羅克韋爾上海大眾燃氣SCADA系統(tǒng)

摘要：上海大眾燃氣SCADA系統(tǒng)監(jiān)測范圍包括：
3個儲配站、20個調(diào)壓站，5個流量站，監(jiān)測通訊量為每分鐘470條工況數(shù)據(jù)，近8MB數(shù)據(jù)流量，形成完整的、相對獨立的遠程實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。同時，調(diào)度室與公司本部、輸配所以及市燃氣處組成廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)的設(shè)備主要分布在各遠程站現(xiàn)場、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)水平處于先進和實用的水平，采用了羅克韋爾自動化先進的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：計算機 自動化控制 RSView SE ControlLogix

一、系統(tǒng)概述
    　上海大眾燃氣有限公司承擔(dān)著上海市蘇州河與黃浦江之間地區(qū)的城市燃氣供應(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，人們對城市燃氣的供應(yīng)服務(wù)質(zhì)量和燃氣供應(yīng)量提出了越來越高的要求，并且，上海城市燃氣的現(xiàn)代化水平也必須與上海作為國際性大都市的形象和地位相適應(yīng)。因此，上海大眾燃氣有限公司建立具有先進水平的燃氣SCADA系統(tǒng)是勢在必行的。

　　上海大眾燃氣SCADA系統(tǒng)項目于2002年7月正式進入實施階段，新建的燃氣SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測范圍包括： 3個儲配站、23個數(shù)據(jù)采集站點，監(jiān)測通訊量為每分鐘470條工況數(shù)據(jù)，近8MB數(shù)據(jù)流量，形成完整的、相對獨立的遠程實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。同時，調(diào)度室與公司本部、輸配所以及市燃氣處組成廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

　　SCADA系統(tǒng)中心調(diào)度室，不僅實時采集各遠程監(jiān)測站點的管網(wǎng)工況信息，并直接存入SQL
Server數(shù)據(jù)庫，同時將各類信息分別處理，根據(jù)燃氣處、公司本部、以及公司其他部門對不同信息的需求，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氣有限公司全面掌握全區(qū)域內(nèi)燃氣輸配運行工況的信息中心，以及公司內(nèi)的各部門間、公司與燃氣行業(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)測對象
　　本SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測對象包括：揚高路儲配站、漕寶路儲配站、徐涇儲配站、焦化廠計量站、揚家渡計量站、蘇州河吳淞路橋管流量站、蘇州河成都路橋管流量站、20個調(diào)壓站、3個流量檢測點。系統(tǒng)規(guī)模共計1個調(diào)度中心、23個遠程監(jiān)測站點，從而構(gòu)成具有一定規(guī)模的、布局合理的城市區(qū)域燃氣輸配監(jiān)測網(wǎng)。

　　壓力站點所監(jiān)測和控制的工況數(shù)據(jù)主要是：調(diào)壓站中壓壓力值、低壓壓力值、壓力報警限值、站點通訊狀態(tài)。流量計量站實時采集一次流量儀表輸出的累積流量、瞬時流量、校正流量等數(shù)值，經(jīng)PLC處理后，通過通訊信道向調(diào)度室傳送。

三、SCADA系統(tǒng)總體框架
　　上海大眾燃氣有限公司SCADA系統(tǒng)，是一個具有一定規(guī)模、較為復(fù)雜的多類型混合系統(tǒng)，不同類型的遠程站，有不同的數(shù)據(jù)要求，而不同遠程站的環(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。　　

　　基于大眾燃氣調(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，分成三個層次：
底層為基本監(jiān)測站點層，即23個PLC現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端，其主要任務(wù)是采集所在調(diào)壓站或流量站的實時工況數(shù)據(jù)，進行現(xiàn)場處理，并通過遠程通訊網(wǎng)絡(luò)向上轉(zhuǎn)發(fā)站點工況數(shù)據(jù)，接受調(diào)度端的遠程指令。
中間層為實時監(jiān)測層，即調(diào)度室互為冗余的上位機監(jiān)測平臺，接受從遠程通訊網(wǎng)絡(luò)傳送上來的站點實時工況信息，并接受信息層調(diào)度主機的調(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、群集服務(wù)器外，還包括與公司本部、輸配部以及市燃氣處的遠程廣域網(wǎng)。

　　大眾燃氣SCADA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)按功能特點劃分了三層，其中，信息層追求的是信息的完整性，該層面強調(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，形成公司燃氣輸配生產(chǎn)的信息平臺，該信息平臺的中心內(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)燃氣輸配生產(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本地局域網(wǎng)，并按TCP/IP傳輸協(xié)議進行通信，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)用中進行實時控制、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和數(shù)據(jù)采集。

　　4、根據(jù)對信息的傳送量、信息的傳送速度以及經(jīng)濟上的考慮，采用多種通信模式，其中信息層之間的遠程通信采用幀中繼、控制層之間大信息量站點的通信采用X.25、小信息量站點的通信采用Mobitex，漕寶路儲配站則采用無線擴頻通信。

　　5、信息層內(nèi)設(shè)備間的通信，供氣調(diào)度室內(nèi)設(shè)備間的通信通過本地局域網(wǎng)，供氣調(diào)度室與外部網(wǎng)絡(luò)的遠程通信通過幀中繼方式，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)度室與遠程站之間，其中通過X.25和無線擴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，作為信息平臺的實時數(shù)據(jù)部分，PLC將完成所有的控制層信息的遠程通信和實時數(shù)據(jù)的緩存，為信息層提供全部的實時數(shù)據(jù)映射。而作為信息平臺的歷史數(shù)據(jù)部分，由服務(wù)器的SQL Server完成所有歷史數(shù)據(jù)庫的管理。

　　8、供氣調(diào)度室的實時監(jiān)測計算機，以實時數(shù)據(jù)庫為核心，該實時數(shù)據(jù)庫主要用于管網(wǎng)工況趨勢圖查詢分析、管網(wǎng)報警和操作事件的記錄和查詢。

　　9、服務(wù)器的RSSql和RSLinx完成實時數(shù)據(jù)向歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移，通過RSSql和RSLinx與PLC的數(shù)據(jù)綁定以及時間段的設(shè)置，服務(wù)器將自動獲得SQL數(shù)據(jù)庫的定時記錄。

四、SCADA系統(tǒng)的通信
　　在SCADA系統(tǒng)中，實時調(diào)度網(wǎng)的通信技術(shù)性能是全面衡量整個系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的重要內(nèi)容，實時工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)性能包括通信拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)約等。根據(jù)大眾燃氣供氣輸配調(diào)度的管網(wǎng)區(qū)域規(guī)模和監(jiān)測站點數(shù)量規(guī)模，以及實際調(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，并對不同的通訊方式進行整合，使得所有調(diào)度監(jiān)測數(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關(guān)。

　　1．Mobitex衛(wèi)星通訊：
       Mobitex是一種通過基站和衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)平臺，建立在蜂窩移動通信技術(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、基站、衛(wèi)星等部分組成。
在本系統(tǒng)中Mobitex承擔(dān)了管網(wǎng)測壓點、部分橋管和計量站以及徐涇儲配站等大部分調(diào)度區(qū)域站點的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。Mobitex通信鏈路如下所示：

      由于Mobitex通過基站和衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)傳輸，特別是Mobitex提供了對通訊的檢測和控制手段，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)測的通訊成本，本系統(tǒng)對Mobitex的運行經(jīng)濟性作了進一步的探究。由于Mobitex采用按信息流量計費的方式進行結(jié)算，為此，本系統(tǒng)各測壓站點采用“逢變即報”的方式，基本的通信過程以各子站作為啟動方，采用事件啟動方式和時間啟動方式，主站作為接收方。壓力測點的各子站（包括測壓點和調(diào)壓站）設(shè)置壓力變化閾值，事件啟動方式以壓力變化過閾值作為通信啟動事件，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，壓力測點PLC的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集掃描周期設(shè)定為60秒，當(dāng)數(shù)值<