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   （中石化管道儲運公司管道技術作業分公司，江蘇 徐州 221008）蘇彩虹，師潤

                     

    蘇彩虹（1979-）女，助理工程師，主要從事輸油管道自動化設計與實施管理工作，現就職于江蘇徐州中石化管道儲運公司管道技術作業分公司。

    摘要：本文以原油管道輸送foxbor I/A SCADA監控系統與遠程站場PLC系統之間的通訊為例，介紹傳輸管道SCADA遠程通訊技術的實施策略，并結合應用實例，著重分析了一些技術要點、難點及解決方案。此系統實現了對各輸油站的遙測、遙信、遙調、遙控“四遙”功能，以保證輸油管線的正常運行。

    關鍵詞：PLC；SCADA；Prolinx協議轉換器；DNP3.0

    Abstract: In this paper, taking the communication between the crude oil pipeline foxbro I / A SCAD monitoring system and the PLC in remote station as an example, we introduce the implementation strategy of long-range communication technology on crude oil pipeline SCADA; Combining with the application examples, we analyze technical points, difficulties and solutions.This system implements four remote functions, i.e. remote measurement, remote communication, remote scheduling and remote control, which ensures the normal working of pipeline.

    Key words: PLC; SCADA; Prolinx protocol converter; DNP3.0

    1 前言

    SCADA系統（監控與數據采集supervisory control and data acquisition ）因其具有信息完整、高效、實時掌握系統運行狀態、快速決策、快速診斷故障等優點[3]，對提高輸油生產運行的可靠性、安全性與經濟效益具有不可替代的作用，而被長輸管道廣泛采用。

    一般而言，長輸管道SCADA系統采用調度中心SCADA系統、輸油站場PLC兩級控制方式。原油總調度中心SCADA 系統通過通訊（一般距離為數百公里或跨省）實現對遠程輸油站場的數據采集、實現對遠程輸油站場輸油泵閥功能進行現場或遠程控制、同時還要整合其它各輔助系統的運行信息和生產數據，并將這些數據提供給各級操作人員、管理者。因此，總調度中心SCADA系統如何實現與遠程若干輸油站場PLC之間的通訊并進行數據交換，成為關鍵所在。

    以東臨線/東臨復線為例，總調度中心SCADA控制系統采用I/A系列SCADA監控系統。通常CADA系統分為兩個層面，即客戶/服務器體系結構。服務器與硬件設備通信，進行數據處理和運算，而DNP 3.0規約不但是SCADA行業國際標準規約，而且它可以為SCADA提供低速(最高達64 kbit/s) 連接上高效和可靠的數據傳輸和控制功能，并能適應不同的拓撲結構。所以遠程輸油站場的PLC系統與SCADA的通訊實施策略最終采用DNP3.0協議的通訊模式。而其所選的PLC系統不支持DNP3.0協議，所以增加了Prolinx協議轉換器，通過此轉換器實現了SCADA系統遙測、遙信、遙調、遙控“四遙”功能[4]。

    2 網絡通訊設計 

                     
                                    圖1  通訊結構圖

                           
                             圖2  SCADA系統典型的硬件配置

    設計時為了提高系統的可靠性和穩定性，因此，硬件設備及通訊網絡均采用冗余配置，從而降低了因設備和網絡故障造成的安全風險。另外，考慮到現場環境的實際狀況，周圍大功率設備較多，而系統又是通過遠程通訊方式遠程監控現場設備，為了增強系統的抗干擾能力，選用光纖作為通訊介質。

    3 通訊的硬件配置

    3.1 站控PLC系統：140 NOE 77101

    現場站控PLC系統140 NOE 771 01以太網模塊是Modicon Quantum 以太網TCP/IP模塊系列中的最新號之一，這種以太網模塊的電子部件包含在標準的Modicon Quantum單寬度外殼中，端口可傳送和接收封裝在 TCP/IP 協議中的Modbus命令。此模塊支持Modbus TCP/IP通訊協議。

    3.2 SCADA監控系統

    SCADA監控系統的硬件設備主要是RTU服務器和工作站、管理機等。SCADA控制系統基于雙機雙網冗余結構，即有兩臺RTU、兩個工作站和兩個以太網，兩個以太網和兩臺RTU服務器均可以自動切換，以保證系統的可靠運行。工業以太網采用光纖通信，能以100Mbps的速率進行傳輸。每臺計算機均配有兩個網卡，以配合雙網通訊。兩臺工作站計算機、優化決策機和RTU服務器，通過工業以太網進行通訊，將現場采集實時數據傳送到SCADA系統節點并進行處理，在本地實現流程圖顯示、趨勢曲線、歷史數據保存、歷史曲線查詢、參數調整、報警管理、報表管、智能優化等功能。

    為了系統的通訊更穩定，快捷，通常SCADA系統通過走DNP3.0規約與遠程硬件設備通信，進行數據處理和運算。近年來又出現一個層面，通過Web發布在Internet上進行監控，可以認為這是一種“超遠程客戶”。

    3.3 協議轉換模塊Prolinx：5201－MENT-DNPSNET

    5201－MENT-DNPSNET通訊模塊是以Prolinx為通訊網關，用于通過MODBUS TCP通訊將PLC中數據送到協議轉換器內部數據庫再重新打成DNP3.0協議的包與徐州控制中心進行通訊。使一種PLC控制系統的通訊方式進行擴充，通過Prolinx－5201－MENT-DNPSNET網關可以把Modicon Quantum PLC（Unity pro）系統擴展的140 NOE 77111 modbus以太網通訊協議和SCADA控制系統的DNP3.0以太網通訊協議相聯接。

    4 軟件組態設計

    4.1 PLC系統140 NOE 77101以太網模塊組態

    根據現場設備分散廣、周圍環境復雜的特點，本系統設計了由兩套冗余PLC控制系統，雙以太網模塊與其他的外部設備進行通訊。兩塊140NOE77101卡，組成A網和B網冗余以太網，正常情況下至少有一個是一直閃爍的。

                
                             圖3  140NOE 7710以太網模塊軟件組態
   
    4.2 協議轉換模塊Prolinx 軟件組態

    Prolinx MNET-DNPSNET 的原理是只有一個端口，運行TCP IP 協議，但是在TCP IP 協議的上層，它走兩種應用層協議，一種是MODBUS TCP 另外一種是DNP TCP（從邏輯上講也相當于兩個口）。一邊通過這個口，Prolinx 與PLC 進行通訊（走MODBUS TCP協議），數據還是存在其內部數據庫中，另外一方面，Prolinx與徐州的SCADA 服務器進行通訊，運行的是DNP TCP 協議，將內部數據庫的數據與遠處的SCADA服務器進行交換。

    以下以東營站A網的配置文件為例：

    # Module Information

    my_ip : 10.90.200.135

    netmask : 255.255.255.224

    gateway : 10.90.200.129

    # Module Configuration

    [Module]

    Module Type : 5201-MNET-DNPSNET

    Module Name : 5201-MNET-DNPSNET_A

    [Module Comment]

    # Put Comment Here

    [MNet Servers]

    Float Flag : No

    Float Start : 7000

    Float Offset : 1000

    Output Offset : 0

    Bit Input Offset : 0

    Holding Register Offset : 0

    Word Input Offset : 0

    Connection Timeout : 600

    [MNet Client 0]

    Minimum Command Delay : 10

    Response Timeout : 1000

    Retry Count : 3

    Float Flag : No

    Float Start : 7000

    Float Offset : 2000

    ARP Timeout : 5

    Command Error Delay : 0

    [MNet Client 0 Commands]

    START

 
  
    [DNP ENET Slave]

    Internal Slave ID : 5

    Use IP List : No

    DNP Database Offset : 0

    Binary Inputs : 80

    Analog Inputs : 500

    Counters : 0

    Binary Outputs : 30

    Analog Outputs : 100

    AI Deadband : 1

    Select/Operate Arm Time : 2000

    Write Time Interval : 60

    Data Link Confirm Mode : Never

    Data Link Confirm Tout : 1000

    Data Link Max Retry : 2

    App Layer Confirm Tout : 2000

    Unsolicited Response : No

    Class 1 Unsol Resp Min : 10

    Class 2 Unsol Resp Min : 10

    Class 3 Unsol Resp Min : 10

    Unsol Resp Delay : 5000

    UResp Master Address : 0

    AI Events with time : Yes
   
    Time Sync Before Events : Yes

    Use Trip/Close Single Point : Yes

    [DNP ENET IP ADDRESSES]

    START

    END

    [DATA MAP]

    START
      
      END

    4.3 SCADA監控系統軟件組態

    SCADA監控系統與現場進行通訊，采集各種實時數據、開關狀態、報警信息和記錄事件。SCADA監控系統與RTU服務器的通訊是核心部分，內部用DNP3.0 協議，外部通過TCP/IP協議封裝，通過以太網到達另一端。在TCP/IP編程接口中，用Socket來定義TCP/IP連接中的端點，每一個TCP/IP連接由兩個Socket構成，每一個Socket由IP地址和端口號來描述，都可以看做是一個網絡連接的端點。可以把Socket理解為通道，TCP/IP連接由連接通道來完成，連接通道由主機地址和通道號來標識。在實際編程中，Socket會自動根據TCP/IP協議對所發送的報文進行封裝，對所接收的報文自動解除封裝[2]。我們只需要根據DNP3.0協議的要求來發送和接受并解析報文。

    DNP 3.0 規約是在國際電子電工協會(IEC)的TC57協議基礎上制定的通信規約，它支持ISO 的 OSI／EPA 模型，這種模型規定了物理層，數據鏈路層和應用層。然而，為了支持高級的RTU 功能和大于最大幀長的報文，DNP 3.0 的數據鏈路采用一個偽傳 輸層去完成最短報文的組裝與分解。DNP 3.0 規約的文本共分4部分：數據鏈路層規約，傳輸功能，應用層規約及數據對象庫[1]。 

                     
                                    圖4  對DNP地址進行分配圖  

    對SCADA監控系統軟件組態，首先配置DNP遠程設備，設備是遠程設備的名字。設備的物理地址是遠程設備的地址。  

                  
                                  圖5  配置DNP遠程設置  
                
                    

                    

                    

                  
                         圖6    每一個遠程控制站進行通訊配置
    
    四、 應用效果

    綜合考慮原油輸送設備分布分散，管線較長、現場站控多等因素，為達到遠控監控的管理目標，采用冗余通訊系統，使PLC與SCADA通訊性能更穩定，技術可靠。東臨雙線自動化系統自投入使用以來已經在遠程監控、可靠性、可維護性等方面體現出明顯的優勢，已經成為當今自動化應用領域的發展方向。當然PLC與SCADA通訊的手段和策略有很多種，需要廣大的用戶不斷總結和探索。

    參考文獻：

    ［1］ 李志明，李鳴春.DNP3.0規約在廣州地區調度系統的應用［J］.廣東電力，1999，12（3）：28—30

    ［2］ 劉莉莉.基于IEC 61850 的風電場SCADA 系統安全訪問控制模型設計[J].電網技術，2008，32（1）

    ［3］ 孫明春，金敏.SCADA系統及其應用[J].自動化博覽，2000，(4):12-14.

    ［4］ 安艷萍，申群太.“DNP3.0” 在基于RTU的綜合自動化系統中的實現[J].工業控制計算機，2006，19（8）：19－22.

    摘自《自動化博覽》2010年第九期