天然气输气场站SCADA系统的设计与实现

论文摘要

数据采集和监控系统(Supervisory Control And Data Acquisition)简称SCADA,是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统,是用于现场检测和自动化管理技术。它对现场运行的设备而进行监视和控制,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。以该技术建立的系统能够采集现场的数据并通过通信网络传输到调控中心,由控制中心根据根据预先设定的程序远程控制设备。SCADA系统在电力、石油化工、城市供水、供热、供气等行业得到了广泛应用。它可以实时采集现场数据,对现场实行本地或远程的自控控制,对供气过程进行全面、实时监视,并未生产、调度和管理提供必要的参数依据。天然气输气站作为现代化城市重要的公用基础设施是现代文明的标志之一,同时,又是国家能源建设的重要组成部分,天然气输气站的特点是：分布式、集散型、网络化、全开放。目前,在大多数城市燃气输配管网中,对个输气站的监控仍然采用人工记录、逐级汇报的方法。同时生产操作人员需要亲在易燃易爆的现场操作输气场站设备、调节天然气工艺状态、有时甚至需要多人配合协调完成工艺参数的调节,在中控的生产调度人员往往得不到及时的信息,现场生产工艺状况往往滞后,而且只能获取整点信息,不能在第一时间分析输气站生产运行状况,及时下达合理的生产指令。在此背景下,为满足对生产过程的调度指挥,建立数字化、信息化城市,降低人工成本、节约劳动力、降低安全风险,需要可靠的SCADA系统。SCADA的出现,大大对分部距离远,生产单位分散的生产系统以及危险区域的一些数据采集、监视和控制得到了很好的改善。因此,本人选择天然气输气场站SCADA系统为课题加以设计并实现。本文通过对天然气输气站系统设计的实现,通过探讨了SCADA关键技术的应用及主要硬件组成,设计了基于光传输通信技术的SCADA数据采集系统、监控系统。重点介绍了利用光缆对输气站压力、流量等数据的实时采集与传送,同时对SCADA系统所设计的相关知识进行了介绍。决定SCADA系统功能的主要是应用软件,因此本系统以In touch为开发平台,结合光通信技术、网络编程技术设计并实现了输气场站SCADA系统。系统建设分为两步分建设,一部分为硬件建设,另一部分为软件建设即工控组态。硬件建设组要包括现场智能变送器的选取、流量计量装置的选取、PLC硬件的选择及架构、通信网络的设计及架构、服务器及工控机的选取等；软件建设主要包括组态软件的选取、组态软件的开发、数据库的建立、PLC程序的编制等工作。系统设计及建设过程中,遵照安全、可靠、统一的原则圆满地完成了设计需求。实践证明,该系统数据传输精确、经济可靠,效率较高,能够满足现场监控的需要。最后,对全文的工作进行了总结,指出了今后有待进一步完成的工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文的研究路线
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 SCADA系统简介
• 2.1.SCADA系统概述
• 2.2.SCADA系统发展及应用
• 2.3.SCADA系统展望
• 第三章 SCADA系统的结构和功能分析
• 3.1 SCADA软件结构
• 3.1.1 实时数据库
• 3.1.2 通讯系统
• 3.1.3 操作系统
• 3.1.4 组态软件
• 3.2 SCADA软件的功能特性
• 第四章 天然气输气场站SCADA系统分析与设计
• 4.1 系统分析
• 4.1.1 系统的功能需求分析
• 4.1.2 系统的功能模块
• 4.2 系统设计
• 4.2.1 设计思想及原则
• 4.2.2 系统总体架构
• 第五章 天然气输气场站SCADA系统详细设计
• 5.1 设计说明
• 5.2 技术方案简介
• 5.3 组态软件及数据库软件的选取
• 5.3.1 Intouch软件介绍
• 5.4 系统硬件选择
• 5.5 站控系统（子站）的设计
• 5.5.1 站控子站系统的构成
• 5.5.2 站控系统（子站）实现的具体功能
• 5.6 调控中心SCADA（主站）设计
• 5.6.1 调控中心SCADA系统构成
• 5.6.2 调度中心SCADA系统（主站）详细功能
• 5.7 通信系统设计
• 5.7.1 VPN通信技术
• 5.7.2 光通信技术
• 5.7.3 通信协议
• 5.8 数据库设计
• 5.8.1 数据库的存储需求分析
• 5.8.2 数据库安全设计
• 5.8.3 数据库表设计
• 第六章 系统的实现
• 6.1 站控系统（子站）的实现
• 6.1.1 站控系统系统主界面图
• 6.1.2 站控系统功能实现
• 6.2 调度中心SCADA系统（主站）的实现
• 6.2.1 中心系统实现功能
• 6.3 通信网络系统实现
• 6.3.1 公网通信部分
• 6.3.2 光缆通信部分
• 6.3.3 卫星通信部分
• 6.4 数据库表的实现
• 6.4.1 数据库结构
• 6.4.2 数据库表
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表