深圳高压管网燃气输配调度管理系统(DMS)

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1、1.1深圳高压管网燃气输配调度管理系统(DMS)1.1.1 输配调度管理系统介绍1.1.1.1 输配调度管理系统结构管网燃气输配调度管理系统DMS系统，即Distribution Management System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，整合了燃气管网监控与数据采集系统(SCADA系统)、燃气管网地理信息系统(GIS系统)、客户信息系统(CIS系统，Customer Information System)等系统，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，对管网运行工况进行仿真和评估，生成调度策略和紧

2、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。DMS系统结构图见图1-1-1-1所示：图1-1-1-1DMS系统结构特点 基于Internet/Intranet的应用和集成，使信息在企业内部共享和应用更便捷充分，易于升级和维护； 模块化结构，灵活组合，伸缩性强； 图形化界面，易于掌握使用； 开放式系统，满足一系列国际标准和事实标准； 系统可靠性高。完全基于浏览器方式，管理维护方便；1.1.1.2 调度监控系统组成燃气管网调度监控系统建设的目标就是实现燃气管网输配调度的高度智能化、科学化。调度的依据就是对各种数据信息（实时、历史、空间、非空间、事件、消息等）科

3、学分析的结果，而数据信息又是所有各种分析的基础。因此，调度监控系统的基础就是数据信息，而核心就是实施调度的各种功能模块，其逻辑结构也可分为三层，如图1-1-1-2(a)所示。GIS信息SCADA信息CIS信息仿真信息数据处理中心调度功能模块集功能实现层数据管理层数据采集层其它信息图1-1-1-2(a) 调度监控系统逻辑分层调度监控系统从逻辑上被分为数据采集层、数据管理层和功能实现层。其中数据采集层为软件系统的基础层，主要负责各种数据信息的采集，包括：1） SCADA信息：燃气管网各门站、储配站、调压站、阀室等处设备运行工况信息，管网各监测点的压力、温度、流量等数据信息；2） GIS信息：燃气管

4、网的地理及空间分布信息、管网属性等；3） CIS信息：客户信息、报修信息等；4） 仿真信息：管网模拟、仿真、预测的数据信息；5） 其它信息：气候等自然环境信息、经济发展状况、城市发展规划及政府法规指令等信息。数据管理层实际上是一个广义的数据库管理系统或叫数据仓库，主要负责将数据采集层提供的各种数据信息按规范进行分类、处理及中间量计算等，为功能实现层提供快捷、有效的数据源服务。它包括：历史数据库、实时数据库、GIS数据库、客户信息数据库、仿真数据库等。功能实现层是调度监控系统的核心部分，主要实现燃气管网输配调度管理系统的各种功能，并提供各种辅助工具。主要包括：管网实时运行工况监测、燃气输配调度预

5、案制定、管网仿真分析、设备维护管理、应急事故抢修、GPS车辆定位管理、客户管理、报表生成、信息查询与发布等。同时，功能实现层还实现系统的人机界面。通过逻辑分层的分析，我们可以导出调度监控系统的组成结构，整个系统由SCADA软件、GIS软件、管网仿真（APPS）软件和数据库管理软件及各种应用模块组成，如图1-1-1-2(b)所示：SCADA系统GIS系统数据库管理系统实时工况监测模块燃气输配调度模块设备维护管理模块应急事故抢修模块客户信息管理模块信息查询发布模块车辆定位管理模块APPS系统图1-1-1-2(b) 调度监控系统组成结构1.1.1.3 操作人员系统运行所需全日工作的管理操作人员分为三

6、类: 系统工程师，在MCC值班。 操作员和操作工程师，在SCS和MCC中全天24小时值班。在MCC和配备本地显示和监控系统的本地站，全天24小时均有操作员值守、管理。 维修人员，在一个或多个地点值班，负责天然气输配管网调度监控系统的维修工作。1.1.1.4 系统的运行调度要求SCADA系统通过远程信息检索系统，获取各个站点中固定不变的系统设置参数和随时更新的实时数据。SCADA系统的数据传输使用VPN通信网络和ADSL通信网络，主系统使用VPN通信网络，备用系统使用ADSL通信网络。输配管网上所有SCS均安装相应的通信接口设备，并处理以下信息: 流量，配气站进站的天然气流量和配气站出站的天然气

7、流量，跟踪监测管网内压力、流量的平衡状态，绘制管网的压力、流量的平衡图表。 沿整个管网的压力(和温度)值，用于: 监测天然气沿着管网的压力梯度; 检查由于机械破坏、管道腐蚀或土壤沉降等原因而造成的气体泄漏。 阀井内的积水水位的检测，用于检查阀井内的积水状况。 阀井内的天然气泄漏的检测，用于检查阀井内阀门的漏气状况。 重要阀门（安装在许多站点中）的开关状态。 通过专用的仪器、仪表测量天然气的质量、成分、H2S的含量、含水量、其它杂质的含量和气体热值。 其他监测设备完整性、安全性的参数，比如：是否有人打开机柜、阀井井盖，电源的供电情况、本地设备的工作情况等。每一个本地监控站（SCS）、或远程终端装

8、置(RTU/PLC)均具有用于发送和接收数据的本地接口设备，使得MCC和SCS实现上述远程监测和控制功能。本地站内安装有本地显示和控制设备，使本地操作员有可能通过MCC授权的远程控制命令，来控制本地站的运行。1.1.2 输配调度管理系统功能天然气输配系统实施监控的主要目的是监控天然气输配系统的高/中压配气站、储配站、调压阀室、阀井、管网等安全、可靠、稳定、经济地运行，以保证输配系统内各个天然气用户的供气需求和安全。调度监控中心通过SCADA系统、依靠管网仿真和SCS的协助，预测输配管网中短期内的用气量，以保证天然气的供需平衡。实现天然气的供需平衡，必须有可靠安全的调度管理措施，其具体内容如下：

9、 从高/中压配气站获取天然气的供气量和气质数据。 使用最佳的方式，完成从高/中压配气站到各天然气储配站和高/中压管网的输配，达到管网的供需平衡及安全运行，使管网运行状态规律地变化。 通过正确适当的储气管理（管线和储配站）和其它技术及商业手段调节，达到长期的供需平衡。1.1.2.1 输配管网运行工况监控1.1.2.1.1实时监测管网数据该功能的实现主要借助SCADA系统将分布在主城区各SCS站所采集的管网设备的运行参数汇集到MCC监控界面上来。并结合GIS系统提供的天然气管网地理信息，将管网各监测点的信息（压力、温度、流量等）实时地显示在MCC的大屏幕监视屏上。同时该信息还通过WEB服务器发布，

10、供联网的客户端浏览。1.1.2.1.2显示各站的动态工艺流程图利用GIS系统强大的绘图工具可以根据用户的要求，随心所欲地绘制三维动态工艺流程画面，将整个工艺流程直观地在计算机上显示出来。可以看到相关开关量、设备的运行/停止、模拟量的实时变化等，图形目标的前景色、背景色及目标的动态移动方向均可任意指定，并可动态变化。各SCS站操作运行过程中，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。这些信息还可通过WEB服务器发布，供联网的客户端浏览。1.1.2.1.3实时和历史数据趋势图、棒状图显示历史趋势：根据用户的需要我们可以将相关的监控

11、点数据生成历史趋势图。通过历史趋势，用户可以查看以前特定某段（点）时间的历史图形记录，可以查找故障发生的时间，变化趋势，从而找出系统的故障原因。实时趋势：同样可以生成实时趋势图，用于分析模拟量参数（如流量、温度、压力等）的变化趋势，以更好地让操作人员掌握系统参数的变化趋势，使系统保持最佳运行。这些信息还可通过WEB服务器发布，供联网的客户端浏览。1.1.2.1.4下达调度和操作命令系统操作员可以根据管网输配气的需要，下达调度指令给各SCS站或直接操作任何可以操作的阀门或其它执行器，同时监视指令运行状况。1.1.2.1.5报警和事件管理对于监控站的设备或系统部件故障报警、诊断报警等，管理软件能自

12、动处理。对工艺过程报警管理软件进行报警组态后自动处理。系统对任一报警可以用监控站内置喇叭发出声报警，也可以用将重要参数报警组态为报警出现时输出到某个数字量输出点，以驱动外接音响。对于每个报警可以组态为报警发生时系统自动切换至报警参数所在画面，同时在报警提示行以醒目的颜色显示报警信息。每个报警可以组态是否需要打印及打印风格，工作站上显示的报警处均带有日期和时间，同时对报警参数恢复的日期和时间同样进行显示和记录。对于每个报警类型组态的方法是在报警组态的对话框内完成的。报警和打印的时间分辨率最高为1秒。报警详细内容如下：报警/事件具有优先显示权，除在流程上单点显示外，还报警或事件状况列表显示，表中至

13、少包括标志符（位号）、数值、说明、时间（年、月、日、时、分、秒）、位置等。报警具有容易引起警觉的声响输出，具有语音提示功能；报警显示可由操作员抑制或消除；对过程变量超限数值应给出警告、危险二级报警。1.1.2.1.6各种报表生成和打印报表格式可以根据生产的实际要求，通过监控软件与EXCEL电子表格的动态链接，任意定义各类表格及其格式，如班报表、日报表、月统计表，甚至年统计表等等。并且可以统计每一个报表的最大、最小值，做出相应的棒图、趋势图、X-bar图等数据分析方案，使整个管网运行、设备优化和企业管理进入全面量化控制过程。利用定时打印设置功能，可以设置定时自动打印各类报表，也可以根据需要人工干

14、预，随时打印所需报表。1.1.2.1.7 网络监视和管理管理软件同样也能对系统自身的运行进行自诊断并形成报告，监视整个系统的工作运行状态，以便对系统进行管理和维护。系统具有以下管理功能。 系统的自诊断和故障分析功能 网络监视及管理功能 通信通道监视及管理功能 系统时间同步功能 设备管理功能 班组日常管理功能1.1.2.2 输配优化调度通过仿真系统提供的分析功能，操作员可对今后的供气需求作出近期或远期的预测。1、根据负荷预测分析提供的数据报表，合理安排每日/周/月的用气计划;2、根据管网实时模型，可以通过对管道有关参数的计算，对管道的异常工作情况进行分析（地点、时间），模拟分析计算用气高峰期管线

15、上的压力分布，分析高峰期每日运行的管道系统的输送和储气性能，对系统是否能够满足未来需求提供决策支持。在此基础上，可实现储气调峰调度的优化，减少储配站压缩机开启的台数、时间和启停的次数，实现燃气输配的经济优化运行。1.1.2.3 设备查询和维护管理通过GIS系统提供管道设备（阀井、阀门、调压器等)的基本信息（型号、管径、管材、壁厚、压力、接口等）;系统能对管网进行连通性分析、剖面分析；对管网设备、设施进行缓冲分析；对管线和地形图进行空间叠加分析等.结合安全评估分析提供的数据，优化配置，提供经济、合理的管网相关管线及设备的维护更新计划。1.1.2.4 应急事故抢险处理建立事故报警应急处理机制；1、

16、事故报警来源：1）、SCADA系统实时的报警信息；2）、泄漏分析系统计算分析出的预警信息2、生成事故处理预案接到事故信息，马上能在系统地图上进行定位，确定事故地点，提示周围管道和相关设施信息，生成处理预案，显示需关闭的阀门和调压器,使应急处置人员可以立即关闭相关阀门，切断气源，隔离漏点，防止事故范围扩延；能提供事故影响范围，查询和显示所影响到的用户，对重要的用户能闪烁显示，并打印停气/断气通知单给所有受影响的用户；根据需要，可叠加显示事故周边地区的危险源、重要单位、消防系统、医院等的信息，为事故抢修提供参考信息。1.1.3 SCADA/DMS系统设计方案本次招标所包含的SCADA系统是调度监控

17、系统的核心子系统，在这个系统的基础上把CIS系统、GIS系统、负荷预测、安全评估、检修调度和急抢修调度等系统的内容扩充或集成进来，然后加强上层的数据应用开发，即是一个完整的调度管理系统即DMS系统，将对燃气公司的调度监控业务流程提供强大的辅助支持。以下设计是我方利用LOGICACMG公司系列产品，为深圳市天然气输配工程的管理系统工程构成的DMS设计方案。1.1.3.1 工程简介根据深圳市天然气输配工程的管理和运行要求和地理分布特点，从系统扩展和新的调度中心（在不影响系统正常运行情况下）的建立，采用的LogicaCMG 公司的大规模MOSAIC SCADA平台为实时监控系统和DMS综合调度管理系

18、统，正是具有了这种“多中心”互为备份集群技术和真正分布式的系统架构，从而保证了整个SCADA/DMS系统的高可靠性和高的扩展能力，从而为深圳市燃气集团有限公司的管理决策人员，工程技术人员、调度操作人员等不同职能的部门提供一个技术先进，高可靠性和扩展性SCADA系统。1.1.3.2 系统结构 深圳市燃气集团公司的SCADA系统是采用以计算机网络为核心的监控和数据采集系统。采用的LogicaCMG MOSAIC系统不仅在位于留仙洞的高压管网调度控制中心(MCC-Master Control Centre)，完成对高压天然气输配管网，门站，高中压调压站和阀室等进行监控、调度、管理的自动化水平。同时通

19、过广域网通信系统（VPN和CDMA/GPRS），实现与位于集团总部（喜年中心）的“容灾调度中心”（BCC-Backup Control Centre）的原有SCADA系统的集成，形成“远程互为备份”集群系统架构，为整个集团公司在实时生产运行管理提供分布式管理和数据共享大规模系统平台。LogicaCMG MOSAIC系统的远程实时数据同步和数据库全分布技术正是满足了深圳燃气集团公司的分布式管理，控制和数据共享的需求。在SCADA系统投产后，操作人员在授权前提下，在调度控制中心（MCC）或容灾调度中心（BCC），通过MOSAIC 系统可完成对整个管网的监控和运行管理。 MOSAIC系统先进的“Cl

20、uster”技术允许大型系统中多控制中心的实现，每一个“Cluster”的运行都是独立的，同时数据可在所有“Cluster”中透明共享。MOSAIC系统提供实时数据在广域网中快速分布，允许授权的用户通过系统监视数据和进行操作，一个“Cluster” 当通信线路故障恢复或“Cluster”启动恢复，MOSAIC系统提供自动数据库同步。在本项目中，调度控制中心（MCC）和容灾调度中心（BCC），是二个“Cluster”形成的“互为远程互为热备份”的灾难恢复系统结构，同时MOSAIC系统的灵活性能容易地允许系统扩展。 同时MOSAIC SCADA监控系统是针对国际工业上流行的开放式系统趋势下进行开发

21、和设计。MOSAIC系统是高度模块化、可组态的、分布式的应用软件系统，具有实时、面向对象的、分布式关系型数据库管理系统。同时采用了“容错”技术和“N级”备份技术，保证系统高可靠性。相对于传统的“主/从”备份型式，它采用多CPU，分布SCADA处理的任务。这种技术不仅保证了系统的高可靠性，同时系统可实现从双服务器到多服务器的规模化的特点，有利于系统今后的扩展。 MOSAIC提供了一种网络功能机制， 用于在监控中心实时数据的快速的分布。这样允许被授权的用户，通过整个系统来监视数据和进行控制操作。当一个控制点发生故障时，不会影响其他控制点的运行和操作。MOSAIC系统具有自动数据库同步技术，用来恢复

22、通信链路故障引起的数据丢失。同时MOSAIC系统支持调度控制中心（MCC）和位于集团的容灾调度中心（BCC）对整个系统的的现场RTU/PLC站进行“全扫描”，即通过VPN（主通道）和CDMA/GPRS（备用）网络，二个控制中心的MOSAIC系统能够直接“扫描”RTU/PLC，而不受现场站控系统的影响。在场站，通过站控系统，使现场人员能够看到RTU/PLC所采集的工艺参数，从而使现场人员可以在调度控制中心和容灾调度中心授权情况下，对现场站点进行控制。在操作系统方面，MOSAIC系统具有全开放，跨平台和分布式系统结构，可同时支持UNIX，LINUX和 WINDOWS 2000操作系统。根据目前国际

23、和国内石油天然气领域，对SCADA系统要求和设计上，在满足“实时，关键性”系统的高可靠性和安全性要求下，在SCADA服务器采用UNIX操作系统，同时满足操作人员，工程师和管理人员的方便性和易操作的需求，在工作站上，采用WINDOW 操作系统。 本项目中，在调度控制中心（MCC）采用二台“互为热备份”的SCADA服务器，在容灾调度中心采用一台SCADA服务器，通过MOSAIC系统的“Cluster”集群技术，形成三台服务器的MOSAIC系统数据库和应用的实时同步和远程复制，同时MOSAIC数据库具有“远程同步压缩技术”，保证了二个中心数据大量传输的实时性和连续性。（1） 计算机网络通信结构 遥测

24、通信协议可采用国际工业标准的DNP3.0和MODBUS二种通信协议。该协议被世界上大多数主要SCADA 集成商和遥测设备供应商采用。MOSAIC系统可以支持有线，无线，微波，卫星，DDN，GSM/GPRS/CDMA等多种方式与现场设备，或其他的系统进行通信。 这些标准协议的采用保证了用户不被局限在某个硬件和软件生产厂商的产品上，便于系统今后的发展和维护。（2）主要计算机硬件系统根据SCADA系统的技术要求，调度控制中心 （MCC），容灾调度中心（BCC），门站，高压/次高压站，调峰站，LNG气话站，阀室 （RTU/PLC）等将配置计算机系统及相关设备，包括服务器、工作站、磁盘阵列及其他设备，在

25、后续相关章节有详细描述。1.1.3.3 软件系统1.1.3.3.1 MOSAIC 软件结构 在深圳燃气集团的SCADA系统中，采用LogicaCMG公司成熟，可靠和大规模的MOSAIC系统作为平台。其中MOSAIC是全开放式的，模块化的软件系统结构，主要由实时分布式关系型数据库，SCADA应用，图形用户界面GUI和高级通信管理（Service Broker）等子系统组成。同时提供短期用气量预测功能，生产调度、紧急抢修调度、设备检修和管理功能以及日常生产管理功能模块。MOSAIC系统具有完整的数据库管理系统，其占据了MOSAIC的核心位置。它除了作为知识库，还提供了一个在不同子系统之间的通用接口

26、，它是建立实时SCADA应用软件的基础。在本项目中，在每台SCADA服务器上，提供了三个独立而又统一的数据库子系统：实时数据库，事件数据库和历史数据库。 在MOSAIC中，对于所有数据库主机每个数据请求和数据更改都是分布式的，并且将作为数据库事件发送给每个注册的SCADA应用程序。大多数内部进程都通过数据库进行通讯，因此实时数据库就像是SCADA系统中的通讯中心。这就允许SCADA被建造成稳定的，模块化的和事件驱动的形式。由于SCADA应用程序的接口就是数据库本身，所以每个程序可以认为被松散的连接。SCADA程序组在计算环境或系统故障忽略策略中不需要彼此之间预先知道。每个应用程序只需要完成分配

27、给它的工作，接收作为数据库事件的命令、执行对数据库的更新。这在下面的例子中以图解的方式加以说明： 1从RTU获得数据，并且状态变化信息被送到主站。2 此信息通过终端服务器被遥测程序接收。遥测程序解译此消息，并向RDBMS发送数据更新请求。3 数据被送入数据处理器后，数据处理器会对需要的数据执行转换和分析。4任何新的状态和新的报警都被送如到RDBMS中。这些改变将送到有关的客户端，如5GUI和6历史数据库 。当历史数据库中记录下了变化值(以及它的时间戳)时，GUI将用新信息刷新显示标记和列表。 操作者可以从GUI发送控制请求到RTU。此操作的数据传输路径正好与前面所述的相反。1.1.3.3.2

28、MOSAIC SCADA系统介绍MOSAIC系统顾名思义是全开放控制和管理系统结构，建立实时和关键性系统的平台。它尤其适用于操作，控制和决策管理系统，这些系统可以由MOSAIC标准模块，应用模块和高级应用模块来满足用户的需要。首先，MOSAIC系统适用于企业管理和决策的需要，能够与企业内其他管理系统进行集成。MOSAIC提供了多种方法和工具用于MOSAIC监控系统与这些系统进行集成如： 应用开放环境 (API，内嵌SQL界面) 数据库连接 ( ORACLE， SYBASE， SQL SERVER， ACCESS)通过MOSAIC系统，每个人员均能得到响应的数据和信息，管理人员通过网络和管理计算

29、机查看到系统运行数据和报告。操作人员在控制中心通过工作站、计算机、终端工作站监视系统实时运行状态。计划人员通过计算机和数据交换进行模拟和分析数据。 MOSAIC系统满足了上述需要。并且提供了真正的跨平台关系型分布式数据库，这样允许用户通过LAN、WAN、ISDN、电话线、GPRS和无线等方式进行访问。 MOSAIC实时，分布式关系型数据库MOSAIC系统是基于面向对象式，实时关系型数据库管理系统(OODB)。 该数据库具有监控系统所需的实时特性和可操作性。MOSAIC数据库不是只开放了部分实时功能的管理型数据库，而是真正的关系型数据库，不仅具有实时特性、数据组态，而且具有非常高的分布式的性能。

30、MOSAIC数据库系统具有实时数据库、历史数据库、事件和报警数据库三部分。MOSAIC提供了所有关系型数据库的典型特点，包括： SQL-92 支持数据定义语言和数据处理语言； ODBC 用于计算机之间数据“无缝”交换； 内嵌SQL接口； 具有API应用开发工具； VB，C/C+ 高级语言； MOSAIC数据库支持快速实时网络数据更新和数据库同步技术，整个数据库通过组态方便建立。 MOSAIC 历史数据库是MOSAIC数据库管理系统中的有机部分。所有的数据均可通过SQL、GUI、ODBC、API和其他方式进行访问。MOSAIC数据库具备的根据节的数据库压缩技术，允许用户对所有数据进行快速和直接和

31、访问。历史数据可以转移到其他主机上，保证当主机发生故障时，数据的完整性和操作员工作的连续性。历史数据能够以标准的数据库的存取方式，便于其他应用数据库访问，如SQL访问格式等。operating system， tcp/ipservices brokerrealtimeDBMSdatahistorianalarmdatabasegraphic user interface MOSAIC Core Architecture 历史数据 一般情况下，至少两个服务器计算机将作为历史数据服务器并且将安装附加硬盘贮存空间，同时也可以通过磁带机进行备份。 任何时候，这两台服务器中只有一台存储在线历史数据。在此

32、服务器上出现的所有数据更新都将被记入日志。使用此日志，在离线服务器上维护历史数据的备份。在线历史数据和离线历史数据是合乎逻辑的，并且两者可以互换。通过使用一个日志，所有单点故障将在没有历史信息损失的情况下被处理。对于实时数据、历史数据和报警/事件数据，支持以一定格式的打印输出。在本项目中，除了SCADA服务器包括MOSAIC实时关系型数据库管理系统外, 在数据库服务器采用ORACLE商业数据库，主要进行历史数据存储，调度所需的报表，计划和日常管理工作等，作为企业生产运行的管理型数据库系统。 成熟的分布式结构 多数操作和控制系统具有分布式特性，也就是说通过广域网在多个地点采集数据在控制中心进行数

33、据处理，处理和分析结果为各种用户使用和共享。为适应这些特点，MOSAIC具有全分布式通信结构，这是MOSAIC主要特点并决定其应用的灵活性。MOSAIC能够通过局域网和广域网进行数据库的复制。可通过网络在多地点和多个计算机上进行数据库复制，并且每个地点和计算机均保证数据的统一性。这对企业关键性系统带来两个优点：一是其提高了数据的安全性，二是数据复制提高了在控制中心的MOSAIC系统客户机端的工作站缓存的快速和有效性。 高可用性系统 高可用性系统具有保证系统在软件和硬件功能故障时，系统仍能恢复和连续工作。MOSAIC系统通过实时连续监视系统网络上的设备运行状态 实现高的系统可用性。一旦故障发生，

34、在瞬间内使用替换程序来启动，包括监视如下设备： 。计算机主机和文件服务器 。工作站和X终端设备 。终端服务器和通信服务器 。通信负载。网络结点 (如路由器，网桥等) 在MOSAIC系统中，冗余级是没有限制的，具有“N”级冗余的特性。与传统的“主-从”热备份的主机结构相比，MOSAIC充分利用了主机资源，不采用备份机只起备份作用而不承担系统实际工作的“集中”方式，而是通过所有主机均承担实际工作，同时互为热备份的特点，有效地分配了系统负荷和计算机CPU的资源，同时达到“N”级备份的高可靠性能。 数据安全性 从深圳燃气集团大规模SCADA系统的管理决策的角度讲，本系统中的二个控制中心（调度控制中心M

35、CC和容灾调度中心BCC）的数据信息的价值要高于系统的硬件或软件，所以系统操作数据的安全性尤其重要。数据安全性因不同需要而各异，即包括在系统故障情况下，保护数据不丢失和在系统正常运行时，保证系统不被非法侵入。对第一种情况，采用以前提到的数据复制技术，MOSAIC系统保证了网络各结点数据库的多点复制。通常情况下，其应用在灾难恢复系统中，至少有一个控制中心来备份另一个控制中心的数据。 MOSAIC系统与其他监控系统相比的独特之处在于其能够通过通信网络对二个和多个控制中心系统的组态数据和运行数据进行实时备份复制。当系统故障，硬件故障或其他灾难发生时，操作可迅速转移到另一冗余主机上，保证数据完整，不丢

36、失，而系统不需要热启和人工启动来更新数据。为保护系统不被非法侵入，MOSAIC用户界面具有安全授权功能。通过对用户名 称和密码口令的识别，将用户按职能分开。该职能由用户进行定义，在数量上不受限制。首先用户能够根据自己的权限，严格地在规定控制区域内进行数据访问，其次进行操作和控制命令。 分布式操作控制中心 深圳市燃气集团需要以最有效的方式来布置其生产运行和维护等活动，这些不意味着只局限于其操作、控制和管理系统。对它的可能有效的管理方式是集中管理，对另一个企业来说，其有效的方式为平行、分布式管理，而其他一个需要综合集中和分布式管理模式。MOSAIC系统在每一个控制中心，可以以点的方式进行操作，也可

37、以通过主控制中心和区域控制中心进行具有层次的结构。无论您如何选择MOSAIC均能提供企业所需要的操作，控制和管理的灵活性。 MOSAIC RDBMS数据库管理系统通过网络保证数据完整性和实时性，数据库在有故障发生时进行数据恢复和同步，这种数据可重新同步在主应用进程开始之前进行。 MOSAIC系统性能 根据深圳市燃气集团的SCADA系统要求，MOSAIC系统作为大规模，实时监控系统平台，在调度控制中心（MCC）和容灾调度中心（BCC）的MOSAIC系统，通过“Cluster”集群技术和“全扫描”功能，来直接与门站、高中压调压站、阀室RTU，经过通信系统网络（专线/ADSL/电话拨号），实现进行数

38、据采集和控制功能。 整个SCADA系统采用的遥测协议为国际标准的数据网络协议DNP3.0和MODBUS，其中DNP3.0具有轮询和逢变自报的多种高级通信数据流控制的功能。尤其对于大规模SCADA系统，对“实时”性能的要求，更能体现其高效率和高可靠性的优势。在MOSAIC系统操作中， 由于在SCADA服务器采用UNIX操作系统, 具有免维护和高稳定性特点,系统不会出现“锁死”现象。1.1.3.3.3 MOSAIC 系统备份/冗余设计方案根据上述介绍的MOSAIC系统的特点，结合目前国际流行的大规模监控系统的趋势，在深圳市燃气集团的大规模SCADA监控系统的设计上，首先要求考虑的是其高可靠性的应用

39、。通过MOSAIC系统的实施和其成熟的应用业绩，我们主要在下面几个方面来考虑和进行其冗余式设计：（1） 硬件系统 （Redundancy） 在调度控制中心（MCC）和容灾调度中心（BCC）内，采用“互为热备”的10/100MB的冗余以太网，同时采用“互为热备”的SCADA服务器。MOSAIC系统的冗余备份方式与传统的“主备”方式有所不同，在于它采用了国际上最新的冗余备份技术，在线互为备份结构。在正常情况下，各主机均执行各自的监控任务，以充分利用计算机系统资源。在非正常情况下，实现在线互为备份。这种先进的Client/Server结构（在Server级即实现了分布）保证系统在长期大数据量的运行情

40、况下，有效避免服务器和各工作站间的数据瓶颈现象。在门站，高中压调压站和阀室，为保证RTU系统的可靠性，可采用“冗余式”的配置，如对RTU/PLC关键的模块（电源，CPU等）进行冗余的考虑。LogicaCMG公司的MD系列 RTU/PLC均具有这些功能。（2）操作系统和应用软件对于高端主机操作系统的选择，“真正64位”的平台是一个不可质疑的选择，比较流行的选择一项是各种Unix系统的选择，包括：Sun的solarise，HP的HPUX，IBM的AIX对于这些系统来说基本都是基本自身硬件的优势度身定做的系统对本身的硬件以及体系结构做出了一定的优化。相对这些操作系统来说还存在一些开放的64位平台，其

41、最大的优势在于高性价比。在2003年5月Microsoft推出了Windows Server 2003，其数据中心版和企业版都有相应的64位版本，在64位服务器阵营中再次形成了Wintel联手的局面。这将为开放64位服务器阵营带来大量微软的信仰者，其中以32位Windows的升级用户居多。Sun Solaris是最早实现工作负载管理的操作系统。现在，先进的Container Architecture功能成为Solaris 9的标准配置。Container Architecture不仅具有负载管理控制工具，还可以更好地隔离在同一套Solaris 9中运行的应用软件。这一技术源于Aurema公司的

42、主动资源管理技术(ARMTech)。此外，Sun还不断提高Solaris对多线程功能的支持，以期在未来多核多线程的处理器上获得竞争优势。当计算机硬件系统（SCADA服务器）采用了冗余式配置设计时，其操作系统和SCADA系统相应地进行了“互为热备”的工作。在大规模监控系统中，操作系统的使用上，目前国际上大型系统主要的应用和趋势是在“Client/Server”结构中，“Server” 级基本上采用“UNIX”操作系统，来充分保证系统的高可靠性，同时考虑到操作员和工程师的“方便，易用”等特点，在工程师、操作员和管理人员工作站，采用“WINDOWS”操作系统。MOSAIC系统是基于“UNIX”和“W

43、INDOWS”操作系统上开发的应用软件系统，其操作系统的升级和扩展不影响SCADA系统的正常运行。操作系统符合IEEE和ANSI的标准。MOSAIC系统是“全开放”的大规模监控和管理系统平台，其系统开发,操作,组态和管理均在WINDOWS环境中完成. （3）MOSAIC数据库冗余 。实时，关系型，分布式数据库 所有实时数据库的备份自动保存在所有SCADA系统服务器和工作站中。这种方式确保不管何时何地需要数据时，数据能被有效读取。MOSAIC系统另一些主要特性：q 可以用现有的计算机来执行高容错性的系统。q 提供并行性，允许不同的SCADA程序服务分散的传到若干服务器和工作站。q 数据库复制连续

44、进行。数据通过公共LAN传送到所有主机的时间不到0.2秒(在一般读取情况下)，(在系统最坏的情况下)不超过1秒。q 在系统重启的时候数据库重新进行同步传输并恢复故障的计算机设备。（4） 多中心备份应用 灾难恢复（Disaster Recovery）在深圳市燃气集团的SCADA大规模监控系统中，要求在的调度控制中心（MCC）和集团的容灾调度中心（BCC）进行“互为热备”的设计。上述的LogicaCMG MOSAIC系统，其分布式操作中心的设计，正是满足了深圳市燃气集团在系统高可靠性和分布式的需要。目前，现代化大型企业的数据的安全性和可操作性，越来越得到企业管理决策部门的重视。MOSAIC系统与其

45、他监控系统相比的独特之处在于其能够通过通信网络对二个和多个控制中心系统的组态数据和运行数据进行实时数据同步的备份复制。当系统故障，硬件故障或其他灾难发生时，操作可迅速转移到另一冗余主机或中心上，保证数据完整不丢失，系统不需要热启和人工启动来更新数据。在这个技术层次上,一般的HMI SCADA 软件不具备远程数据库分布和数据同步，复制的功能。在深圳市燃气集团，MOSAIC在控制中心（MCC）和备用控制中心（BCC）的SCADA服务器设置为二个“Cluster”中的同级别的服务器，即拥有相同的数据库和操作功能，通过VPN网，形成数据库的实时同步和复制。MOSAIC的“Cluster”技术不是简单的

46、数据备份，它允许备份中心的操作人员，根据授权系统管理，对整个系统进行操作。（5） 通信系统设计（Redundancy） 根据系统的要求，在门站、高中压调压站和阀室等重要场站的通信系统设计，考虑VPN和ADSL“冗余备份”结合的方式。 （请详见通信系统设计章节）1.1.3.4第三方应用系统连接 LogicaCMG公司在SCADA系统，GIS系统，Trouble Call系统，CIS系统，GAS 模拟和仿真系统均具有成熟的系统集成的经验和业绩。如在上海天然气系统和杭州市天然气系统设计中，包含了上述各应用系统的集成，实现了SCADA/DMS大规模综合调度管理系统。在英国天然气管道有限公司（Trans

47、co）也有这样的应用等。在深圳市燃气集团的SCADA/DMS系统中，我们会根据经验和用户的实际应用要求，根据用户对DMS系统的实际应用需要，实现SCADA，GIS，TCMS，CIS等多系统的连接和集成，最终形成深圳市燃气集团SCADA/DMS生产运行和综合调度管理平台。1.1.3.4.1 与模拟和仿真系统连接LogicaCMG SCADA/DMS系统提供了与实时天然气应用软件系统的接口，该接口利用API接收所有实时系统数据。通过实时检测的模拟量和数字量，实时模型能准确连续地确定瞬时压力环境，和系统管网的状态。检测值通过传输协议或API以不小于30秒的固定频率从SCADA系统向实时模型提供。在S

48、CADA中的所有实时数据都带有时间标签。实时天然气应用软件将发送关键的计算数据、警告和报警给LogicaCMG SCADA/DMS系统，以便操作员进行审查和操作。此数据将通过一个独立的PC传输，在不同的工作站上操作员可以通过集成的DMS GUI来查看它。如果需要，模拟的结果、报警和警告的详细察看可以直接在实时气体应用程序工作站实现。提交到SCADA/DMS系统的报警将通过标准的SCADA功能发送给所有相关人员。项目的长期目标包括提供一个DMS系统。该系统允许用户通过一个基于SCADA/DMS系统的GIS来对整个管网进行操作和控制。为了达到这个目的，系统需要在管网各点显示管网操作的结果而不是仅仅

49、显示他们的位置。这要求模拟计算管道操作环境（流量、压力、密度、储量等），所以需要把整个管网输入到MOSAIC SCADA/DMS系统中。由于数据量巨大，每次更新都把整个管网传送到模拟管道操作环境中是不切实际的。所以必须限制在网络上传送的数据，只需要传送那些操作员所关心的那部分数据。这就要求必须能够迅速选出那些实际需要的数据。本数据接口就提供了这种功能。1.1.3.4.2与地理信息系统（GIS）连接 在深圳燃气项目中，我们采用ESRI ArcInfo GIS地理信息系统， LogicaCMG SCADA/DMS GUI支持多层GIS背景（multi-layers GIS background），

50、能够直接导入如下格式的GIS文件作为系统图的背景层，详见第三册第四章。 AutoCAD (DXF) ArcInfo (SHP & E00) MapInfo (MIF & MID & TAB) MapGis (WAL & WAT & WAP) Microstation (DGN) SCADA/DMS 的实时数据将作为多层的叠加到LogicaCMG SCADA/DMS GUI的系统图中。在LogicaCMG SCADA/DMS GUI中，每个图层都可独立地选择显示或不显示。正如前面介绍的，LogicaCMG SCADA/DMS是一个模块化的系统。根据深圳市天然气公司的要求，在本项目第一阶段实施了M

51、OSAIC监控系统，在第二阶段，逐步实现客户信息系统(CIS)和客户故障报告管理系统(TCMS) 模块，GIS地理信息系统和管网模拟/仿真系统与SCADA系统的集成，最终形成“SCADA/DMS”综合调度管理系统。(1) AM/FM（资产管理系统/设备管理系统）模块 许多的GIS系统已经支持资产管理系统/设备管理系统。但是，这些系统是独立而非实时系统。它无法为调度员提供在线的资产和设备信息。LogicaCMG SCADA/DMS的资产管理系统/设备管理系统模块可导入多种GIS系统的资产管理/设备管理信息，并与实时数据相连接，能为调度员提供在线的资产和设备信息。（2）与GPS/AVL系统的接口每

52、个移动维修人员工程车上都配有一个GPS/AVL 系统。安装此系统的目的在于使控制系统能够一直得到所有移动人员和车辆的位置。在 GPS/AVL系统建立后，就能反映出工程车的实时位置和轨迹，用于智能化的分配和指导紧急事故处理。并能与移动维修人员进行实时和非实时的双向通讯，下达紧急事故处理任务和相关信息，监督事故处理进度等。(3) 拓扑分析子系统系统提供对管网连通性的分析，当选择一段管道或设备时(通过鼠标在操作员GUI上选)，管网将查找识别与其所连通的阀门和调节阀，用来确定哪些阀门需要关闭以隔离被选设备。为紧急事故的处理提供帮助。(4) 维修管理子系统 维修管理系统有两个主要功能，应急维修支持(EM

53、S)和预定维修支持(SMS)。EMS和SMS的主要区别在于：SMS处理常规维修，修理的故障不是严重的并且可以延时维修，相反EMS维修一些突发的并需要紧急恢复的故障。 EMS(应急维修支持)系统帮助操作员处理天然气管网中的紧急事件。当SCADA/DMS系统接到紧急故障信息时(这可以由多方面引起，例如：SCADA、气体应用或TCMS)， SCADA/DMS系统将产生一个报警并在EMS列表中添加EMS纪录。如果操作员从EMS列表中选定了EMS纪录，系统将执行以下操作：故障定位 故障点的地理位置在SCADA/DMS显示中定位，并做标志(此标志是基于信息源和故障类型的)。 SCADA/DMS可以在主窗口

54、上自动弹出一个标明故障设备和资产信息的窗口，并在主窗口中心通过一个闪烁符号标记故障设备。为了与故障点隔离，周围需要关闭的隔离阀将被自动确定并在上述弹出的窗口中高亮显示。系统识别距离故障点最近的可操控阀门是必要的，目的是为了让操作者既可以通过SCADA/DMS GUI操控远程阀门，也能通过机动维护人员到现场使用手工操作阀隔离故障。向操作员提供信息SCADA/DMS系统将查询故障环境，以便向操作员提供信息，此信息会在另一窗口中显示。此窗口含有许多“表格”以显示下列信息：q 故障设备的AM/FM信息。此信息包含设备的描述、大小、等级，等。q 故障涉及到的所有客户名称、地址、电话号码、联系人。q 故障

55、点附近的医院、消防队和消防栓的名单，以及他们的位置和联系信息。向受命的移动维修人员提供/发送信息操作员根据以上信息展开维修工作，并通过SCADA/DMS GUI向流动维修人员分配故障点。然后需要向受命人员提供故障点描述以及其他关键信息。此信息从SCADA/DMS数据库传到一个GPS/AVL和PDA服务器，再从那里通过无线网传到流动人员的GPS/AVL，从而传输给维修人员。通过此数据链传输的信息包括：q 故障类型和地理位置q 故障设备的AM/FM信息q 故障导致的处于危险的服务机构和基础设施名单q 建议手工操作隔离阀的开关程序。故障恢复流动维修人员通过GPS/AVL的无线WAN向SCADA操作员通报故障恢复。