济地运行。

三．系统架构 
天然气净化厂生产输配调度系统是以现场仪表、力控ForceControl系列监控组态软件、力控pSpace实时历史数据库、SQL Server关系数据库、以及RTU模块为核心并采用以太网交换机、路由器、防火墙等现代网络设备构成的一个分布式计算机数据采集与监控网络。图1所示为系统架构示意图。

图1  系统架构示意图

系统通过调度中心集中监视和控制天然气输配管网的运行、管理与维护。在每个站点的本地实现实际流程控制和设备保护功能，并可从调度中心和场站进行监控。

3.1调度中心
调度中心提供系统的全部功能，实现在调度中心通过计算机系统远程监控天然气净化厂、场站、天然气输配管网的运行情况。配备冗余配置的企业级实时数据库pSpace Server做为SCADA实时服务器负责处理、存储、管理从净化厂、场站、输配管网各远程站点传送来的实时数据，同时又为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。双机冗余架构使得数据可实时实现备份增加了系统的安全稳定性。历史数据经压缩处理后存放在pSpace Server历史库中，也可以通过ODBCRouter写入关系型数据库SQL Server 中。同时配备SCADA服务器运行通信管理软件，可完成与各远程站点的通信链接、协议转换、网络管理等任务。另外单独配备WEB服务器专门用于网络发布，即可实现广域网远程客户浏览，又避免系统数据直接遭到网络黑客、病毒攻击所带来的安全隐患。

　 　为了便于工作人员实时了解现场情况，调度中心配备工程师站以及操作员站，实时显示现场工艺画面，并且可直接接到控制中心大屏幕予以显示。调度中心采用冗余的10/100Mbps 快速交换式以太网网络。网络基于客户机/服务器模式构建，网络通讯协议为TCP/IP，通讯介质为5类双绞线。系统的各项任务按功能划分分别运行在网络中不同的服务器中（SCADA服务器、数据库服务器、Web服务器等），其它客户机（操作员工作站、工程师工作站、管理员工作站等）通过网络共享服务器资源。基于这种框架的系统网络可合理利用网络资源，减轻了单台服务器的工作和通讯负荷，同时也可避免由于单台服务器的故障而导致的系统瘫痪问题，保证系统上层网络高速稳定运行。

3.2远程监控站
净化厂、配气站（含门站）、储备站、场站等为本系统的远程监控站，装有独立的控制装置采集现场仪表信号，远程站点接受中心下达的指令和向中心传递信息；同时它们也是一个相对独立的控制站，配备有力控就地监控系统平台，在本地配备工作站或显示终端，具有就地控制显示功能。对于已经建设流量计算机的配气站，暂时以流量计算机作为RTU功能，通过TCP/IP等通讯方式将现场数据传送给调度中心。
针对地理位置较为偏僻的远程监控站，采用GPRS无线方式进行数据传输，此种方式无需专门架设通信线路，轻松实现数据上传与下置。

四． 系统功能 
整套系统对集团公司整个天然气输配管网、场站、净化厂的生产运行进行调度并对工艺对象进行数据采集及工艺过程和重要设备的控制，同时实现管网设备运行优化、制定输送计划、计量管理等一系列任务。调度中心的操作人员通过计算机系统的操作员工作站所提供的各场站工艺过程的压力、温度、流量、液位信号及设备运行状态等信息，完成对整个输配管网的运行监控和调度管理。系统具有灵活、易于学习和操作的人机界面，开放型的历史数据库和实时数据库系统，使其在投产之后提供给用户一个良好的开发和使用环境，其主要功能如下：
●实时数据的采集、归档、管理以及趋势显示及工艺流程的动态显示。包括现场温度、压力、压差、容积、液位PID调节参数及给定值的设定；球罐区的监控数据，管网输配运行数据等；并且所有工艺流程均可动态显示。

●各个场站监控平台均可执行SCADA系统控制中心发送的调度和操作指令，并向调度中心发送带时间标签的实时数据，从而保证数据的同步性。
●现场可燃气体的监测和报警显示、管理以及事件的追忆、查询、打印。同时具备事件记录功能，管理人员可随时了解系统运行状况，根据事件记录将事件责任落实到具体操作过程或者设备故障等。

 
●系统具备历史数据的管理、存贮功能，根据不同需求生成生产报表，并且实现查询打印功能,可实时显示数据实时趋势曲线和历史曲线。
●系统结合先进的控制策略具备天然气流量计算、输配优化调度管理功能，并且可实现与企业信息管理系统ERP、MIS等系统对接，实现数据交互。
●系统遵循严格的用户控制权限管理体制，具备网络监视及管理功能，针对不同级别的操作人员设定不同的权限，实现安全可靠管理。
●分布式架构设计可以实现通信监视及管理和主备信道的无扰切换，具备系统自诊断和故障分析处理能力。遇有紧急情况可自动紧急切断故障源，对系统起到安全保护作用。
●高效的网络配置可实现与上级计算机网络的通信及数据共享，良好的开放性为日后的系统扩容预留了足够的接口。

五．结语 
本系统利用现代网络通讯技术，将地理位置分散的门站、加气站、调压/计量站有机的结合起来，实现公司在生产过程监控、统一调度指挥、安全系统的集中管理，在消除信息孤岛的同时也为领导决策，安全运行与联合调度提供可靠的实时数据。从而更好的提升公司在运营自动化、管理现代化的水平。