曹晓锋

摘 要：陕西省天然气股份有限公司西安调度控制指挥中心SCADA系统监管着陕西省主要的天然气管网，为了应对突发事件（如地震、火灾、设备损坏等）给西安调度指挥中心造成的破坏，导致数据丢失，全省的天然气管网处于失控状态，公司建设了汉中容灾备份调控指挥中心（以下简称备控中心），该指挥中心与西安调度控制指挥中心功能完全一样，在主中心失去调度指挥作用时，能履行主中心的全部职责，完成对所有管道的监控。冗余技术是在一台设备坏了后，另一台马上工作，不影响整个系统的正常运行，且同时修复该台设备。通过对备控中心SCADA系统技术方案的分析，说明冗余技术在保证天然气长输管线SCADA系统的安全性、可靠性、稳定性起到关键的作用。

关键词：SCADA系统 天然气 冗余技术 PLC RTU

中图分类号：TE978 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（b）-0056-02

1 备控中心SCADA系统的组成（见图1）

1.1 SCADA系统硬件

1.1.1 SCADA系统实时数据服务器

SCADA实时数据服务器负责处理、存储、管理从现场的PLC和RTU采集的实时数据，并为网络中的其他服务器和工作站提供实时数据，并向中间数据库系统写入实时数据，实时数据存放在实时数据库中。操作员可通过任一操作员工作台，从这个中心数据库中了解任意场站、阀室的运行状况。操作员发出的指令通过实时数据服务器传递到相应场站的PLC和阀室的RTU。

实时数据服务器中运行通信管理软件，完成与沿线各站的PLC和RTU的通信链接、协议转换、网络管理等任务，采用UNIX实时多任务操作系统。采用热备冗余配置（2台）。

1.1.2 SCADA系统历史数据服务器

历史数据服务器主要完成历史数据的存储、管理，并为网络中的其他服务器和工作站提供数据。服务器运行标准数据库软件SQL，采用UNIX实时多任务操作系统。采用热备冗余配置（2台）。

1.1.3 外存储设备冗余磁盘阵列系统（RAID）

RAID用于存储系统的历史数据，是数据服务器的组成部分，能够以标准的格式、使用标准的工具、支持热插拔并以低成本实现大量数据的存储。

1.1.4 硬件防火墙

SCADA系统配置一套防火墙系统，防止外界的随意侵入对SCADA系统造成破坏。

1.1.5 操作员工作站

操作人员通过操作人员工作站实现对管道的监视和控制。通过此人机界面（HMI），操作员可详细了解管道全线的运行状况并向现场设备和站场下达命令。操作人员工作站通过冗余设置的局域网（LAN），使用TCP/IP通信协议与实时和历史SCADA服务器互联并交换信息。是一个独立的系统，有着自己的处理器、内存和当地的显示画面格式。

1.1.6 工程师工作站

支持系统管理员来监视系统的资源并控制系统的冗余参数。工程师工作站具备性能测量软件，以及SCADA系统重新组态的工具。通过工程师工作站的人机界面，工程师能够对应用软件及数据库进行维护和维修。当有新的数据点或站场增添进SCADA系统时，系统扩展的任务也是在工程师工作站上完成的。

1.1.7 局域网（LAN）的交换机和路由器（见图2）

图2中局域网为冗余设置的SCADA局域網，网络支持TCP/IP协议。局域网支持网络上连接的所有设备的数据交换并满足实时、多任务的要求。局域网采用2台交换机，工作站和服务器的2块网卡，分别连接至2台局域网交换机上。每台局域网交换机都分别连接至具有DDN主通信的R1路由器上和具有卫星备通信的R2路由器上。该方案集IPMP技术、HSRP技术为一体的综合局域网络冗余配置。

局域网设备的IPMP（IP Network Multipathing网络多路径）的网络冗余设置方式，在双网卡设备端将双网卡设置为IPMP Team绑定，使两块物理网卡成为一块逻辑网卡并定义一个逻辑IP地址。以负载均衡的方式增加带宽的同时，采用基于链路的故障检测和基于探测的故障检测两种类型的故障检测方式，使某台设备的双网卡切换在IPMP Team内部即可透明完成，其它设备对该设备的数据访问将不发生切换，故障网卡的业务不会丢失，将平滑转移到另一网卡上，增强了局域网的整网冗余性和稳定性。

在高可靠性要求的SCADA系统工业局域网间采用双星型互联结构，即采用两台交换机互连，使两个物理交换机在逻辑上也形成一个交换机，局域网的切换在二层交换即可实现。这样对于实时性要求非常高的SCADA系统在站场局域网内部可以避免使用生成树（spanning-tree）协议（当网络链路变化时，通过生成树协议从新计算一次的时间为60秒，而且此时间将随着网络的复杂度而增加）。

HSRP（Hot standby Redundancy Protocol 网关冗余协议），两台冗余路由器之间通过运行高可靠性HSRP为每台通讯终端提供第一跳网关冗余保护。调控中心的2台物理设备路由器R1和R2通过HSRP协议后，可以虚拟出一台逻辑设备路由器R3。终端的PC的缺省网关都设置在虚拟的路由器R3上。正常的数据走向是通过虚拟的路由器R3再到R1上。一旦R1路由器出现故障，即主动路由器R1出现故障，备份路由器R2承接主动路由器的所有任务，而虚拟的R3仍旧作为缺省的网关，只是数据传输的路径变为：由虚拟的R3到R2再到广域网链路。这样做的好处在于：不会因为路由器R1出现故障，切换到R2时，导致主机与网关通信连通的中断现象，以确保站场到汉中容灾备份调控指挥中心的数据连贯性。

1.2 SCADA系统软件

备控中心采用的是加拿大Telvent公司的OASYS6.2 SCADA软件系统，此系统基于开放性设计的软件，适用于UNIX（服务器）和windows（各工作站）操作系统，模块化结构设计，支持分部式服务器结构，支持冗余服务器和网络。

OASYS系统主要由CMX（实时数据库软件包）XOS（人机界面图形软件包）XIS（历史数据软件包）组成。

CMX主要功能为收集数据、报警监测、计算数值、驱动程序、并为当前采集数据提供存储空间，而且能是用户通过指令控制远端设备等功能。CMX同远程终端设备（RTUS）或可编程逻辑控制器（PLCS）进行通讯，并传输指令和采集系统当前信息。定时运行程序和打印报表（告）。双机冗余切换。

XIS主要用来将CMX数据库中的实时数据归档存储起来，以备历史趋势图和打印报表用。XIS提供大容量冗余切换的外部存储器，如同CMX。两个冗余切换的XIS运行在不同的服务器上，保证了系统的可靠性。与CMX是相连接的，把信息从实时数据库传送至历史数据库系统。

XOS主要作用是绘制流程图并将绘制好的控制流程图动态显示出来，提供给运行调度作为人机界面。调度员通过XOS完成SCADA功能。用鼠标器在屏幕上轻击功能键，调出一副画面，也可以轻击控制键，控制现场设备。

2 结语

通过对汉中备控中心SCADA系统技术方案的分析，可以得出在实时服务器、历史服务器、路由器、交换机、局域网的软、硬件上都采用了冗余热备配置。从而有效的保证了汉中容灾备份调控指挥中心SCADA系统的安全性、可靠性和稳定性。同时冗余技术有助于减少天然气管道运营中的安全生产事故隐患。

参考文献

[1] 吴明，孙万富，周诗岽.油气储运自动化[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2] 王振明.SCADA软件系统的设计与开发[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 陈茂祥，庄建远.天然气工业管理实用手册[M].北京：石油工业出版社，2005.