1  前言

    工控技术的日臻成熟，通讯技术的突飞猛进，IT技术的飞速发展，互联网的诞生与普及，改变了传统的信息交互方式，引导人类进入一个全新的信息时代。随着各种技术的不断进步，管道行业自动化和信息化建设也发生了革命性的变化。

    在大量的工程实践的过程中，笔者越来越感觉到工控与软件数据和信息无法共享为客户带来的不便与麻烦，同时也无法认同国外几大公司将软件嵌入工控产品中去的做法，笔者认为最佳的解决办法应该是软件与工控实现数据级的集成，同时软件与工控等产品是可拆可合的，根据客户的需求随需而选，因人而变。基于以上的客户需求和公司产品设想，笔者提出了长输管道网络控制系统的整体解决方案。整体解决方案分为三层，最上层为管理信息系统平台，可根据客户的要求为客户选用不同的软件产品和解决方案。所有系列软件产品都可将地理信息系统与应用软件实现无缝集成，同时也可根据客户的需要定制特色功能模块；中间层是组态软件和仿真、检测软件等产品，组态软件实现实时控制、数据采集和存储、界面监控、异构网络设备互联等功能，仿真、检测软件通过采集到的数据进行分析处理，实现仿真、预测、检测和报警的功能；最底层为控制终端，包括PLC、RTU、DCS、智能仪表、数据采集卡等控制单元。

    解决方案整体结构如图1所示。

图1  解决方案结构图

        MIS系统、SCADA系统、仿真系统相结合，成为集自动化控制、仿真模拟及信息管理于一体的统一平台，MIS系统可以根据业务需要调用仿真系统进行运算后的仿真结果，MIS系统接收并保存从在线仿真系统中提取的实时数据进行统计和分析，MIS系统提取并保存SCADA系统中的生产实时数据进行统计和分析，为管理信息系统提供数据基础、业务管理需要和决策支持；仿真系统提取SCADA系统生产实时数据作为仿真、预测、检测等仿真操作的数据基础。

2  SCADA系统

2.1  SCADA系统简介

        SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统，由工程定义文件、组态软件、控制设备三个方面构成。工程定义文件，是关于SCADA系统监控界面、数据映射、设备定义和连接、体系结构的综合性描述；控制设备由PLC、RTU、智能仪表、多功能板卡等构成，是SCADA系统的采集和执行终端；而软件平台，则是工程定义和运行的环境，它的性能和功能，本质上决定了SCADA系统的性能和功能。因此可以说，组态软件是SCADA系统的核心和灵魂。

        SCADA系统平台最突出的特点是实时、多任务。例如，数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等多个任务要在同一台计算机上同时运行。

2.2  组态软件主要研究内容

        (1)  如何与采集、控制设备间进行数据交换；

        (2)  使来自设备的数据与计算机图形画面上的各个元素关联起来；

        (3)  处理数据报警和系统报警；

        (4)  存储历史数据并支持历史数据的查询；

        (5)  各类报表的生成和打印输出；

        (6)  为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适用不同应用领域的需求；

        (7)  最终生成的应用系统运行稳定可靠；

        (8)  第三方程序的接口，方便数据的共享。

        从以上的研究内容可以看出，为了满足工控工程对组态软件的要求，组态软件应具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。

2.3  组态软件的功能模块

图2  组态软件功能模块图

        从组态软件的功能来看，其主要包括基本功能模块和专用功能模块，图 2为组态软件功能模块图，基本功能模块如下。

        (1)  应用程序管理器：实现应用程序的建立、管理、存档等工作；

        (2)  图形界面开发程序：实现应用程序图形界面的编辑、变量管理、动画连接的控制；

        (3)  图形界面运行程序：工程执行的用户主界面，是监控工作人机交互的用户接口；

        (4)  实时数据库系统组态和运行程序：实现设备数据的输入输出、实时数据的存储、历史数据的维护；

        (5)  I/O扫描及驱动程序：实现控制终端与应用程序数据的交互；

        (6)  数据开放性接口：主要实现应用程序的数据开放性，是第三方应用程序以标准的方式访问系统数据。

        其它功能模块包括：

        (1)  长输管道站控模块：用于长输管道站级控制系统的定制开发；

        (2)  长输管道中心控制模块：用于长输管道控制中心级控制系统的定制开发；

        (3)  长输管道图库及开发工具：针对长输管道工程控制设备的专用图库及工具；

        (4)  分布式体系模块：实现了软件架构对TCP/IP、串口网络的支持。

3  仿真软件

        天然气管道仿真软件用天然气管道系统模型（描述系统的行为特征）对真实或假想的管道系统进行模拟，并借助于专家经验知识、统计数据等对模拟结果进行分析研究，为系统的设计和管理提供支持。该系统具有如下功能：(1) 可以模拟管道和设备的运行操作；(2) 可以预测诸如爆管、设备故障或其他的事故时所采取的不同的控制策略。该系统通过计算流体在管网中不同时间的压力、流量、密度、温度以及其他的参数变化规律来进行模拟仿真，通过打印报告和图表的方式输出结果。

        天然气管道仿真软件的主要研究内容：

        (1)  建立通用的完整的管道系统结构模型；

        (2)  管道动态仿真的数学模型，即运行参数的扰动沿距离的传播随时间的演变；

        (3)  边界点参数的求解，如站内设备的特性方程以及设备之间的相互作用。

3.1