【燃气】综合调度系统解决方案
一、项目概述
1.1 项目背景
城市天然气企业众多的场站系统（几十个至几百个）地理位置分布广，调控指挥中心如果无法及时准确的获悉各重要场站的信息，这将给生产调度人员对整体的运营进行正确的评估及决策带来了很大的麻烦，给所辖门站下达准确的指导指令带来很大的困难，很难对未来的形势和环境进行准确的评估，因此，建设一个完善的燃气SCADA生产调度管理系统系统有助于改善企业的生产运行管理。
1.2 需求分析
燃气SCADA生产调度管理系统需要实时采集生产现场数据，完资源实时调配与控制。完成设备运行管理，故障分析，生产报警管理等。
本次SCADA生产调度管理系统建设内容包括：有人值守门站监控系统建设，无人值守门站生产数据采集上传；调度中心调度管理平台建设，将原有门站的生产数据移植或无缝接入到新的监控平台上；在新增门站设置以计算机为核心的监控系统，实时采集所属区域的温度传感器、压力变送器、流量等设备的相关参数，并通过GPRS网络上传至集团。在新增的工业监测点各安装一台数据远传模块，采集相应流量计的实时数据，并通过以太网或GPRS网络直接上传给集团调度中心。
通过本次系统建设，将为企业提供一个稳定、可靠、可信并及时的SCADA系统，对各个门站和工业监测点的运行参数进行采集、筛选、过滤、统计、分析、计算、应用等，以科学的数据为依据，优化企业生产调度管理。
1.3 系统建设目标
燃气SCADA生产调度管理系统是结合计算机、信息与控制技术最新发展，面向燃气调度监控，充分利用管网的数据信息，建立燃气管网运行模型，形成统一的管理平台和人机界面，监测管网的实时运行状态，生成调度策略和紧急抢修策略，保障燃气管网安全、连续、稳定运行，提高燃气企业管理水平和运营经济效益。
生产调度实时数据库管理平台主要完成对管网输配及场站系统数据采集和监视管理任务，将整个远程站的数据进行处理、分析、存档并向各远程站发送调度及控制指令。同时实现管网在线模拟、输送计划、泄漏检测及定位、运行优化、计量管理、模拟培训等任务。
主调度控制中心的操作人员通过SCADA系统操作员工作站所提供/显示的管网系统工艺过程的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息，完成对整个管网的操作和管理。
1.4 系统建设内容
城市燃气SCADA生产调度管理系统是以计算机为核心的分布式控制系统，由它完成对管网的监控。它由调度控制中心、容灾后备控制中心、门站区域控制站（有人值守站、无人值守站）、远程终端装置(RTU)、通信系统等组成。
监控中心将通过通信系统与各个工艺场站的站控系统互联，从而进行数据采集与监控，并实现输气调度、设备运行优化、计量管理、管道模拟等任务。监控中心SCADA系统的控制功能分为“中心控制”、“站场控制”、“就地控制”三级控制模式。监控中心的操作人员通过系统所提供的管线压力、温度、流量、设备运行状态等信息，完成对管道全线及场站的运行监控和管理。
1) 建立调度中心管控平台
建立调度中心管控平台负责实时、历史、报警数据的管理、存储、检索，通过实时数据库来分析生产情况、汇总和统计生产数据，作为指挥、决策的依据。
2) 建立场站监控系统平台
实时采集监测门站运行过程中的工艺参数如压力、温度、流量、瞬时值、累积值、计划值等，可选用表格显示或条形图显示，还可进行组显示、特定显示等。
1.5 系统设计原则
可扩展性—系统的设计上一方面要全面满足当前环境下的需求及未来一段时间的应用需求，另一方面要能方便地进行功能扩展，可灵活增添删减功能模块。
可集成性—从技术发展角度和用户需求来看，软件结构本身应能与上层应用系统集成，做到信息共享和资源数据共享。
二、系统整体架构
2.1 系统拓扑图
区域燃气调度中心网络拓扑图
2.2 系统介绍
2.2.1 调度中心管理系统
调度中心管理系统从功能上被分为实时服务器、历史服务器和应用服务器等三部分。
1) 实时服务器
实时数据服务器主要为系统提供实时数据管理支撑，主要负责处理、存储、管理从站场和RTU采集传送来的实时数据，并为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。实时数据存放在实时数据库中，实时数据服务器中运行通信管理软件，完成与各站场及RTU的通信连接、协议转换、网络管理等任务。
2) 历史服务器
历史数据服务器主要完成历史数据的存储、管理，并为网络中的其它服务器和工作站提供数据服务。能自动恢复通信中断期间的数据。
3) WEB服务器
Web服务器是实时监控系统与管理应用系统之间的衔接服务器。实时监控系统将有关信息写入Web服务器，并对其实时更新。Web服务器在管理信息网络中以网站的形式出现，它既为管理系统提供生产信息，又避免了与生产实时监控系统等无直接关系的计算机直接访问实时监控系统服务器。
4) 部署服务器
部署服务器负责整个系统应用程序的管理，通过部署服务器可远程更新、修改、管理各服务器的运行程序。
5) 操作员工作站
操作员工作站是调度、操作人员与调度中心计算机监控系统的人机界面（MMI），它在调度控制中心计算机监控系统中作为客户机，操作员通过它可详细了解管网的运行状况并下达命令，它们通过LAN与服务器互联并交换信息。
6) 工程师工作站
工程师工作站是系统工程师的操作平台。工程师可通过它们对计算机监控系统的数据库等进行维护和管理；同时还可以对系统进行二次开发，实现其所允许的功能。
2.2.2 门站监控系统
站控系统设在各门站控制室，系统主要由操作站和RTU，PLC等控制系统及组成。RTU完成对所属门站的温度、压力、流量、泄漏报警等各种参数的采集、处理及控制。站控计算机运行监控组态软件实现数据的采集处理和显示，以及异常情况的就地控制。
三、系统产品选型
3.1 数据库产品介绍
3.1.1 产品概述
实时数据库是两化融合的整体解决方案的核心，产品的分布式的结构设计保证了发挥系统最大的运行效率，完全可以满足企业生产信息化、综合自动化系统、SCADA生产调度系统、DCS系统、能源管理系统、自动化监控系统等“两化融合”应用的需要，使用户每天都在享受力控科技的优质服务和最新的科技成果。
现代化的智能工厂是利用工艺技术、自动化技术、信息技术、现代管理技术和智能技术将生产制造与业务信息系统进行综合集成，企业决策者通过管理驾驶舱就可以灵活快速的实现企业商业决策。运营管理人员可以通过管控一体化平台技术构建的生产实时运营管理系统来完成企业节能降耗、安全环保等生产运营目标。
工业企业在两化融合的大背景下，企业生产调度系统大规模集成整合与可视化进程速度加快，生产调度系统作为MES系统的核心，选用一体化数据平台进行深入数据挖掘已经成为必然。生产调度管理系统是以经济指标为目标，以生产过程优化运行、优化控制与优化管理为核心技术建立的企业模型，其中的企业级实时历史数据库和关系数据库一起构成了企业生产调度系统的数据支撑平台，对企业生产优化，提高运营水平起着极其重要的作用。
实时历史数据库可用于工厂过程的自动采集、存储和监视，可在线存储每个工艺过程点的多年数据，它提供了清晰、精确的操作情况画面，可以提供工厂模型，生产运营管理、设备运行管理、历史追忆、生产报表等多种调度管理模块，可以说，实时历史数据库对于流程工厂来说就如同飞机上的“黑匣子”，是智能工厂的关键！
力控®企业级实时数据库pSpace是一个高性能、高吞吐能力、可靠性强、跨平台的实时/历史数据库系统，可以用于采集、压缩、存储、加工、分析等任何带有时间特性的生产信息，pSpace提供全系列的工业通讯接口及ERP业务接口，实现生产监控到调度管理的完美整合。能极大地提高企业的智能化及决策的精度和速度。
3.1.2 产品架构
pSpace产品架构：
- pSpace Server：实时数据库核心服务
- IOServer：数据采集服务
- psView：可视化图形客户端
- psAdmin：远程管理工具客户端
- 扩展工具
★ 计算引擎pSpace CALCE：使用脚本进行计算。
★ 转储工具SQLRouter：与关系数据库之间进行数据转储。
★ OPC服务器：将pSpace的数据以OPC标准进行发布。
★ 同步工具：在pSpace与pSpace之间进行数据同步。
- API和SDK
★ C API & SDK
★ .Net API & SDK
★ Java API & SDK
★ Web Service
★ IO Server SDK
★ Smart SDK
3.1.3 产品特点
1) 多平台支持能力
pSpace可运行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多种Linux操作系统，除x86架构的计算机外，pSpace还可运行于使用麒麟操作系统和MIPS指令集的龙芯计算机上。
2) 灵活的分布式软件架构
pSpace的系统架构支持跨平台分布式部署，功能模块及组件程序可根据任务进行分布式部署，支持在线组态和远程配置与管理。支持把历史存储、报警、事件、IO采集等各个功能组件分别建立在同一网络不同的服务器上。
3) 完整的冗余技术
pSpace实时数据库平台软件支持硬冗余的配置方式，支持多服务器、双接口机、双网、双通道等多种冗余技术。支持系统集群配置，支持操作系统及第三方工具提供的冗余功能，如Windows故障转移群集、RoseHA等。
4) 稳定性与安全性
pSpace采用统一的进程管理，内置“看门狗”设计，系统各进程具备自诊断与自恢复功能，充分保证整个系统的稳定与安全。
pSpace支持负载均衡，使系统的工作任务得到分解，网络数据传输模块支持断线重连与恢复机制，保证进程之间的数据同步、网络通讯的可靠性。
pSpace支持断线回补来保证数据的完整性和一致性。
5) 层次化测点结构
允许将测点以节点方式来组织，可轻松完成现场实际生产结构的抽象模型，使得测点结构和实际生产单位相对应，更有条理且易于管理。
6) 优越的数据库性能
pSpace数据点可达到300万，读写数据峰值处理能力可达到50万条数据每秒，能够支持1000个以上并发客户端连接同时操作；pSpace群集可支持3000万数据点，读写数据峰值处理能力可达到800万条数据每秒，支持1万以上客户端同时操作。
7) 高效的压缩模式
数据采用二次压缩技术，一次有损压缩，二次无损压缩算法，只保存数据的关键特征，压缩率可达到40:1。
8) 强大的计算引擎
pSpace计算引擎是一种具有时间确定性的在线计算引擎。pSpace计算引擎提供对pSpace数据进行二次计算和实施高级统计分析的功能。pSpace计算引擎具有分布式特性，可在整个企业范围内进行分布式计算。
pSpace计算引擎支持强大灵活的脚本语言，支持用户自定义函数及第三方用户库。任何用户都可将pSpace计算引擎看作统一灵活的二次开发平台，无限扩展自己的应用开发。
9) 灵活的性能调优参数
提供缓存大小，文件保存天数及点数等多个数据库调优参数，可根据现场实际应用情况定制您的pSpace。
10) 丰富的数据处理功能集
支持OPC HDA 1.20标准中定义的数据处理功能集，支持数据的插入、替换、删除、按时间段删除等操作，支持22种数据统计查询方法。
提供对象模板功能，用户可将真实的设备、流程等抽象成数据点组成的模板，再将组态的模板保存于数据库中，通过对象模板可批量生成同类型的对象，极大的节省了组态工程的人力及时间消耗。
11) 全面而开放的接口
pSpace提供C API/ .NET API/ Java API/ WebService 等多种二次开发接口，同时还提供了OPC DA、OPC UA等访问接口，可实现测点管理、安全管理、数据管理等多种功能，为用户二次开发提供有力支持。
12) 丰富实用的客户端
- 图形客户端psView
做为流程画面、报警、生产报表、趋势曲线的实时监控图形客户端，也可将组态画面发布成Web页面，方便用户使用浏览器来查看流程工艺等。
- 采集客户端IOServer
独立做为通讯服务器，用于现场生产过程数据的采集，支持断线缓存。
- 关系数据库转储工具SQLRouter
专为pSpace打造的关系数据库解决方案，用于pSpaceServer和关系数据库间的数据交互，转储方式灵活，支持多种表结构，同时提供数据统计转储，在线配置，二次开发接口等高级功能。
- pSpace同步工具
pSpace同步工具pSync能够解决不同pSpace Server之间数据同步的问题，通过同步工具可实现两台数据库服务器的数据镜像以及多台数据库服务器向一台中心数据库服务器进行数据汇集等多种功能。
- 管理客户端psAdmin
用于对pSpace中测点、数据、用户等进行管理，并能够监视数据库状态、提供报警、事件查询、数据仿真等功能。
3.2 eForceCon产品介绍
3.2.1 产品概述
力控SCADA平台组态软件eForceCon是力控产品家族的重要组成部分，是力控科技为企业用户的工业信息化应用提供的一个基础软件平台，该SCADA平台的设计涵盖从现场监控站到调度中心，为企业提供从下到上的完整的生产信息采集与集成服务，从而为企业综合自动化、工厂数字化及完整的“管控一体化”的解决方案提供支撑平台。
力控SCADA平台组态软件以分布式区域实时数据库为核心，分布式实时数据库技术可以保证生产数据精确输出并完成可视化，实时数据库无限的分层结构可使大型企业信息尽收眼底。力控SCADA平台组态软件具有灵活的系统应用架构，可以自由构建不同规模的应用，满足用户对企业信息化的多样性要求，用户在此基础上可以灵活的构建适合企业应用的解决方案。
力控SCADA平台组态软件支持独立的历史归档数据库，可进行海量历史数据归档，方便历史数据追忆。具备分布式的数据源管理模式，SCADA平台软件的可视化人机交互界面无需编程，直接通过远程数据源的组态方式就能与远程数据库进行信息交互，完成生产监控、查询、曲线分析等各项功能，满足企业“两化融合”的需要。
3.2.2 应用架构
力控SCADA平台组态软件eForceCon具备灵活的架构，能满足现有多种系统架构要求。力控产品提供了针对各行业业务特点的部署架构方案，即可以在生产调度系统中部署SCADA实现集中中控制模式，亦可以按照２级单位部署监控及调度系统来实现集中监视与分散控制管理，力控产品可适应多种架构模式来面对多种业务模式。
典型的SCADA系统架构图
1) 通信服务器
通讯服务器能以有线，无线等多种通讯方式与地理分散的控制设备进行实时采集与控制，通讯服务器将实时数据提供给SCADA系统的实时及历史服务器来完成数据的上传与指令下达。通信服务器支持冗余配置，支持设备冗余与链路冗余。SCADA平台组态软件的通讯服务程序可独立进行部署。
2) 实时数据服务器
分布式的实时数据库支持多种工厂模型的信息数据类型及结构，提供多种功能点类型。实时数据库的分层结构设计方便了“海量”的数据管理与历史数据归档管理，提供了参数的“动态”注册的负载均衡机制，图形监控系统与数据处理和归档采用分离结构可以构造复杂灵活的分布式生产调度系统。
3) 历史数据服务器
对实时数据进行海量历史数据归档，提供历史数据接口服务。历史数据存储归档支持数据定时存储、条件存储、变化压缩存储、趋势压缩存储等多种技术，具备更强大的生产数据分析与统计功能。
4) 报警服务器
报警服务器是一个灵活的分布式报警构架，具备强大的报警存储、统计、分析、显示、查询、事件触发、打印等功能，并可以和语音、视频、多媒体进行联动，来完成一个大型生产报警管理系统。
5) 远动及OPC服务器
以远动规约或者OPC服务方式向上一级系统提供数据。
6) Web服务器
提供监控组态画面的Web发布服务。Web客户端与网络服务器的实时数据传输采用事件驱动机制、变化传输方式，因此通过互连网远程访问力控Web服务器，IE“瘦”客户端显示的监控数据具有更好的实时性。
7) 部署服务器
提供整个系统的开发部署、画面组态等功能。
8) C/S客户端
提供C/S架构的HMI客户端程序，完成生产实时流程画面、用户管理、实时及历史曲线、实时报警及历史报警查询、生产报表等可视化的监控及操作。
9) B/S客户端
提供B/S架构,用IE做为“瘦”客户端，对系统进行可视化的监控操作。
