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摘要：SCADA系统是城市燃气输配管网信息化的核心系统，在城市燃气输配系统运行中进行安全监控和输配调度管理。本文详细介绍了SCADA系统在深圳燃气输配系统中应用的必要性、系统设计、系统结构、系统功能、系统安全和实现效果。实践证明，深圳燃气输配管网应用了SCADA系统，为深圳市的“安全供气、稳定供气”提供了强有力的技术保障，提升燃气企业安全管理水平，为城市公共安全做出了有价值的贡献。

关键词：SCADA系统、输配系统、应用

Application of SCADA system in urban gas transmission and distribution system

HUANG Jingqun

（Shenzhen Gas Group Co. LTD， Shenzhen， Guangdong 518049）

Absrtact： SCADA system is the core system of urban gas transmission and distribution network informatization， which carries out safety monitoring and dispatching management of transmission and distribution in the operation of urban gas transmission and distribution system. This paper introduces in detail the necessity， system design， system structure， system function， system security and implementation effect of SCADA system in Shenzhen Gas transmission and distribution system. Practice has proved that SCADA system is applied in Shenzhen Gas transmission and distribution network， which provides strong technical support for “safe and stable gas supply” in Shenzhen， improves the safety management level of gas enterprises and makes valuable contributions to urban public safety.

Key words： SCADA system， transmission and distribution system， application

目前深圳市的天然气管网总长度8000余公里，采用了高压-次高压-中压-低压四级压力设计（低压管网主要供应城中村用户），主要气源有澳大利亚液化天然气、西气东输二线天然气、国家管网深圳LNG以及华安储备库和求雨岭储备库两座LNG应急储备，已经形成“多气源、一张网”的供气格局。燃气输配系统还包括LNG站、门站、调压站、电厂调压计量站、阀室等各种类型的场站100余座和中压管网压力监测点300余个，其中LNG站、门站按照有人值守操作设计，调压站、阀室等其他类型场站均按照无人值守操作设计。

为确保燃气输配系统的安全高效运行，保障全市天然气用户的稳定用气，深圳燃气集团建立了一套SCADA燃气监控与数据采集系统，监控全市20000余个数据监控点，实时掌握燃气输配管网各生产场站工艺参数、设备状态。该系统在优化调节参数、控制精度上已达到了很好的水平，操作平稳率很高，减少了操作人员的数量，大大减轻操作人员的劳动强度，提高了生产过程的安全性。同时也为实现场站无人值守提供有效技术手段，提高场站自动化监测和控制水平，为天然气管网安全运营和维护提供可靠的保证。因此，在城市燃气输配系统中应用SCADA系统是必然的选择。

1 SCADA系统简介

SCADA系统（Supervisory Control And Data Acquisition，数据监控与采集系统）是集测量技术、计算机技术、通讯技术于一体的综合性集成控制系统，其本质是通过自动化、信息化技术实现对城市燃气输配系统的遥测、遥信、遥控及遥调，实现燃气输配管网的实时中央监控和管理调度。

2 SCADA系统设计

2.1整体规划

根据集团公司业务结构、管理职责、功能需求等各方面情况进行设计。深圳燃气是二级组织架构，二级监控管理模式，分别是调度中心、站控室。调度中心对各场站站控系统上传的数据进行监控，其流量、压力、温度、设备运行状态等所有与工艺流程有关的参数、变量均能够在调度中心进行监视和设定，并可对主要设备进行远程控制。

2.2控制模式

控制权限分为现场手动控制、站控远程控制、调度中心远程控制的三级控制模式。所有场站以现场手动控制的级别为最高，在中心/站控控制命令无法操作现场设备时，可由现场手动操作来完成。远程控制时，默认控制权限在调度中心，调度中心既能直接主动获取控制权，也能将控制权授予站控。站控只能被动获取控制权，没有将控制权授予中心的功能。对于有人值守的场站，以场站本地站控为主，现场手动控制为辅，远程控制作为备用控制。对于无人值守场站、阀室等控制以调度中心控制为主，现场手动控制为辅。

2.3系统冗余

为了保证SCADA系统的稳定性和可靠性，除了选择可靠稳定软硬件外，对一些关键的设备和系统都采用冗余设计，提高整个系统的稳定性和可靠性。主要从以下几个方面采用冗余配置：

①站控系统冗余：对重要的场站，如LNG站、门站、电厂调压计量站对控制系统要求高的场站采用冗余的PLC控制系统，PLC的CPU、电源、通信模块及通信总线都采用冗余配置。

②通信网络冗余：为提高通信稳定性，SCADA系统通信系统采用冗余设计，当主通信通道发生故障时系统自动切换到备用通信通道，由备用通道来传送数据。

③服务器冗余：对调度中心SCADA服务器、通信服务器和数据库服务器都采用冗余设计，一旦主服务器出现故障，系统能自动切换到备用服务器，由备用服务器承担起数据采集、通信和存储任务。

④冗灾中心设计：设置主备两个调度中心，两个调度中心互为异地冗余热备配置，当主调度中心出现灾难性事故造成调度中心软硬件无法正常运行失去调度功能后，自动切换到异地备用冗灾中心去，由备用冗灾中心承担起输配调度任务。

3 SCADA系统结构

SCADA系统结构（如图1所示）由三部分组成：第一部分，数据采集系统，也称为站控系统;第二部分，过程监控与管理系统，即调度中心;第三部分，数据通信系统，包括上位机网络系统、下位机网络系统以及将上、下位机系统连接的通信网络。

3.1站控系统：

站控系统主要是负责采集现场设备工艺参数数据，并将采集的工艺参数通过通信系统送到调度中心监控系统，同时接受调度中心监控系统发送的控制指令对现场设备进行控制。站控系统主要由现场仪表、控制器和开发的应用软件组成。

①现场仪表主要包括传感器、变送器、就地显示仪表、智能仪表及执行机构，主要负责检测、测量现场站点的运行参数并控制现场设备。

②可编程逻辑控制器（PLC）用于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单元，PLC可以独立地完成连锁控制、反馈控制、PID等控制调节功能，进行数据采集时作为一个远程数据通信单元，完成或响应与调度中心或其他场站的通信和遥控任务。

③远程控制单元（RTU）作为通信前置机，用于进行数据采集与控制，其基本功能和PLC一样。

3.2调度中心：

调度中心监控系统主要是对站控系统送来的数据进行显示、存储、统计、分析等，并远程下达控制指令。调度中心SCADA系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括服务器、工作站、网络设备等组成;软件系统由计算机操作系统、SCADA系统平台软件、数据库软件、通信软件组成。

3.3通信系统：

通信系统主要负责数据传输，并将数据按照一定通信规约进行通信。中压、次高压系统主信道采用中国电信的CDMA网络，备用信道采用中国移动的GPRS网络;高压系统主信道采用自建光纤，中国电信的CDMA网络作为备用信道;主调度中心内部网络采用冗余1000M网络通信方式;主调度中心和冗灾中心采用公司内部VPN网路通信方式;现场站控系统和中心通信协议统一采用MODBUS TCP/IP通信协议。

4 SCADA系统功能

SCADA系统主要是通过实时采集燃气输配管网生产数据（压力、温度、流量、气体组分等参数）、设备状态、报警信息实现对城市管网运行状态实时监控，并通过调度中心远程控制场站阀门、调压调流等系统，实现远程生产调度管理。同时对采集的数据进行存储、统计、分析，通过标准的数据接口为GIS系统、管网仿真系统、负荷预测系统等信息化系统提供基础数据。

4.1生产管理功能

显示城市管网总图的重要工艺数据、设备状态、设备参数，场站工艺流程，工艺数据趋势显示，和关键设备的操作。在应急调峰方面，通过计算液化天然气调峰站内每个储罐内存储的气量值，并且计算出每个液化天然气调峰站内所有储罐内存储的总储气量，然后根据每个液化天然气调峰站内的每个储罐的气化能力来计算出现在所有液化天然气调峰站站内的储罐总量还可以持续使用的估测使用情况。计算全市次高压管网和高压管网储气量，根据计算实际管储量来估算当发生供气事故时，保障重要用户供气时间，以制定相应的调峰方案，保证安全稳定供气。通过SCADA系统控制设备动态调整管网天然气的流量和压力，动态平衡天然气管网供气。

4.2安全管理功能

根据生产的需要将报警分为一般报警、重要报警和严重报警三个级别，针对不同报警系统通过报警颜色和声音进行区别。当发生报警时，系统自动弹出报警画面，报警记录具有查询功能。

4.3辅助管理功能

软件能自动记录系统运行记录以及用户登录、用户操作记录，方便对事故进行分析和追溯。为保证系统运行安全，系统的权限管理以多用户和密码的方式实现。系统能自动生成各种生产数据报表，包括实时数据列表、日报表、月报表、年报表，供气和用气供销差分析报表。

4.4热备切换功能

主备通信信道自动切换功能，当主通信信道中断时，能自动切换到备用通信信道。主备通信服务器自动切换功能，当主通信服务器出现故障时，能自动切换备用通信服务器，保证通信数据正常传输。主备调度中心数据自动同步功能，以及所有站点都具备数据补传及报警主动上传功能。

5 SCADA系统安全：

深圳燃气SCADA系统建设于2009年，早期相关安全防护措施较弱，为避免受到不法分子攻破和利用造成严重后果，保障深圳市天然气输配系统安全稳定运行，深圳燃气组织项目人员对集团的工控系统安全进行探索和研究，建立集团工控安全管理体系，完善工控安全管理制度，并在2019年实施SCADA工业控制系统安全技术防护，提升本单位工控系统网络信息安全防护水平，保障系统可靠性和生产安全。

5.1通讯网络安全

①生产网与办公网隔离，在工控系统主备调度中心与办公网之间部署安全隔离网闸，通过合理的安全策略保证数据的单向控制传输，实现高安全等级的隔离防护措施。

②生产网内部区域隔离，在工控系统内部不同区域之间部署工业防火墙，在主备调度中心与下属站点互联接入边界、各站点边界串行部署工业防火墙，实现不同安全域间的安全隔离，防止非法、非授权的数据通信，同时基于工业防火墙深度工业协议识别白名单机制实现对业务应用层的安全防护，为减少防火墙数量，增加三层交换机进行链路汇聚。

5.2区域边界安全

①入侵检测，在工控系统主备调度中心分别部署入侵检测系统，采用旁路接入方式，能够实时检测包括溢出攻击、RPC攻击、WEBCGI攻击、拒绝服务、木马、蠕虫、系统漏洞等在内的11大类数千种网络攻击行为，有效的为网络边界提供全景的实时入侵检测机制，使其详细的掌握生产网中的安全情况。入侵检测系统还可提供了详尽的攻击事件记录、各种统计报表，并以可视化方式动态展示，实现实时的全网威胁分析。

②安全审计，在工控系统主备调度中心分别部署工控安全监测与审计系统，实现网络的3大审计检测功能，即网络通讯行为审计、网络操作行为审计和无流量监测，可为网络安全事件提供追溯。

5.3计算环境安全

①安全运维管理平台（堡垒机），工业控制网络拥有一定数量的上位机、工程师站、操作员站、服务器等关键设备，在使用远程维护VPN通道时，没有运维操作审计，将会给生产网络安全带来更大的隐患，为确保生产网络的运维管理满足等级保护的身份鉴别、访问控制、安全审计的相关要求，需要安全运维管理平台（堡垒机），实现运行维护管理的身份鉴别、访问控制和安全审计。

②恶意代码防护和主机加固，针对SCADA系统内关键主机防护，主要采取主机加固软件和安全U盘相结合的方式，软件部署位置主要分两处：第一处是在主备调度中心关键服务器上部署工控主机卫士软件。第二处是在主备调度中心、下属场站操作员站、工程师站部署工控主机卫士软件。

③安全管理中心，在主备调度中心分别部署统一安全管理平台，实现网闸、工业防火墙，入侵检测系统、审计平台、运维管理系统、主机卫士等安全设备和软件的统一管理。

6 结束语

随着天然气城镇居民气化率提高，城市燃气管网建设也在加快，同时随着集团公司业务发展，安徽、深汕、赣州深燃等异地公司生产数据接入，应用范围不断扩大，生产数据的互联互通，以及大数据的分析与应用。深圳燃气SCADA系统自2009年建成后，运行至今，历经三次系统升级，它在燃气输配系统运行中起着重要的作用，保障了燃气输配系统安全、持续、稳定运行，提高了企业的安全生产管理水平，创造了巨大的经济效益和社会效益。SCADA系统作为深圳燃气综合性的智慧燃气调度管理平台的主要部分，在城市燃气输配系统得到了很好的应用和推扩。

参考文献

[1] CJJ/T 259-2016 城镇燃气自动化系统技术规范

[2] 朱海燕. 城市燃气SCADA系统调度中心的设计[J]. 煤气与热力， 2014， 34（4）：4.

[3]张铁军. 城市燃气管网SCADA系统设计与实现[J]. 石油化工自动化， 2012， 48（2）：4.

作者简介：黄静群（1982-），男，广东汕头人，电工高级技师，中级注册安全工程师，本科学历，从事燃气调度SCADA系统维护工作。