羅克韋爾上海大眾燃?xì)釹CADA系統(tǒng)

摘要：上海大眾燃?xì)?a style='color: blue;display:inline;border:none;' target='_blank' href='http://nbwatch.net/scada/' onclick="HitLog('SCADA','http://nbwatch.net/scada/')" >SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍包括：
3個(gè)儲(chǔ)配站、20個(gè)調(diào)壓站，5個(gè)流量站，監(jiān)測(cè)通訊量為每分鐘470條工況數(shù)據(jù)，近8MB數(shù)據(jù)流量，形成完整的、相對(duì)獨(dú)立的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，調(diào)度室與公司本部、輸配所以及市燃?xì)馓幗M成廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)的設(shè)備主要分布在各遠(yuǎn)程站現(xiàn)場(chǎng)、供氣部調(diào)度中心、公司本部和輸配所。該系統(tǒng)是大型的廣域?qū)崟r(shí)監(jiān)控SCADA系統(tǒng)，系統(tǒng)目前所采用的技術(shù)水平處于先進(jìn)和實(shí)用的水平，采用了羅克韋爾自動(dòng)化先進(jìn)的RSView SE和ControlLogix產(chǎn)品，該系統(tǒng)特別在系統(tǒng)通訊方面提供了通信方式和管道，體現(xiàn)了本系統(tǒng)的最大特色。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 自動(dòng)化控制 RSView SE ControlLogix

一、系統(tǒng)概述
    　上海大眾燃?xì)庥邢薰境袚?dān)著上海市蘇州河與黃浦江之間地區(qū)的城市燃?xì)夤?yīng)任務(wù)，隨著上海城市建設(shè)快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)城市燃?xì)獾墓?yīng)服務(wù)質(zhì)量和燃?xì)夤?yīng)量提出了越來(lái)越高的要求，并且，上海城市燃?xì)獾默F(xiàn)代化水平也必須與上海作為國(guó)際性大都市的形象和地位相適應(yīng)。因此，上海大眾燃?xì)庥邢薰窘⒕哂邢冗M(jìn)水平的燃?xì)釹CADA系統(tǒng)是勢(shì)在必行的。

　　上海大眾燃?xì)釹CADA系統(tǒng)項(xiàng)目于2002年7月正式進(jìn)入實(shí)施階段，新建的燃?xì)釹CADA系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍包括： 3個(gè)儲(chǔ)配站、23個(gè)數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)通訊量為每分鐘470條工況數(shù)據(jù)，近8MB數(shù)據(jù)流量，形成完整的、相對(duì)獨(dú)立的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，調(diào)度室與公司本部、輸配所以及市燃?xì)馓幗M成廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

　　SCADA系統(tǒng)中心調(diào)度室，不僅實(shí)時(shí)采集各遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的管網(wǎng)工況信息，并直接存入SQL
Server數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)將各類信息分別處理，根據(jù)燃?xì)馓?、公司本部、以及公司其他部門對(duì)不同信息的需求，向各部門提供有關(guān)的數(shù)據(jù)，使中心調(diào)度室成為上海大眾燃?xì)庥邢薰救嬲莆杖珔^(qū)域內(nèi)燃?xì)廨斉溥\(yùn)行工況的信息中心，以及公司內(nèi)的各部門間、公司與燃?xì)庑袠I(yè)間的有關(guān)輸配生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳遞的信息樞紐。

二、SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象
　　本SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象包括：揚(yáng)高路儲(chǔ)配站、漕寶路儲(chǔ)配站、徐涇儲(chǔ)配站、焦化廠計(jì)量站、揚(yáng)家渡計(jì)量站、蘇州河吳淞路橋管流量站、蘇州河成都路橋管流量站、20個(gè)調(diào)壓站、3個(gè)流量檢測(cè)點(diǎn)。系統(tǒng)規(guī)模共計(jì)1個(gè)調(diào)度中心、23個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，從而構(gòu)成具有一定規(guī)模的、布局合理的城市區(qū)域燃?xì)廨斉浔O(jiān)測(cè)網(wǎng)。

　　壓力站點(diǎn)所監(jiān)測(cè)和控制的工況數(shù)據(jù)主要是：調(diào)壓站中壓壓力值、低壓壓力值、壓力報(bào)警限值、站點(diǎn)通訊狀態(tài)。流量計(jì)量站實(shí)時(shí)采集一次流量?jī)x表輸出的累積流量、瞬時(shí)流量、校正流量等數(shù)值，經(jīng)PLC處理后，通過(guò)通訊信道向調(diào)度室傳送。

三、SCADA系統(tǒng)總體框架
　　上海大眾燃?xì)庥邢薰維CADA系統(tǒng)，是一個(gè)具有一定規(guī)模、較為復(fù)雜的多類型混合系統(tǒng)，不同類型的遠(yuǎn)程站，有不同的數(shù)據(jù)要求，而不同遠(yuǎn)程站的環(huán)境條件和數(shù)據(jù)內(nèi)容，需要有不同的通信方式相匹配，系統(tǒng)既有工業(yè)控制范疇的內(nèi)容，又有信息管理的技術(shù)要求。　　

　　基于大眾燃?xì)庹{(diào)度SCADA系統(tǒng)的技術(shù)條件，本系統(tǒng)在總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，分成三個(gè)層次：
底層為基本監(jiān)測(cè)站點(diǎn)層，即23個(gè)PLC現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端，其主要任務(wù)是采集所在調(diào)壓站或流量站的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，并通過(guò)遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)向上轉(zhuǎn)發(fā)站點(diǎn)工況數(shù)據(jù)，接受調(diào)度端的遠(yuǎn)程指令。
中間層為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)層，即調(diào)度室互為冗余的上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，接受從遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)傳送上來(lái)的站點(diǎn)實(shí)時(shí)工況信息，并接受信息層調(diào)度主機(jī)的調(diào)度控制指令。

　　最上一層是信息管理層，除了調(diào)度室的調(diào)度主機(jī)、群集服務(wù)器外，還包括與公司本部、輸配部以及市燃?xì)馓幍倪h(yuǎn)程廣域網(wǎng)。

　　大眾燃?xì)釹CADA系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)如圖一所示：
　　作為一種分析的方法，系統(tǒng)以各部分設(shè)備的不同定位來(lái)響應(yīng)系統(tǒng)各技術(shù)層面不同的功能要求，在圖一中，系統(tǒng)按功能特點(diǎn)劃分了三層，其中，信息層追求的是信息的完整性，該層面強(qiáng)調(diào)的是“量”?？刂茖又氐氖菙?shù)據(jù)的可靠性，因此，該層面突出的是“質(zhì)”。而設(shè)備層要求的是數(shù)據(jù)的真實(shí)性，因此，該層面必須確保數(shù)據(jù)的“真”。按照這種分析的方法，可將系統(tǒng)按信息層結(jié)構(gòu)組成和控制層結(jié)構(gòu)組成示意如圖二和圖三。

　 本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖三所示。
　 1、本系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上以供氣調(diào)度室為核心，以群集服務(wù)器系統(tǒng)為數(shù)據(jù)樞紐，以SCADA系統(tǒng)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，形成公司燃?xì)廨斉渖a(chǎn)的信息平臺(tái)，該信息平臺(tái)的中心內(nèi)容是所有輸配生產(chǎn)信息的匯集、分類和信息流程的控制。

　　2、在該系統(tǒng)中，供氣調(diào)度室承擔(dān)燃?xì)廨斉渖a(chǎn)環(huán)節(jié)信息中心的任務(wù)，所有有關(guān)輸配生產(chǎn)的信息均匯集于公司調(diào)度室的群集服務(wù)器，并由供氣調(diào)度室提供信息分類整理和遞送的服務(wù)。

　　3、供氣調(diào)度室是整個(gè)系統(tǒng)信息層和控制層的結(jié)合處，信息層與控制層的信息交換通過(guò)本地局域網(wǎng)，并按TCP/IP傳輸協(xié)議進(jìn)行通信，但內(nèi)層協(xié)議采用EtherNet/IP。EtherNet/IP是一種在現(xiàn)有商用以太網(wǎng)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的以太網(wǎng)工業(yè)（應(yīng)用）協(xié)議，它利用了現(xiàn)有以太網(wǎng)的通訊芯片、物理介質(zhì)和TCP/IP
套件，在工業(yè)控制應(yīng)用中進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和數(shù)據(jù)采集。

　　4、根據(jù)對(duì)信息的傳送量、信息的傳送速度以及經(jīng)濟(jì)上的考慮，采用多種通信模式，其中信息層之間的遠(yuǎn)程通信采用幀中繼、控制層之間大信息量站點(diǎn)的通信采用X.25、小信息量站點(diǎn)的通信采用Mobitex，漕寶路儲(chǔ)配站則采用無(wú)線擴(kuò)頻通信。

　　5、信息層內(nèi)設(shè)備間的通信，供氣調(diào)度室內(nèi)設(shè)備間的通信通過(guò)本地局域網(wǎng)，供氣調(diào)度室與外部網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程通信通過(guò)幀中繼方式，所有信息層內(nèi)設(shè)備間的通信均采用普通的TCP/IP協(xié)議。

　　6、所有控制層內(nèi)設(shè)備間的通信均在供氣調(diào)度室與遠(yuǎn)程站之間，其中通過(guò)X.25和無(wú)線擴(kuò)頻的通信采用外層為TCP/IP、內(nèi)層為EtherNet/IP的通信協(xié)議，通過(guò)Mobitex的通信采用DF1協(xié)議的UDP方式。

　　7、在供氣調(diào)度室中，作為信息平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)部分，PLC將完成所有的控制層信息的遠(yuǎn)程通信和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的緩存，為信息層提供全部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)映射。而作為信息平臺(tái)的歷史數(shù)據(jù)部分，由服務(wù)器的SQL Server完成所有歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的管理。

　　8、供氣調(diào)度室的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于管網(wǎng)工況趨勢(shì)圖查詢分析、管網(wǎng)報(bào)警和操作事件的記錄和查詢。

　　9、服務(wù)器的RSSql和RSLinx完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移，通過(guò)RSSql和RSLinx與PLC的數(shù)據(jù)綁定以及時(shí)間段的設(shè)置，服務(wù)器將自動(dòng)獲得SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的定時(shí)記錄。

四、SCADA系統(tǒng)的通信
　　在SCADA系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)調(diào)度網(wǎng)的通信技術(shù)性能是全面衡量整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要內(nèi)容，實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)性能包括通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)約等。根據(jù)大眾燃?xì)夤廨斉湔{(diào)度的管網(wǎng)區(qū)域規(guī)模和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)量規(guī)模，以及實(shí)際調(diào)度管理和信息管理情況，本系統(tǒng)采用了多種類型的通訊方式，并對(duì)不同的通訊方式進(jìn)行整合，使得所有調(diào)度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都可以透明地傳送到供氣調(diào)度室，而與采用什么樣的通訊手段無(wú)關(guān)。

　　1．Mobitex衛(wèi)星通訊：
       Mobitex是一種通過(guò)基站和衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，建立在蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)上，采用分組交換傳輸方式。系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)控制中心、交換機(jī)、基站、衛(wèi)星等部分組成。
在本系統(tǒng)中Mobitex承擔(dān)了管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)、部分橋管和計(jì)量站以及徐涇儲(chǔ)配站等大部分調(diào)度區(qū)域站點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。Mobitex通信鏈路如下所示：

      由于Mobitex通過(guò)基站和衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，特別是Mobitex提供了對(duì)通訊的檢測(cè)和控制手段，從而使得通訊的可靠性和效率有了很大的提高。

      考慮到管網(wǎng)監(jiān)測(cè)的通訊成本，本系統(tǒng)對(duì)Mobitex的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性作了進(jìn)一步的探究。由于Mobitex采用按信息流量計(jì)費(fèi)的方式進(jìn)行結(jié)算，為此，本系統(tǒng)各測(cè)壓站點(diǎn)采用“逢變即報(bào)”的方式，基本的通信過(guò)程以各子站作為啟動(dòng)方，采用事件啟動(dòng)方式和時(shí)間啟動(dòng)方式，主站作為接收方。壓力測(cè)點(diǎn)的各子站（包括測(cè)壓點(diǎn)和調(diào)壓站）設(shè)置壓力變化閾值，事件啟動(dòng)方式以壓力變化過(guò)閾值作為通信啟動(dòng)事件，目前已配置或?qū)⒁渲玫膬x表有滿量程分別為100kPa和10kPa中壓和低壓變送器，均為4~20mA的輸出范圍，中壓和低壓的變化閾值分別設(shè)為1kPa和0.1kPa，壓力測(cè)點(diǎn)PLC的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集掃描周期設(shè)定為60秒，當(dāng)數(shù)值<