SCADA系统培训演示幻灯片.ppt

,*,*,输气管道数据采集与监控,SCADA,系统,1,1.0 SCADA,的基本概念,监测监控及数据采集系统（,Supervisor Control And Data Acquisition,）,，简称,SCADA,，,是一类功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统，它综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。,SCADA,系统的概念形成于60年代；70年代成型；80年代，微机+,PLC(PC),功能强大；90年代，网络拓宽了应用范围，管理自动化，更方便。,2,现代化的输气管道形成了以计算机为基础的数据采集与监控系统。,SCADA,系统承担着管道的压力与流量调节、水击保护、天然气计量、流程切换和阀门开关等几乎所有工作。,自动报警与保护：,自动调节与控制,数据采集、传输、处理,SCADA,已经成为复杂的远程控制系统。,概述：,主要内容：,3,特点,一般来讲，,SCADA,系统特指分布式计算机测控系统，主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控，通常情况下，测控现场是无人或少人值守。,4,现代油气长输管道系统是以,4C,（,Computer,control,Communication,CRT,）技术为基础，网络结构主要有调度控制中心网络（,DCC,）站控系统（,SCS,），通信系统（,COMM,）三部分组成。,管道,SCADA,系统的配置形式一般有远程控制终端,RTU,（站控机）、控制中心计算机系统、数据传输及网络系统、应用软件组成。,5,SCADA,的系统结构：,SACDA,系统的主要功能是支持整个油气管网的操作运行。整个系统具有三层结构，它包括系统主计算机、通信处理机和,RTU,。,SCADA,系统主机对所有站场的工艺参数在线实时的监视。,6,通信控制处理机（简称,CCP),communication control processor,对各主计算机之间、主计算机与远程数据终端之间，以及各远程数据终端之间的数据传输和交换进行控制的装置。不同功能的通信控制处理机能把多台主计算机、通信线路和很多用户终端连接成计算机通信网，使这些用户能同时使用网中的计算机，共享资源。,7,网络结构,:,主要功能：在网络中的所有用户可以共享全部或部分信息资源，实现硬件、软件和数据共享。,硬件配置：,SCADA,主机、操作员工作站、打印机、通信处理机、网络服务设备。,软件：,操作系统软件、,SCADA,系统软件、应用软件。,8,调度控制中心,DCC,及计算系统,DCC,作为,SCADA,系统最高级别的一层，主要负责采集所有站控,RTU,的数据及系统数据库的生成，对整个系统的工艺生产进行管理，优化，决策及控制。,调度中心负责对全线进行集中监视、控制和调度管理。,9,主站硬件组成,主站计算机通常按冗余配置，以备故障时互为备用。一般,SCADA,系统主站有以下各项：,主站计算机；中央处理单元；磁盘存储器；,磁带数据存储器；计算机自动故障接口；,操作员接口系统；打印机、报警、报表等；,键盘；数据远传系统；,电源与辅助系统；,UPS,系统；,空调环境控制系统；防火系统；,10,站控系统的组成,（,1,）站控计算机,对站内工艺参数进行集中显示、记录、报警；显示运行状态、动态趋势、工艺模拟流程图；,对流量进行显示和打印制表；报警、事件信息显示及打印；,对需要进行安全保护操作的工艺设备进行安全连锁控制；,遥控电动切断球阀；,控制系统操作方式选择。；,11,（,2,）站控,RTU,远程终端单元（,RTU,）是一个术语，用来描述不仅能用作就地控制层，是实现现场数据采集、计量、报警、停车保护、控制、显示与打印的黑匣子。,作为,SCADA,系统现场终端能按要求实时向主站发送信息，并接收来自主站的控制指令与信息，实现远距离控制。各种,SCADA,系统中其,RTU,的功能与组成各不相同。,SCADA,系统站控级设备主要是,PLC,和,RTU,。站控级的典型搭配是以,RTU,作为上位机，负责与中心计算机的数据传输与处理，,PLC,作为下位机，负责采集现场数据、接受,RTU,指令、下发现场设备控制指令。,12,RTU,硬件组成,模拟输入通道,数字与开关量通道,模拟输出通道,开关量输出通道,数据处理软件与硬件,通信接口,维护试验箱,供电,RTU,外壳,13,用可编程控制器实现的管道系统,次主站计算机,管道控制台,数据处理计算机系统,主站计算机,次主站计算机,管道末端,管道末端,RTU,RTU,RTU,RTU,RTU,RTU,RTU,RTU,管理末站,管道控制系统,管理信息系统,SCADA,系统框图,14,上位机：侧重监控功能,下位机：直接控制功能,通信网络：实现上、下位机数据交换,如上图所示。,从其结构可以看出，,SCADA,系统具有控制分散、管理集中的“集散控制系统”的特征。,15,1,）上位机组成：,上位机系统通常包括,SCADA,服务器、工程师站、操作员站、,WEB,服务器等，这些设备通常采用以太网联网。,实际的,SCADA,系统上位机系统到底如何配置还是根据系统规模和要求而定。根据安全性要求，上位机系统还可以实现冗余，即配置两台,SCADA,服务器，当一台出现故障时，系统自动却换到另外一台工作。,16,（,2,）上位机功能：,数据采集和状态显示。,远程监控。,报警和报警处理。,事故追忆和趋势分析。,与其他应用系统的结合。,17,下位机,（,1,）下位机功能：,数据采集,下位机配置的各种输入设备（,DI,、,AI,等）进行数据采集。,注：前面的,A,和,D,分别代表模拟量和数字量，后面的,O,和,I,分别代表输出和输入，如,AI,是模拟量的输入，,DI,数字量输入。,控制,下位机配置的各种输出设备（,DO,、,AO,等）对现场设备进行控制,下位机接收上位机的监控，并且向上位机传输各种现场数据,18,（,2,）下位机类型：,远程终端单元,RTU,RTU,（,Remote Terminal Unit,，,RTU,）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用等方面的优点也得到用户的肯定。,19,RTU,的功能：,RTU,的主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中一个独立的工作站，这时,RTU,可以独立的完成连锁控制、前馈控制、反馈控制、,PID,等工业上常用的控制调节功能；进行数据采集时作为一个远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心站或其它站的通讯和遥控任务。,20,检测压力、温度、差压等模拟量。,模拟量定值控制。如进站、出站压力远程控制。,监测工艺、设备报警与状态的开关量。,开关量控制。阀门、压缩机等,21,RTU,的配置与程序执行,RTU,的主要配置有,CPU,模板、,I,O,（输入输出）模板、通讯接口单元，以及通讯机、天线、电源、机箱等辅助设备。,RTU,能执行的任务流程取决于下载到,CPU,中的程序。应用程序可用工程中常用的编程语言编写，如梯形图、,C,语言等。有些设备采用,C,语言编程。,RTU,的特点：,（,1,）同时提供多种通讯端口和通讯机制。,（,2,）提供大容量程序和数据存储空间。,（,3,）高度集成的、更紧凑的模块化结构设计。,（,4,）更适应恶劣环境应用的品质。,22,中间站,RTU,配置,23,可编程控制器的定义,定义：,国际电工委员会（,IEC,）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：,“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。,24,四、,PLC,的特点,通用性强，使用方便,功能强，适应面广,可靠性高，抗干扰能力强,控制程序可变具有很好的柔性,编程方法简单，容易掌握,PLC,控制系统的设计、安装、调试和维修工作少,.,极为方便。控制程序变化方便,.,具有很好的柔性。,体积小、重量轻、功耗低,25,五,、,PLC,的基本功能,1,逻辑控制功能,2,定时控制功能,3,计数控制功能,4,步进控制功能,5,数据处理功能,6,回路控制功能,7,通讯联网功能,8,监控功能,9,停电记忆功能,10,故障诊断功能,26,1,逻辑控制功能,逻辑控制功能是,PLC,最基本功能之一,是,PLC,最基本的应用领域，可取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。,在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。,例如：机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯控制、饮料灌装生产线、家用电器,(,电视机、冰箱、洗衣机等,),自动装配线控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线控制等。,1,逻辑控制功能,27,2,定时控制功能,定时控制功能是,PLC,的最基本功能之一。,PLC,中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。,定时器的设定值,(,定时时间,),可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。,同时,PLC,还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确实时控制,。,2,定时控制功能,28,3,计数控制功能,计数控制功能是,PLC,的最基本功能之一。,PLC,为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号,(,计数值到,),，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。,传感器,旋转编码器,变频器等,计数输入,输入复位,00000,00001,00002,3,计数控制功能,步进电机是脉冲控制的。用,PLC,控制步进电机，其实就是用,PLC,内的脉冲指令输出脉冲而已。只不过要计算和设定好脉冲的个数及频率。脉冲个数对应步进电机的转数也就是距离，脉冲的频率是步进电机的速度。,5,数据处理功能,PLC,大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换译码编码等操作。,中、大型,PLC,数据处理功能,更加齐全，可完成开方、,PID,运算、浮点运算等操作，还可以和,CRT,、打印机相联，实现程序、数据的显示和打印。,8,监控功能,PLC,设置了较强的监控功能。,利用编程器或监视器，操作人员可以对,PLC,有关部分的运行状态进行监视。,利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变,PLC,内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调整和维护提供了极大的方便。,9,停电记忆功能,PLC,内部的部分存储器所使用的,RAM,设置了停电保持器件（备用电池等），以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。,利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持,PLC,断电后的数据内容不变。,PLC,电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。,10,故障诊断功能,PLC,可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动中止运行。,PLC,的故障自诊断功能，大大提高了,PLC,控制系统的安全和可维护性。,第二节,PLC,基本原理,2.1,PLC,内部硬件框图及各部分作用,2.2,PLC,工作过程特点及主要性能指标,2.4,PLC,分类,2.1 PLC,内部硬件框图及各部分作用,2.1.1 PLC,的组成,PLC,由四部分组成：中央处理单元（,CPU,板）、输入输出（,I/O,）部件和电源部件。,PLC,的基本组成与一般的微机系统类似：是一种,以微处理器为核心的、用于控制的,特殊计算机,PLC,的基本组成包括,硬件与软件,两部分,PLC,的硬件：,中央处理器（,CPU,）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等,PLC,的软件：,系统程序和用户程序,2.1.2 PLC,内部主要部件功能,1.PLC,中的,CPU,作用,CPU,的作用：按系统程序赋予的功能，指挥,PLC,有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：,1,）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据,2,）诊断电源、,PLC,内部电路故障和编程中的语法错误等,3,）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据,4,）逐条读取并执行存储器中的用户程序，将运算结果存入存储器,5,）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能,2,输入,/,输出接口（,I/O,模块）,输入/输出接口通常也称,I/O,单元或,I/O,模块，是,PLC,与工业生产现场之间的连接通道。,PLC,输入接口,-,-,用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等，通过,输入接口,电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号，,用这些数据作为,PLC,对被控制对象进行控制的依据。,PLC,输出接口-,路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。,输入,/,输出（,I/O,）点数：,PLC,的,I/O,点数,是指,PLC,的,I/O,接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。,I/O,点数,是选择,PLC,的重要依据之一。,当,I/O,点数不够时，可通过,PLC,的,I/O,扩展接口对系统进行扩展。,2.1.4 PLC,的软件系统,系统程序:,系统程序，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。,系统程序，由,PLC,的制造厂家编写的，在,PLC,使用过程中不会变动，它和,PLC,的硬件组成有关，它关系到,PLC,的性能。,系统程序，由制造厂家直接固化在只读存储器中，用户不能访问和修改。,ROM,具有非遗失型、不可更改型，运行速度相对较慢。,1,系统程序,；,2,用户程序,；,3,编程语言,用户程序:,用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由,PLC,控制对象的要求而定的。,为便于读出、检查和修改，用户程序一般存于,CMOS,静态,RAM,中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。,为防止干扰对,RAM,中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在,EPROM,中。,现在有许多,PLC,直接采用,EEPROM,作为用户存储器。同时具有非遗失型、可以快速的运行、电他写的功能,通信系统,COMM,SCADA,系统网络包括控制中心主计算机网络、主计算机对,RTU,（,PLC,）网络和就地,RTU,网络，用于实现系统的通信。,通信方式：公用电话网、高频或甚高频无线电通信、,微波通信,、电力载波通信、直达线通信、同轴电缆、,卫星通信,及,光纤通信,。,通信冗余技术，一用一备双信道。常用的通信方式：,43,主站软件,一般分为三个部分：计算机操作系统软件、,SCADA,系统软件、应用软件。,SCADA,系统软件：远程终端查询软件、数据采集软件、传输指令软件、建立及管理实时数据库软件、,CRT,显示、记录报警、报告生成软件及运行调度决策指导软件。,应用软件：动态模拟软件、泄漏检测定位软件、水击动态分析软件、优化运行控制软件、清管器 跟踪软件、批量,/,组分跟踪软件、培训模拟软件等。,44,输油管道的应用软件通常包括,水击控制软件,在线仿真软件,清管器（球）跟踪软件,运行工况预测软件,系统优化运行软件,泄漏检测定位软件,批输控制软件,模拟培训软件,45,输气管道的应用软件通常包括,实时模拟软件,在线预测软件,仪表分析软件,泄漏监测及定位软件,输气管道自救能力分析软件,离线培训模拟软件,46,2,、,SCADA,系统的功能,2.1,控制中心主计算机系统的功能,2.2,、站控系统功能,2.3,、数据传输系统功能,47,2.1,控制中心主计算机系统的功能,（,1,）监视各站的工作状态及设备运行情况，采集数据和信息。主要：,检测量：进出站温度、压力；首站、末站和计量站流量；输气站的有关数据；凝液罐液位、温度及储量；增压站出口阀的开度及阀前后压差；站母线电压、电机电流等。,报警信号：天然气进出站压力过低、出站压力过高；凝液罐液位超限；停电；电动球阀故障停运；进出口压差过大；出站调节阀故障；压缩机组轴承温度过高；安全阀、泄压阀动作等。,状态量：压缩机、出站调节阀和主要阀门的运行状态。,48,（,2,）向,RTU,发出操作指令,压缩机程序启动、停运,压缩机监控，压缩机出口压力及温度监测与高温报警,阀门开启、关闭,出站压力的控制,49,（,2,）向,RTU,发出操作指令,根据操作人员的要求在,CRT,上随时提供管道运行状态的图形显示及历史资料的比较和趋势显示,按规定时间打印主要运行参数及运行状态报告,记录报警、操作指令等,运行有关的应用软件，对压力、温度、清管、批量跟踪、流量、界面检测等操作。,50,2.2,、站控系统功能,过程变量巡回检测和数据处理,向控制中心发送数据和报警,提供运行状态、工艺流程、动态数据画面、图像显示、报警、存储、记录、打印,执行控制中心命令，或独立实现,PID,或其他控制,实现流程切换,进行自我诊断,提供操作人员操作记录和运行报告,51,2.3,、数据传输系统功能,数据传输系统利用各种信道把主站计算机和分布在远处的,RTU,或,SCS,连接为一体，完成油气管道的运行调度管理工作。,有线方式：电话线、同轴电缆、双绞线、光纤等,无线方式：甚高频,VHF,、超高频,UHF,、微波、卫星等。,52,3,、输气管道,SCADA,系统设计与实施,3.1,设计思想,利用计算机、通信和自控技术，对管道输送天然气的状态实施检测制并进行数据采集与分析，实现长输管道的自动化控制,3.2,管道,SCADA,系统的实施,项目实施过程包括项目立项审批、基本设计、详细设计、系统招标、工厂设计、及系统集成组态、工厂测试、现场安装调试、系统验收等各个环节。,53,3.1,设计思想,安全性：防火防爆、操作程序分级控制、注重网络安全,先进性：选择先进的软硬件,可靠性、可用性：极高的可靠性，双机互备用,冗余性：关键设备很高的容错能力,54,3.1,设计思想,开放性：开放性设计是当今系统设计的基本要求，要求各厂家遵守共同的国际标准，可以实现不同厂家产品的通讯，增加设备选择的灵活性。,模块化：增加系统灵活性，便于升级。,扩展性：系统的扩展性是对未来要求的反应。,可操作性、可维护性：便于使用维护。,三级控制：远程控制、站场控制、现场手动控制。,55,3.2,管道,SCADA,系统的实施,1,）,SCADA,系统实施应注意的几个问题：,选择好的系统承包商,系统经同类工程的证明可靠、成熟,提供服务的承包商应具有丰富的工程业绩,56,3.2,管道,SCADA,系统的实施,（,2,）对,SCADA,系统实施建议,（,3,）系统培训,操作人员培训,维护人员培训,管理人员培训,57,4,、长输管道,SCADA,系统冗余技术,长输管道,SCADA,系统要求具有较高的可靠性和安全性，故需要采用冗余技术形成容错控制系统，以保障安全高效生产。长输管道,SCADA,系统冗余技术以硬件冗余为主，时间冗余和软件冗余为辅。冗余结构应做到可靠性和经济合理性,。,4.1SCADA,系统控制中心冗余结构,58,4.1,管道,SCADA,系统冗余结构分类,仅控制中心主计算机冗余,控制中心主计算机冗余，站,PLC,分级冗余,控制中心主计算机冗余，站,PLC,采用全冗余结构,系统分层多级冗余,59,4.2 SCADA,系统控制中心冗余结构,服务器冗余,局域网冗余,系统冗余,60,谢谢！,61,