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隨著城市化的深入，新型城鎮化建設對于城市發展提出了更多的要求，人們對于基礎設施建設和管理水平的提升有了更高的訴求，伴隨著這些智慧市政概念應運而生。然而目前智慧市政的建設還存在很多痛點和難點：智慧市政的建設缺乏總體的規劃設計和標準化體系；信息獲取手段自動化程度低，缺乏動態更新；信息資源共享程度低，業務協同困難; 信息資源整合滯后，融合共享步履維艱；數據多，但用不上用不好。這些都阻礙了智慧市政建設，是市政行業的機遇，同時更是挑戰。

力控科技作為老牌的自動化廠商，自成立以來就一直關注市政行業的發展，實施過多個大型市政項目，這些項目涵蓋了城市供排水、供熱、供配電、環保、燃氣、交通、管廊等專業的監管與精細化管理。比較有代表的項目包括首創愛華水務運營監控管理系統、國內第一條海底隧道廈門翔安海底隧道監控系統、中國石油昆侖燃氣生產調度指揮系統等。

力控科技通過多年的行業實踐與經驗積累，結合現代企業業務模型，推出了以力控ForceCon產品家族為核心的智慧市政解決方案，提供了從生產現場到調度管理指揮以及企業管理信息化的完整的產品體系及解決方案。擁有從企業級實時歷史數據庫、工廠實時數據采集通信網絡化傳輸平臺、工廠實時監控系統、工作流引擎、生產指揮Web平臺到生產報表系統等全線產品、技術、服務及解決方案能力。

該解決方案可以實現對各類市政設施及其在線監控數據的采集、存儲、處理、異常分析、遠程管理、報表分析， 結合GIS技術、通訊技術、互聯網技術的最新成果，緊密結合各行業的業務管理流程，以全過程信息化的指導思想，建立包含供水、排水、路燈、燃氣、道橋、綜合管網的WEB信息發布的綜合系統，達成各系統在數據和功能上的統一和共享，實現市政規劃、建設、管理業務的信息化、科學化和規范化。

1　項目概述

山西壓縮天然氣集團運城有限公司是一家國有專業天然氣公司，以投資的長輸管線、城市管網及部分煤炭物流通道加氣站為主營業務。現階段已經完成運城CNG加氣母站，運城-臨猗-永濟-輸氣管道，鹽湖工業園天然氣利用，汽運公司液壓子站，河津108、209國道、陽賢等加氣站的投產運行。

盡管供氣規模在不斷擴大，但是該公司目前的信息化建設卻嚴重滯后。目前該公司仍然沒有專用于生產運營管理系統的生產網絡環境；只有分輸站和一個加氣站具有SCADA站控和視頻監控系統，部分生產數據仍然依靠手工錄入；公司依附于集團計劃指定管理系統進行上游通知，計量交接，計劃申報及財務管理，與下游用戶還采用電話申報計劃等方式進行管理。這些都嚴重制約了該公司的發展，建立完善生產運營管理系統已經迫在眉睫。

2　項目需求

山西壓縮天然氣運城分公司將在運城北相辦公樓設立生產運行管理系統中心。現階段計劃完成對北相加氣母站、工業區新增站、三個分輸站、四個加氣站、四個工業用戶的監控。至2015年，計劃發展至18個加氣站，5個分輸站，150公里長輸管。先期搭建完善生產管理系統是后期擴展的必然條件，系統建設目標如下：

實時監測管網數據；

顯示各站的動態工藝流程；

實時顯示各加氣站加氣使用量；

實時數據采集、歸檔、管理以及趨勢圖顯示；

歷史數據的歸檔、管理以及趨勢圖顯示；

下達調度和操作命令；

報警顯示、報警管理以及事件的查詢、打印；

生產統計報表的生成和打印；

網絡監視和管理；

控制權限的確定；

視頻系統接入；

調度中心可對重點遠程設備實現監控及緊急制動操作；

整個系統的WEB發布，滿足用戶在任何時間，任何地點都可通過用戶認證方式訪問此系統；

完成計劃指定管理系統，即上下游通知，計量交接，計劃申報；

完成巡線工GIS定位系統接入；

完成當地天氣預報實時顯示；

整個系統具有很好的擴展性、伸縮性，使得后期新增站控可以低成本無縫接入。

3　系統架構

該公司燃氣生產運營管理系統由母站分輸站系統、加氣站系統、工業用戶監測點控制柜等站控計量系統、遠程視頻系統、通信系統、調控中心設備（包括操作員站、核心服務器、工業隔離網關、拼接屏顯示設備、供電設備等）以及相應的配套軟件組成。運營管理系統架構如圖1所示。

公司各個分輸站和加氣站配置一臺工業隔離設備，將各個站庫的控制柜設備數據采集到工業隔離網關，工業隔離網關將數據進行處理后通過集團專網將加密壓縮后的數據包傳送到遠端調度中心的通信服務器，通信服務器將數據還原后發送到數據庫服務器，由實時數據庫對數據進行歸檔存儲。系統配備專用的WEB服務器和防病毒服務器，實現遠程用戶瀏覽的同時又避免了網絡端帶來的病毒黑客等對數據平臺的直接攻擊，增強了系統安全性。實時服務器和通信服務器均采用冗余架構，保證了數據平臺的運行穩定。

站控系統軟件選用力控eForceCon平臺，負責對數據的采集和存儲，采用冗余方式部署，避免數據的丟失。安全防護產品采用力控華康工業網絡安全網關pSafetyLink，保證現場工業系統安全運行。

調度中心企業級實時歷史庫采用力控科技的pSpace平臺，負責對各作業區的數據歸集，計算、分析、壓縮存儲。工程師站采用力控科技pSpace平臺的圖形開發工具，負責對系統的維護、修改。操作員站采用力控科技pSpace平臺的圖形客戶端，負責對數據的展示、圖表分析、在線運維等。WEB發布采用力控綜合發布平臺，支持辦公網的在線瀏覽和移動智能的瀏覽。應用服務器部署門戶平臺，部署力控科技Fportal平臺，負責對數據的分析與展示。

圖1 燃氣生產運營管理系統架構圖

4　系統功能

4.1　實時管網數據監測

借助SCADA系統將分布在主城區各SCS站所采集的管網設備的運行參數匯集到MCC監控界面上來。將管網各監測點的信息（壓力、溫度、流量等）實時地顯示在大屏幕監視屏上。同時該信息還通過WEB服務器發布，供聯網的客戶端瀏覽。

4.2　顯示各站的動態工藝流程圖

利用實時數據庫和強大的繪圖工具可以根據用戶的要求，隨心所欲地繪制三維動態工藝流程畫面，將整個工藝流程直觀地在計算機上顯示出來。可以看到相關開關量、設備的運行/停止、模擬量的實時變化等，圖形目標的前景色、背景色及目標的動態移動方向均可任意指定，并可動態變化。

各SCS站操作運行過程中，工藝參數如壓力、溫度、流量、瞬時值、累積值、計劃值等，可選用表格顯示或條形圖顯示，還可進行組顯示、特定顯示等。

這些信息還可通過WEB服務器發布，供聯網的客戶端瀏覽。

4.3　實時和歷史數據趨勢、棒狀圖顯示

歷史趨勢：根據用戶的需要可以將相關的監控點數據生成歷史趨勢圖。通過歷史趨勢，用戶可以查看以前特定某段（點）時間的歷史圖形記錄，可以查找故障發生的時間，變化趨勢，從而找出系統的故障原因。

實時趨勢：同樣可以生成實時趨勢圖，用于分析模擬量參數（如流量、溫度、壓力等）的變化趨勢，以更好地讓操作人員掌握系統參數的變化趨勢，使系統保持最佳運行。

這些信息還可通過WEB服務器發布，供聯網的客戶端瀏覽。

4.4　下達調度和操作命令

系統操作員可以根據管網輸配氣的需要，下達調度指令給各SCS站或直接操作任何可以操作的閥門或其它執行器，同時監視指令運行狀況。

4.5　報警與事件管理

對于監控站的設備或系統部件故障報警、診斷報警等，管理軟件能自動處理。對工藝過程報警管理軟件進行報警組態后自動處理。系統對任一報警可以用監控站內置喇叭發出聲報警，也可以用將重要參數報警組態為報警出現時輸出到某個數字量輸出點，以驅動外接音響。對于每個報警可以組態為報警發生時系統自動切換至報警參數所在畫面，同時在報警提示行以醒目的顏色顯示報警信息。

每個報警可以組態是否需要打印及打印風格，工作站上顯示的報警處均帶有日期和時間，同時對報警參數恢復的日期和時間同樣進行顯示和記錄。對于每個報警類型組態的方法是在報警組態的對話框內完成的。報警和打印的時間分辨率最高為1秒。

報警詳細內容如下：

報警/事件具有優先顯示權，除在流程上單點顯示外，還報警或事件狀況列表顯示，表中至少包括標志符（位號）、數值、說明、時間（年、月、日、時、分、秒）、位置等。

報警具有容易引起警覺的聲響輸出，具有語音提示功能，報警顯示可由操作員抑制或消除，對過程變量超限數值應給出警告、危險二級報警。

4.6　報表的生產和打印

報表格式可以根據生產的實際要求，通過監控軟件與EXCEL電子表格的動態鏈接，任意定義各類表格及其格式，如班報表、日報表、月統計表，甚至年統計表等。并且可以統計每一個報表的最大、最小值，做出相應的棒圖、趨勢圖、X-bar圖等數據分析方案，使整個管網運行、設備優化和企業管理進入全面量化控制過程。利用定時打印設置功能，可以設置定時自動打印各類報表，也可以根據需要人工干預，隨時打印所需報表。

4.7　用戶權限管理

系統提供了完備的安全保護機制，以保證生產過程的安全可靠，力控的用戶管理具備多個級別，并可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產過程中的誤操作；力控提供了安全區的概念，同級別不同安全區的數據不可以互相操作，保證了數據的分布式的管理。提供基于遠程的用戶管理，增加更多的用戶級別及安全區，管理所有用戶的遠程登陸信息。

系統運行過程中，常會提出在遠程對整個系統的用戶進行管理的需求，并且要求可以隨時增加和刪除用戶，對此信息平臺軟件提供了遠程用戶登陸和管理功能。

4.8　計劃指定管理系統

燃氣計劃指定管理系統，分為開發工具、業務模塊兩大部分。開發工具包括工作流配置工具、組織架構配置工具、菜單及權限配置工具3個部分。業務模塊分為數據庫、中間件、WEB前端框架、業務框架、業務模塊5個部分，如圖2所示。

圖2 銷售公司輸配管理系統架構圖

系統將完成上、中、下游的燃氣購銷存的管理，具體完成集團通知，上下游能源計劃，審批，計量交接及財務管理。整體業務流程分為上、中、下游三大管理模塊，根據登陸用戶的不同，用戶會獲得不同的權限，分別對上中游單位進行周日指定用氣計劃輸配審批，完成每周、季、年的輸配計劃審批。

業務模塊管理系統的功能，可以在進一步調研的基礎上根據企業的具體需求在原有的平臺基礎上進行配置和二次開發。

4.9　GPS定位

山西壓縮天然氣運城分公司已經具備了巡線工巡檢管理系統，是南京智屯達公司針對燃氣管道及設施巡檢定制的《燃氣管道設施巡檢管理系統》，系統集軟件、網絡、信息采集等技術為一體，為電位測試樁、管道標志樁、閥室、閥井、陰保站、站場、門站、閥門、各類調壓站、儲配站等管道設施工作提供了科學的手段，對巡檢工作進行綜合評估，并自動形成各類統計表，通過該套系統，山西壓縮天然氣運城分公司管理者在辦公室即可了解巡檢到位情況。

該系統可以通過巡線工巡檢管理系統VGA接口連接至調度中心大屏控制軟件（圖形處理器）中，以靜態電子地圖的形式顯示到大屏幕中。

4.10　氣象監控及顯示

系統通過網絡引用氣象局數據，實現對各個場站天氣當日及一周內預測，以及實際溫度的大屏顯示，便于用戶實時了解當地氣象條件，結合氣象資料進行供氣預測、優化比較和管網分析等計算，決定下階段的制氣和供應任務、儲氣安排、廠站的進出口流量和調壓器壓力等。確定最合理的調度方案，節約能源，增加效益，提高服務質量。

4.11　視頻系統

視頻系統為公司領導、調度人員提供安全監控和設備監視，為日常管理、安全管理、防盜提供真實、直觀有效的信息。

5　結語

使用力控科技軟件產品開發的山西壓縮天然氣運城分公司燃氣生產運營管理系統可以通過調控中心及時準確地獲悉所有站庫的信息，工作人員可根據調控中心提供的信息全面、實時掌握系統運行參數和工況，對管網運行狀態監控分析及調整、協調氣源，對緊急情況應急指揮，使整個輸配系統保持平穩狀態，從而為用戶提供高質量的供氣服務，減少輸配過程中的損失，延長官網使用壽命，保障輸配系統安全運行，最終提高企業的運營效率。

摘自《自動化博覽》2016年1月刊