毕业设计开题报告-SCADA系统在天然气输送中的应用答辩稿

毕业设计(论文)开题报告题目名称： SCADA 系统在天然气输送中的应用 学生姓名： 系 /专 业 ： 班 级：指导教师：2011 年 05 月 16 日2毕 业 设 计（论文）开 题 报 告1.本课题的背景及意义随着城市现代化建设的发展,城市燃气管网的规模逐步扩大,用户的种类、数量不断增加,传统的人工调度管理方法已不适应于现代化、大规模的生产和管理的要求。为了加快科技进步,保证燃气安全生产、合理分配、优化调度、使决策者能够及时掌握当前管网运行情况,燃气管网优化设计等,自动化应用到天然气的输送中将提高其效率及降低工作难度，以及便于远程控制。SCADA 是 Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的缩写，是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。了解生产情况是实施科学生产的基础，如果生产过程分布很近，可以采用就近控制的办法，就地接线，就地监视，就地控制，对于复杂的过程生产采用 DCS 系统控制的比较多，也有采用 PLC 的或者专业控制器。而对于生产各个环节分布距离非常远的，比如几公里，几十公里，几百公里甚至几千公里的，如变电站，天然气管线，油田，自来水管网，随着技术的发展，人们慢慢发展出远程采集监视控制系统，称为 SCADA 系统。由于我们实习得项目正好与此次得内容相符，研究这个可以增加我们对理论知识的掌握，为以后工作打下良好的基础。我此次主要讲的是顾山得天然气得一个场站。站设有站控中心 SCS，主要完成顾山站的日常生产控制和计量，同时实时检测站场内的各点压力、温度、流量等。设备主要包括本地 SCS 工作站交换机、路由器和相应的 DDN、PSTN 设备。32本课题的基本内容及关键问题基本内容：1. SCADA 的主站系统随着计算机系统的发展，特别是 PC 机的发展，PC 机和 PC 机上运行的操作系统在扮演着越来越重要的角色庞大的主站系统一般包括如下内容：通讯前置系统，主要负责解析各种不同的规约，完成通讯接口数据处理，包括数据转发。包括前置计算机，串口池或者 MODEM 池，机架，防雷措施和网络接口。实时数据库系统，主要包括运行实时数据库的服务器。工程师工作站，负责系统的组态、画面制作和系统的各种维护。生产调度工作站，是监控系统的主要用户，显示画面，画面浏览，实现各种报警等。各种监控工作站，主要用于特别庞大的系统，几个人已经无法监控的情况，这时会根据需要，设立各种的监控工作站，每个工作站有人员工作。历史数据库服务器，是 SCADA 系统保存历史数据的服务器。WEB 服务器，是现在 SCADA 主站系统的一个流行趋势，只要用户装有浏览器软件，得到相应的授权，就可以访问相应的他关心的数据。上层应用工作站，主要用于实时数据和历史数据的挖掘工作。在电力系统比如潮流分析，负荷预测，事故追忆，电网稳定性分析，能量管理 等等。在自来水行业包括管网压力损耗分析，管网经济性分析，管网漏失分析等。在采油工程上，包括示功图显示，示功图分析，泵况分析，功图计产等等。2. SCADA 的通讯系统SCADA 通讯系统是最丰富多彩的，有很多通讯方式是很多人都没有听说过的。一般分类大体可以分为两类，有线和无线，但是随着通讯技术的发展，基于各种网络的通讯方式也发展很快，这种通讯方式很难归结到有线或者无线的范畴，所以也单独作为一类。有线方式比较多：音频电缆，架空明线，载波电缆，同轴电缆，光纤，电力载波等。在有线上传输大体分为基带传输和调制传输，基带传输是在介质上传输的是数字信号，可能也要经过信号变化。调制解调传输要经过模拟数字变换的传输。很多介质既可以作为基带传输也可以作为调制传输。无线方式主要包括: 电台、微波、卫星、光线、声波等手段。网络方式是通讯系统架构在一个计算机网络之上，比如帧中继，ATM.，IP 网，这种通讯方式可能是有线的也可能是无线的，甚至多次跨越无线和有线。其性能也明显区分于有线和无线系统。比如不用考虑误码，不用考虑报文的大小，不考虑系统的拓扑结构，但是网络的时延可能比较大。通过 GPRS 网络或者 CDMA 传输 SCADA 系统数据就是典型的4例子。3. SCADA 的远方终端单元 SCADA 系统远程终端单元有一个专门的词汇 RTU。现在术语中称为 Tele Control。RTU 一般包括通讯处理单元、开关量采集单元、脉冲量采集单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元，开关量输出单元和脉冲量输出单元等构成。还有一些其他的接口方式，比如电力变压器的分接头，气象的格雷码接口，水文的 BCD 码接口等等。远方的通讯一般和 RTU 安装在一起，这样便于接线。现在的 RTU 出来完成本身的数据采集工作和协议处理之外，还要完成和各种 IED 设备的接口和协议转换工作。而且 RTU 的通讯处理单元的能力越来越强大，而相应的采集工作却在逐渐的弱化，由各种 IED 设备代替了。RTU 在中国电力系统的最大发展就是用交流采样算法直接计算线路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、谐波等，取代了传统的电力变送器，降低了成本，降低了接线复杂度，减少了误差环节，提高了精度。而今综合了保护、远动、计量的设备已经出现了，而传统的远动已经基本退出了历史舞台。二、关键问题：系统常见故障分析及注意事项系统运行正常后，为保障系统的稳定运行，部分设备需要定期进行维护，现归纳总结如下，并列举了部分常见故障及解决措施以供参考。1 注意事项1）UPS 电源在使用满 3 个月后需要进行一次放/充电的操作，即断开市电，由UPS 直接给设备供电，待电池电量低于 30%后，再将市电接入。此操作可以延长电池的使用寿命，也可以检测 UPS 的后备供电功能是否正常。2）计算机在使用满 1 年后，建议对计算机内部及外部接口处进行除尘操作，检查散热风扇运转是否正常，以上操作均需在完全断电的状态下完成，在重新供电前检查各处连接是否正确，是否有虚接，设备内部是否完全干燥，检查无误后方可供电。3）计算机担负着系统数据采集、站场设备控制、ESD 启动等重要任务，需要一个独立的网络，为保证系统软件不出现兼容性问题，整个系统内并没有安装任何防火墙或防病毒软件，因此不要以任何理由在计算机上接入存储设备，如果必须要接入时，请保证接入的存储介质上没有病毒。4）操作员在使用过程中，应随时检查设备的运行状态，当发生故障时，及时记录，并进行故障归零；系统正常运行过程中不要关闭监控软件，也不要对计算机进行开关操作，严禁强行关机，这样将可能对系统和程序造成无法恢复的故障，给系统带来重大损失。55）在系统的操作过程中，不要高频率的连续点击一个按钮，应该在一次操作后看到了明确的结果（成功或失败）后再进行下一次操作。6）由于大部分监控软件还不支持超线程技术，因此系统中所有的计算机、服务器都应关闭超线程，具体操作在开机后进入 CMOS 设置，目前系统所有的超线程都已经关闭，如果运行期间设备硬件出现故障，请确保重新进入系统前超线程已经关闭。7）系统使用的液晶显示器属于高端液晶产品，屏幕横容易破损，在进行屏幕清洁时，请首先吹干屏幕上的灰尘，然后使用专用屏幕清洁巾进行清洁。8）系统设有 GPS 接受设备，保证系统的时钟同步，但 PLC 柜的时钟同步由监控计算机自动完成，由于系统通讯延时，可能出现 PLC 时钟与计算机时钟出现误差（3 秒以上） ，此时需要操作员手动为 PLC 校时，手动校时建议在本地完成，即在顾山使用顾山的 SCS 工作站为顾山的 PLC 校时，在末站使用末站的 SCS 工作站为末站的 PLC 校时。9）不要在系统的监控计算机上安装任何其他软件，以免引起软件资源冲突，影响系统的运行。10）由于系统没有提供色谱仪的故障信号，所以只能靠操作员通过观察数据来判断色谱仪是否正常工作，当发现数据不正常时，操作员应及时将色谱仪的工作状态由“运行”拨到“维护” ，并根据需要修正色谱仪的手动数据。11）操作员必须保证计量支路的运行状态与现场的设备实际状态保持一致，当计算机或 PLC 系统重新启动后，操作员需要重新核对监测界面的状态和设备实际状态，确保两者保持一致。12）将过滤分离器管路设定为运行时，操作员应检查上游手阀为开状态，并根据工艺要求，确认允许 PLC 控制下游电动阀开关。确认无误后，将过滤分离器管路设为运行，将相应下游电动阀设为“远程” ， “自动” 。13）为了取得流量数据，平时将计量管路设为“运行” ，此时靠设置下游电动阀的手/自动状态限制 PLC 对阀门的控制权先。将下游电动阀设为“远程” 、 “自动”时，操作员应检查上游手阀为开状态，流量计无故障，并根据工艺要求，确认允许 PLC控制下游电动阀开关。此时 PLC 自动根据流量控制阀门开闭。14）当对某一条计量支路进行设备维护或更换流量计算机时，应首先在监控计算机上将此计量支路设置为维护，否则将导致流量计量错误。2 PLC 维护PLC 为高精度、高稳定性产品，可保证连续十年无故障稳定运行。在日常维护中要注意以下几点：1）防水：严禁在 PLC 通电时将液体泼溅到 PLC 柜内器件上。如不慎有液体溅到PLC 上或房屋漏雨等，应立即关掉 PLC 控制柜电源。溅上的液体应立即擦干或烘干，6防止腐蚀设备。2）防强电：严禁将 380V 强电加在 PLC 系统中。毕 业 设 计（论文）开 题 报 告73本课题调研情况综述顾山站的系统数据库使用 Microsoft SQL Server2000 个人版，运行系统相关的存储过程和函数，实现系统数据的存储、统计、报表等功能。各项功能均设置为系统自动运行（操作系统启动时） ，无需人工干预，故操作员只需要正常启动操作系统，保证网络连接正常即可，去须其他操作。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。本地 SCS 工作站完成末站主要的控制及监测工作，运行iFix 3.5 Server 监控软件。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。城市燃气企业的特点是：分布式、集散型、网络化、全开放。目前，在大多数城市燃 SCADA 在天然气中的应用：气输配管网中，对各调压站的监控仍采取人工记录、逐级汇报的方法。为满足对生产过程的调度指挥，建立数字化、信息化城市，需要可靠的 SCADA 系统。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统1，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与远程调度相结合的自动化系统，已广泛应用于电力系统、天然气集输、石油化工等诸多领域。SCADA 系统可实现实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进行全面、实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据等多方面功能。4本课题的方案论证8SCADA 系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对 SCADA 系统需求的提高以及计算机技术的发展，为 SCADA 系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：1、SCADA/EMS 系统与其它系统的广泛集成 SCADA 系统是电力系统自动化的实时数据源，为 EMS 系统提供大量的实时数据。同时在模拟培训系统，MIS 系统等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所有其它系统都成为“无源之水” 。所以在这今十年来，SCADA 系统如何与其它非实时系统的连接成为 SCADA 研究的重要课题；现在在 SCADA 系统已经成功地实现与 DTS（调度员模拟培训系统） 、 企业 MIS 系统的连接。SCADA 系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为 SCADA 系统的一个发展方向。2、2、变电所综合自动化 以 RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。3、专家系