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1  前言

    工控技術的日臻成熟，通訊技術的突飛猛進，IT技術的飛速發展，互聯網的誕生與普及，改變了傳統的信息交互方式，引導人類進入一個全新的信息時代。隨著各種技術的不斷進步，管道行業自動化和信息化建設也發生了革命性的變化。

    在大量的工程實踐的過程中，筆者越來越感覺到工控與軟件數據和信息無法共享為客戶帶來的不便與麻煩，同時也無法認同國外幾大公司將軟件嵌入工控產品中去的做法，筆者認為最佳的解決辦法應該是軟件與工控實現數據級的集成，同時軟件與工控等產品是可拆可合的，根據客戶的需求隨需而選，因人而變。基于以上的客戶需求和公司產品設想，筆者提出了長輸管道網絡控制系統的整體解決方案。整體解決方案分為三層，最上層為管理信息系統平臺，可根據客戶的要求為客戶選用不同的軟件產品和解決方案。所有系列軟件產品都可將地理信息系統與應用軟件實現無縫集成，同時也可根據客戶的需要定制特色功能模塊；中間層是組態軟件和仿真、檢測軟件等產品，組態軟件實現實時控制、數據采集和存儲、界面監控、異構網絡設備互聯等功能，仿真、檢測軟件通過采集到的數據進行分析處理，實現仿真、預測、檢測和報警的功能；最底層為控制終端，包括PLC、RTU、DCS、智能儀表、數據采集卡等控制單元。

    解決方案整體結構如圖1所示。

圖1  解決方案結構圖

        MIS系統、SCADA系統、仿真系統相結合，成為集自動化控制、仿真模擬及信息管理于一體的統一平臺，MIS系統可以根據業務需要調用仿真系統進行運算后的仿真結果，MIS系統接收并保存從在線仿真系統中提取的實時數據進行統計和分析，MIS系統提取并保存SCADA系統中的生產實時數據進行統計和分析，為管理信息系統提供數據基礎、業務管理需要和決策支持；仿真系統提取SCADA系統生產實時數據作為仿真、預測、檢測等仿真操作的數據基礎。

2  SCADA系統

2.1  SCADA系統簡介

        SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統，即數據采集與監視控制系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。SCADA系統，由工程定義文件、組態軟件、控制設備三個方面構成。工程定義文件，是關于SCADA系統監控界面、數據映射、設備定義和連接、體系結構的綜合性描述；控制設備由PLC、RTU、智能儀表、多功能板卡等構成，是SCADA系統的采集和執行終端；而軟件平臺，則是工程定義和運行的環境，它的性能和功能，本質上決定了SCADA系統的性能和功能。因此可以說，組態軟件是SCADA系統的核心和靈魂。

        SCADA系統平臺最突出的特點是實時、多任務。例如，數據采集與輸出、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據的存儲、檢索管理、實時通信等多個任務要在同一臺計算機上同時運行。

2.2  組態軟件主要研究內容

        (1)  如何與采集、控制設備間進行數據交換；

        (2)  使來自設備的數據與計算機圖形畫面上的各個元素關聯起來；

        (3)  處理數據報警和系統報警；

        (4)  存儲歷史數據并支持歷史數據的查詢；

        (5)  各類報表的生成和打印輸出；

        (6)  為使用者提供靈活、多變的組態工具，可以適用不同應用領域的需求；

        (7)  最終生成的應用系統運行穩定可靠；

        (8)  第三方程序的接口，方便數據的共享。

        從以上的研究內容可以看出，為了滿足工控工程對組態軟件的要求，組態軟件應具有實時多任務、接口開放、使用靈活、功能多樣、運行可靠的特點。

2.3  組態軟件的功能模塊

圖2  組態軟件功能模塊圖

        從組態軟件的功能來看，其主要包括基本功能模塊和專用功能模塊，圖 2為組態軟件功能模塊圖，基本功能模塊如下。

        (1)  應用程序管理器：實現應用程序的建立、管理、存檔等工作；

        (2)  圖形界面開發程序：實現應用程序圖形界面的編輯、變量管理、動畫連接的控制；

        (3)  圖形界面運行程序：工程執行的用戶主界面，是監控工作人機交互的用戶接口；

        (4)  實時數據庫系統組態和運行程序：實現設備數據的輸入輸出、實時數據的存儲、歷史數據的維護；

        (5)  I/O掃描及驅動程序：實現控制終端與應用程序數據的交互；

        (6)  數據開放性接口：主要實現應用程序的數據開放性，是第三方應用程序以標準的方式訪問系統數據。

        其它功能模塊包括：

        (1)  長輸管道站控模塊：用于長輸管道站級控制系統的定制開發；

        (2)  長輸管道中心控制模塊：用于長輸管道控制中心級控制系統的定制開發；

        (3)  長輸管道圖庫及開發工具：針對長輸管道工程控制設備的專用圖庫及工具；

        (4)  分布式體系模塊：實現了軟件架構對TCP/IP、串口網絡的支持。

3  仿真軟件

        天然氣管道仿真軟件用天然氣管道系統模型（描述系統的行為特征）對真實或假想的管道系統進行模擬，并借助于專家經驗知識、統計數據等對模擬結果進行分析研究，為系統的設計和管理提供支持。該系統具有如下功能：(1) 可以模擬管道和設備的運行操作；(2) 可以預測諸如爆管、設備故障或其他的事故時所采取的不同的控制策略。該系統通過計算流體在管網中不同時間的壓力、流量、密度、溫度以及其他的參數變化規律來進行模擬仿真，通過打印報告和圖表的方式輸出結果。

        天然氣管道仿真軟件的主要研究內容：

        (1)  建立通用的完整的管道系統結構模型；

        (2)  管道動態仿真的數學模型，即運行參數的擾動沿距離的傳播隨時間的演變；

        (3)  邊界點參數的求解，如站內設備的特性方程以及設備之間的相互作用。

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