基子ＧＩＳ的燃笺ＳＣＡＤＡ信息管理系统 上海大众燃气有限公司 王正喜 摘要上海大众燃气有限公司ＳＣＡＤＡ系统采用多种类型的通讯方式及测点新增流程 管理的新颖模式，并对燃气行业如何实现与ＧＩＳ信息系统集成共享进行了成功尝试，丰富了 ＳＣＡＤＡ系统的内容。 关键词：ＳＣＡＤＡ系统ＧＩＳ共享通讯方式流程管理 １前言 内燃气输配运行工况的信息中心，以及公司各部 门间、公司与燃气行业间的有关输配生产数据传 上海大众燃气有限公司ＳＣＡＤＡ系统（以下 递的信息枢纽。 简称ＳＣＡＤＡ系统），是一个具有一定规模、较为 复杂的多类型混合系统。不同类型的远程站，有 ２大众燃气ＳＣＡＤＡ系统的组建 不同的数据要求，而不同远程站的环境条件和数 ２．１总体框架 据内容，需要有不同的通信方式与之相匹配，系统 ＳＣＡＤＡ系统在总体网络结构上，分成三个 既有工业控制范畴的内容，又有信息管理的技术 层次： 要求。 底层为基本监测站点层，即ＰＬＣ现场数据采集 ＳＣＡＤＡ系统目前包括１个调度中心、３个储 终端，其主要任务是采集所在调压站或流量站的实 配站、４个过江井、７个门站、２个桥管流量站、ｌｌ５ 时工况数据，进行现场处理，并通过远程通讯网络向 个测压点、２８３个流量点，共计４００个远程站，从 上转发站点工况数据，接受调度端的远程指令。 而构成具有一定规模、布局较合理的城市区域燃 中间层为实时监测层，即调度室互为冗余的 气输配监测网。系统规模由２００３年３月投运初 上位机监测平台，接受从远程通讯网络传送上来 期的２８个远程站，至今已扩大了１４倍多。 的站点实时工况信息，并接受信息层调度主机的 ＳＣＡＤＡ系统中心调度室，不仅实时采集各远 调度控制指令。 程监测站点的管网工况信息，并直接存人ＳＱＬ 最上一层是信息管理层，除了调度室的调度 Ｓｅｒｖｅｒ数据库，同时将各类信息分别处理，根据集 主机、群集服务器外，还包括与公司本部、输配部 团调度中心、公司本部、以及公司其他部门对不同 及集团调度中心的远程广域网。 信息的需求，向各部门提供有关的数据，使中心调 ＳＣＡＤＡ系统分层结构见图１，总体结构框图 度室成为上海大众燃气有限公司全面掌握全区域 见图２。 。・＋”＋”＋”＋”＋”＋”＋・・＋”＋ ”＋“—－ ”＋”＋”＋”—— ”— ”— ｗ＋“＋ ３．４加强领导，切实落实区域供水实施工作责任 员对本地区域供水推进情况进行督查，并对督查 各地要切实加强区域供水工程的组织领导， 情况进行通报。同时，要加快建立区域供水规划 建立目标考核责任制。各县（市）要建立健全区 实施情况考核奖惩机制，将考核情况与专项补助 域供水实施领导小组，由政府一把手任组长，各相 资金额度挂钩。 关部门一把手为成员，定期召开联席会议，决策重 大事项，协调解决区域供水规划实施工作的矛盾 （收稿日期：２０１０—０７—１７） 和问题。各级供水行业主管部门，要经常组织人 《城市公用事业》 以中心调度室为核心、以群集服务器系统为 数据枢纽、以ＳＣＡＤＡ系统为基础数据源的公司燃 在该系统中，中心调度室承担燃气输配生产 环节信息中心的任务，所有有关输配生产的信息 均汇集于中心调度室的群集服务器，并由中心调 度室提供信息分类整理和递送的服务。 气输配生产的信息平台，其中心内容是所有输配 生产信息的汇集、分类和信息流程的控制。 图１ ＳＣＡＤＡ系统分层结构 ｒ 杨高路储配站 徐泾储配站 图２ ＳＣＡＤＡ系统总体结构 流量站 ２０１０年第２４卷第６期 中心调度室是整个系统信息层和控制层的结 合处，信息层与控制层的信息交换通过本地局域 网，并按ＴＣＰ／ＩＰ传输协议进行通信，但内层协议 采用ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ是一种在现有商 用以太网基础上开发的以太网工业（应用）协议， 它利用了现有以太网的通讯芯片、物理介质和 ＴＣＰ／ＩＰ套件，在工业控制应用中进行实时控制、 网络组态和数据采集。 根据对信息的传送量、信息的传送速度以及 经济上的考虑，采用多种通信模式，其中信息层之 间的远程通信和控制层之间大信息量站点的通信 采用ＭＰＬＳ．ＶＰＮ、小信息量站点的通信采用Ｍｏｂｉ— ｔｅｘ，漕宝路储配站则采用无线扩频通信。 信息层内设备间的通信、中心调度室内设备 间的通信通过本地局域网，中心调度室与外部网 络的远程通信通过ＭＰＬＳ—ＶＰＮ方式，所有信息层 内设备问的通信均采用普通的ＴＣＰ／ＩＰ协议。 所有控制层内设备间的通信均在中心调度室 与远程站之间，其中通过ＭＰＬＳ—ＶＰＮ和无线扩频 的通信采用外层为ＴＣＰ／ＩＰ、内层为ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ 的通信协议，通过Ｍｏｂｉｔｅｘ的通信采用ＤＦ１协议 的ＵＤＰ方式。 在中心调度室中，作为信息平台的实时数据 部分，ＰＬＣ将完成所有的控制层信息的远程通信 和实时数据的缓存，为信息层提供全部的实时数 据映射。而作为信息平台的历史数据部分，由服 务器的ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ完成所有历史数据库的管理。 中心调度室的实时监测计算机，以实时数据 库为核心，该实时数据库主要用于管网工况趋势 图查询分析、管网报警和操作事件的记录和查询。 服务器的ＲＳｓｑｌ和ＲＳｌｉｎｘ完成实时数据向历 史数据的转移，通过ＲＳｓｑｌ和ＲＳｌｉｎｘ与ＰＬＣ的数 据绑定以及时问段的设置，服务器将自动获得 ＳＱＬ数据库的定时记录。 ２．２ ＳＣＡＤＡ系统的通信 在ＳＣＡＤＡ系统中，实时调度网的通信技术性 能是全面衡量整个系统技术经济指标的重要内 容，实时工业网络的通信技术性能包括通信拓扑 结构、网络规划、网络规约等。根据大众燃气公司 供气输配调度的管网区域规模和监测站点数量规 模，以及实际调度管理和信息管理情况，本系统采 用了多种类型的通讯方式，并对不同的通讯方式 进行整合，使得所有调度监测数据都可以透明地 传送到供气调度室。 ２６ ２．２．１ Ｍｏｂｉｔｅｘ卫星通讯 Ｍｏｂｉｔｅｘ是一种通过基站和卫星传输数据的 网络平台，建立在蜂窝移动通信技术基础上，采用 分组交换传输方式。系统由网络控制中心、交换 机、基站、卫星等部分组成。在本系统中Ｍｏｂｉｔｅｘ 承担了管网测压点、部分桥管和计量站等大部分 调度区域站点的数据传输任务。 由于Ｍｏｂｉｔｅｘ通过基站和卫星进行数据传输， 特别是Ｍｏｂｉｔｅｘ提供了对通讯的检测和控制手段， 从而使得通讯的可靠性和效率有了很大的提高。 ２．２．２大众燃气ＭＰＬＳ—ＶＰＮ虚拟专用网络 以有线网络ＩＰ骨干网络作为平台，接入点全 部采用光纤接人，采用业界较为先进的ＭＰＬＳ— ＶＰＮ技术为解决方案，从而构建高速、安全、灵 活、经济、易于扩展、易于管理的大众燃气综合通 讯网络。 ２．２．３无线扩频通讯 部分储配站与供气调度中心的相对位置比较 特殊，虽相距不远，但却无法直接连接通讯，经实 地研究，认为采用无线扩频的方式比较合适。本 系统采用的是美国ＤａｔａＬｉｎｃ集团的ＳＲＭ系列扩 展频谱无线电通讯系统，该无线扩频系统能在端 口以最大无压缩的１１５．２ Ｋ波特率进行数据传 输，它的最大特点是直接提供ＴＣＰ／ＩＰ网络协议传 输数据，从而大大提高了该系统的网络兼容性。 ２．３调度中心系统 ２．３．１ 系统结构 ＳＣＡＤＡ系统调度主站采用以群集服务器为 核心的Ｃｌｉｅｎｌ／Ｓｃｌｗｅｒ方式。选用Ｒｏｃｋｗｅｌｌ自动化 公司的ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ产品作为ＳＣＡＤＡ系统的中心 通信控制器和实时数据的映像平台，可提供不同 最新网络之间的桥接，所有的网络桥接无需专门 的程序就可以实现，保证了通讯性能。 ２．３．２操作系统和软件平台 本系统调度平台的操作系统选用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ ２００３ Ｓｅｒｖｅｒ。系统的工控平台选用著名 的工业控制ＭＭＩ产品ＲＳＶｉｅｗ ＳＥ ｖ３．０，它提供分 布式ＳＣＡＤＡ系统调度平台的全部功能。 ２．３．３编程软件ＲＳＬｏｇｉｘ ５０００ ＲＳＬｏｇｉｘ ５０００用于５０００系列的处理器，包括 集成控制平台ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ、分布式控制ＦｌｅｘＬｏｇｉｘ、 紧凑型一体化控制ＣｏｍｐａｃｔＬｏｇｉｘ、基于ＰＣ技术的 开放式控制ＳｏｆｔＬｏｇｉｘ等。ＲＳＬｏｇｉｘ ５０００编程软件 运行在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作环境下，具有友好的、引导性 《城市公用事业》 的使用界面、可靠的通讯、高级诊断功能等。 ２．３．４ ＰＬＣ数据通讯服务软件ＲＳＬｉｎｘ ＲＳＬｉｎｘ是专门为Ｒｏｃｋｗｅｌｌ品牌的系列ＰＬＣ 产品所开发的数据通讯服务软件。运行于Ｗｉｎ． ｄｏｗ系列操作环境下，提供ＰＬＣ产品和其它基于 ＰＣ的应用软件如编程软件、ＨＭＩ软件等的数据通 讯驱动和接口。 ２．３．５企业级控制数据事务处理软件ＲＳＳｑｌ ＲＳＳｑｌ是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ的工业事务处 理系统，能提供控制系统和企业级数据库系统之 间的双向连接。 ２．３．６调度监控系统上位机的设计 中心调度室的实时监测平台主要承担：提供 管网监测界面，实时刷新各站点的工况信息；储配 站监测管理及数据查询；流量站计量监测及数据 查询；管网操作事件的记录和查询；报警事件的处 理、告示和记录；管网实时信息的存储、统计、分 析，建立管网站点信息实时数据库；各站点的信息 管理；系统安全性管理等。 ２．４通讯故障监测及报警 本系统对管网工况数据的监测通过三种不同 的通信方式：Ｍｏｂｉｔｅｘ通信、ＤａｔａＬｉｎｃ无线扩频通 信和ＭＰＬＳ．ＶＰＮ虚拟专用网络通信。如何确保本 系统准确和可靠运行，无疑是本系统通讯网络的 技术关键点。为了确保系统通讯的可靠运行，本 系统除了在内核程序上做了一系列的保护措施和 自动恢复措施，同时，对系统通信状态进行实时监 测，一旦通信发生故障，系统立即发出报警，通知 调度员进行处理，同时，将通信故障事件记录到数 据库中。 ２．５技术要点及功能特点 ①ＰＬＣ的多处理器技术，既保留了ＰＬＣ高可 靠性的突出优点，又有效提高了ＰＬＣ系统的数据 通信处理速度。这种可重复增加处理器模块的 ＰＬＣ升级技术，可不断提高ＰＬＣ系统使用的安全 边际，为ＳＣＡＤＡ系统今后的不断扩容提供了可持 续发展的硬件平台。 ②充分发挥ＰＬＣ编程软件具有的在线修改 参数功能，利用ＰＬＣ编程软件的新增功能和新建 立的远程站点参数库，通过在线修改参数的方式， 能方便解决在增加远程站点过程中ＳＣＡＤＡ系统 数据丢失的问题。 ③通过在ＰＬＣ应用程序中对两块处理器模 块进行功能定位和同步协调，使ＰＬＣ系统的功能 ２０１０年第２４卷第６期 分配合理，数据流的路径清晰简捷，ＰＬＣ系统的运 行协调有序。 ④网络版的监控平台，隔离了ＰＬＣ端数据流 量与客户端监控计算机数量的关联，ＳＣＡＤＡ系统 可以按需配置客户端监控计算机的数量而不必顾 忌ＰＬＣ系统的负载能力。同时，利用公司完善的 远程网络资源，将实时监控平台的覆盖面，延伸至 远程分布的业务部门，发展了ＳＣＡＤＡ系统的应 用，也体现了目前监控平台的功能特点。 ⑤输配监控平台的服务器采用双机冗余配 置，大大提高了输配监控平台的安全等级，确保了 门站、调压站、大用户流量等管网的最重要实时数 据的安全性，凸显了监控平台的技术优势。 ３大众燃气ＳＣＡＤＡ系统的功能实现 ３．１ ＳＣＡＤＡ与ＧＩＳ系统集成的主要功能 主要采用ＧＩＳ系统的图层技术，通过将不同 类型的图层叠加在一张ＧＩＳ地图上（如图３所 示），同时显示测压点、大用户、储配站等的地理 位置、燃气管网布局（１：１０ ０００），并以实时数字和 图形方式动态显示各点的动态信息，现已实现以 下功能： ・可根据不同登录用户显示其预先设定的 图层和对应区域； ・地图大小可缩放及框放； ・ＧＩＳ系统可显示测点简要信息，并实现显 示信息智能定位，减少测点的重叠； ・实时数据定时刷新（默认５分钟），且提 供配置； ・显示测点详细信息及现场数据曲线图； ・监测对象移动。 ３．２ ＳＣＡＤＡ与ＧＩＳ系统集成的技术关键 技术关键在于ＳＣＡＤＡ系统与ＧＩＳ系统的数 据交互，主要有： 初始化：用户登陆时，显示个性化区域，右键 单击非对象区域提示可选个性化方案，如果选择 按照方案重新加载数据。 数据交互：Ｗｅｂｇｇｉｓ前台与后台业务数据的 交互，将对象要显示的简要信息传输到ＷｅｂＧＩＳ 前台。 左右键单击对象事件：ＷｅｂＧＩＳ触发左键单击 对象事件，后台ＳＣＡＤＡ进行处理，目前显示对象 为基本信息。ＷｅｂＧＩＳ触发右键单击对象事件，后 台业务进行处理，目前显示可配置的对象菜单。 ２７ 图３ ＳＣＡＤＡ与ＧＩＳ系统集成 拖动事件：触发拖动事件，产生拖动效果。 移动对象：通过修改ＳＣＡＤＡ系统数据库中对 拖动结束事件：处理拖动结束时事件，返回到 象的基本信息，实现对象的移动。 图层和地理坐标，后台处理业务相关数据库，要求 非对象区域右键菜单：右键弹出个性化菜单。 用户输入对象的基本信息，目前为弹出用户输入 查看对象一定范围内图片：显示对象图片 信息页面，确认添加完成，将数据返回的相关参数 信息。 （编号与图层）传送到创建点事件。 ３．３ ＳＣＡＤＡ系统新增测点流程建设 创建点事件：拖动时间结束后，接收用户输入 由于新增测点涉及到测绘、输配所、营业所、 的基本信息作为参数，更新业务数据库同时刷新 市场部、技术部、信息部等多个部门，内容包含：监 ＷｅｂＧＩＳ地图。 测点建设申请和受理、现场勘测协调、设备制作状 保存当前设置：保存用户个性化设置的参数， 况、现场安装、调试开通、信息复核、结算等（见图 用户下次登陆时默认显示区域。 ４），因此本系统采用工作流的方式规范新增测点 对象定位接口：根据对象编号、所属图层，定 的流程，使建设与管理并举，整个建设过程始终处 位对象。 于可控状态。 呤 翻呤 ◆ ◆ ◆ ◆ －ｌ嘶增申请— 理Ｉ 蜗勘酣协调疆孽殳ｉ备制作扶况ｌ匿喱场安装■调试开通＿ｌ雇息复辕ｌＩ皓篁 一代表该步骤已经；碱 一代表当前步骤 圜代表该步黧还没膂傲 图４新增测点流程 ３．４与集团业务系统接口 务系统中。 业务接口的主要功能是定期将大用户的信 ３．５流量点、测压点 息，用气量等相关信息及时传输到集团相关的业 主要实现分类列表与按序列表展示。包含： ２８ 《城市公用事业》 流量点和测压点按序、分类显示，流量点的累计流 ３．６储配站 量、汇总查询、运行情况，测压点的运行情况、信息 维护，ＧＩＳ地图定位及５分钟数据、日数据、数据 曲线等。 主要展现储配站概况及各储配站的布局、实 时数据等，见图５。 壁 高储压 ２≠≠储气柜 高度：４５．１９ ｍ 储量：１４２．７ ｋｍ 压力：３．１３ ｋＰａ ３存储气柜 高度：３６．０５１ＴＩ 储量：１７９．８ ｋｍ 压力：２．５３ ｋＰａ Ａ瓣 开机数：０开机数：（） 槠 舱 霹１≠≠储气柜 高度：２４．９５ ｍ 储量：１２６．８ ｋｍ 压力：１．８ＯｋＰａ ２≠≠储气柜 高度：２７．３８ ｍ 储量：１３８．３ ｋｍ３ 压力：２．Ｏ３ ｋＰａ ３掉储气柜 高度：２９．７０ ｍ 储量：１４９ ４ｋｍ３ 压力：２．１１ ｋＰａ 开机数：（） 簇 ４结论及建议 蘸 高绪压 占弋叭 ～， 柜ｍ 图５储配站概况 模式，使建设与管理并举，使整个建设过程始终处 滤 于可控状态。另外还就在燃气行业如何实现与 压 群度量力 随着ＳＣＡＤＡ系统规模的逐年扩大以及以 ＧＩＳ信息系统集成共享作了成功的尝试，丰富了 飞４ ｍ ＳＣＡＤＡ系统为平台的各项针对性应用逐步深入， 上海大众燃气有限公司的各业务部门在管理上已 越来越倚重于ＳＣＡＤＡ系统平台的支持，ＳＣＡＤＡ 公司的ＳＣＡＤＡ系统的内容，为今后与其他管理系 统实现数据共享打下了坚实的基础。 ③本系统实现了与“无线表管理系统”的数 据共享，根据管理要求可对用户实现差别化管理 及对重点用户跟踪监测；还开发了手机版、公网查 询、世博园区用户等应用软件；同时还强化了预测 分析和统计功能，增强了产销差管理手段。 ．系统在公司确保安全供气、提高社会和经济效益 方面扮演着越来越重要的角色。 ①通过对ＳＣＡＤＡ系统的不断完善和对实时 监控平台不断优化，大大提高了调度端主站数据 处理的速度，本系统所采用的新颖ＰＬＣ双ＣＰＵ结 构技术，符合燃气ＳＣＡＤＡ系统规模扩展后的数据 运行要求，整体构思简洁、合理，并具有在线诊断、 ④本系统可用于各类中大规模的ＳＣＡＤＡ系 统，随着城乡一体化进程的推进，燃气、供水行业 ＳＣＡＤＡ系统的规模也将持续扩大，因此，如何不 断提高ＳＣＡＤＡ系统的性能以适应系统不断扩大 的需求，将是一项长期的任务，本课题成果也将有 长远的应用前景。 （收稿日期：２０１０—１０—２５） 调试、参数修改和实现不中断在线扩容等功能，充 分考虑了燃气ＳＣＡＤＡ系统数据流分流操作的安 全性和可靠性要求，使本系统的各项技术性能有 了明显的提高。 ②本系统采用了测点新增流程管理的新颖 ２０１０年第２４卷第６期 ２９
