多網絡融合和多方式數據采集探究

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摘要:為加強場站安全生產和工藝數據監控，以場站現有站控系統為基礎建設調控中心控制系統。在確保信息安全的前提下，采用運營商VPN、無線DTU和寬帶網絡等方式搭建調控中心控制系統網絡;在確保站控系統正常工作的前提下，根據現場控制器類型、控制網絡結構、組態軟件配置等確定適應現場實際的通訊方式，實現系統數據的采集。結合某公司調控中心控制系統建設實際，對多網絡的選擇、規劃、融合和信息安全進行介紹，并對系統采用的多通訊方式的硬件配置、選擇、測試和集成進行說明，為前期無統一網絡規劃和現場控制無通信預留的調控中心控制系統建設提供參考。

關鍵詞:多網絡融合;多通訊集成;控制系統建設;無網絡規劃

0引言

由于前期場站站控系統建設和公司信息化系統規劃建設過程中未考慮調控中心控制系統建設所必需的網絡和數據通訊采集［1］，本文結合某公司調控中心建設的實際，介紹通過采用運營商VPN、無線DTU和寬帶網絡多網融合方式搭建安全、穩定、可靠的調控中心控制系統的控制網絡，并在網絡設計和規劃中采用服務器雙網卡隔離、工業協議隔離和防火墻隔離等措施確保控制系統網絡安全;同時介紹調控中心控制系統數據采集過程中根據現場控制器型號、現場通訊端口類型、上位機組態軟件配置、現場控制網絡拓撲結構等情況選擇合適的現場數據傳輸方式。以某公司調控中心控制系統的實際運行情況對所采用的多網絡融合和多通訊集成的系統建設提出優化建議和措施。

1控制系統網絡的多網絡融合

控制系統網絡是實現場站工藝數據傳輸和調控中心數據集成的重要組成部分，其網絡的穩定性和安全性是確保調控中心控制系統安全穩定運行的根本保障［2］。

1．1網絡系統建設

結合某公司調控中心控制系統網絡未在各場站進行統一規劃和設計的現狀，在充分調研某公司所屬場站的網絡建設實際情況、場站類型、場站周邊網絡運行商線路建設等情況后，確定各類型站點采用的網絡傳輸方式。具體介紹如下:現場控制系統和網絡系統建設比較完善的分輸站采用依托運營商VPN業務實現現場數據采集和傳輸，現場不具備有線網絡條件的無人值守站和計量監管站采用無線網絡實現現場數據采集和傳輸［3］，對于不在調控中心所屬省份的場站采用互聯網進行數據傳輸。調控中心控制系統網絡拓撲結構如圖1所示。控制系統網絡主要包括3種類型:依托運營商VPN的輸氣場站、采用無線DTU傳輸的無人值守站和計量監管站以及采用互聯網傳輸的省外分輸站［4］。依托運營商VPN的輸氣場站將數據傳輸至調控中心VPN交換機，依托無線網絡和互聯網的站點則通過運行商數據交換后接入調控中心防火墻，然后接入互聯網交換機，控制系統采用雙網卡設置分別接入VPN交換機和互聯網交換機，實現各類型場站的數據采集和控制系統內、外網的訪問。

1．2網絡安全策略

針對上述控制系統網絡所采取的數據采集和傳輸方式，網絡安全防護主要采用以下方式:現場控制系統網絡與調控中心控制系統網絡用工業協議設備隔離、防火墻策略、服務器雙網卡隔離、系統功能優化、交換設備端口管理等。對系統功能優化、交換設備端口管理和防火墻策略進行重點說明。針對控制系統網絡依托運營商VPN、無線和互聯網組建的實際，為確保場站的正常生產和運行，同時結合公司實際將控制系統遠程控制功能關閉，避免對現場設備產生誤操作;同時，針對交換設備分布分散的現狀，現場交換設備預留端口均封閉且開放端口與連接設備的物理地址進行關聯，從而確保預留端口不能使用且使用端口只允許關聯物理地址的設備進行數據交換;控制系統所有防火墻采用“除了明確允許的訪問，其他訪問全部拒絕”，現場防火墻只允許調控中心控制系統服務器訪問，調控中心防火墻只允許現場數據傳輸設備訪問，從而確保系統不受其他網絡設備的影響［5］。

2系統多方式的數據采集

2．1現場控制器預留通訊端口

針對場站控制系統控制器預留通訊端口的情況，通過利用場站控制器預留端口實現場站工藝數據采集和傳輸。如果場站控制器預留口為支持RS485通信協議的接口［6］，則利用串口服務器將采集到的數據轉換為TCP/IP數據格式，然后接入現場數據采集交換機后利用控制系統網絡傳輸到調控中心;如果場站控制器預留端口為RJ45，為確保現場控制器的正常工作，則利用串口服務器將數據轉換為RS485數據，然后再利用串口服務器將RS485數據轉換為TCP/IP數據，最后接入現場數據采集交換機［7］。數據采集和傳輸流程圖如圖2所示。

2．2現場控制器無多余通訊端口

由于前期場站控制系統建設未考慮調控中心建設需求，致使部門場站控制器無預留數據采集端口，為調控中心控制系統現場工藝數據采集造成困難。針對這類情況，在避免現場站控系統大改造和確保現有站控系統安全穩定運行的前提下，數據采集過程中采用RS485數據監聽和解析、TCP/IP數據監聽和解析、上位機軟件OPC轉發3種方式。2．2．1RS485數據監聽和解析針對現場通過RS485進行站控系統內部通訊的場站，利用串口服務器對現場站控系統內部的RS485數據包進行監聽后轉換為TCP/IP數據包轉發到調控中心，然后在調控中心控制系統后臺利用現場站控系統數據通訊點表進行解析，數據解析后得到現場工藝數據［8］。2．2．2TCP/IP數據監聽和解析針對現場通過TCP/IP協議組建站控系統網絡的場站，利用串口服務器接入現場站控系統內部進行數據包監聽，然后轉換為RS485數據，再利用串口服務器將RS485數據轉換為TCP/IP數據包后發送到調控中心后臺，根據現場控制器數據設置進行數據解析得到場站工藝數據。2．2．3上位機軟件OPC轉發針對上位機軟件開放OPC模塊的部分場站，采用OPC通訊的方式進行數據采集，利用OPC客戶端將上位機OPC轉發的數據發送到調控中心控制系統服務器;同時為保障現場上位機的信息安全和不改變現有站控系統的網絡拓撲結構，通過上位機擴展網卡的方式為OPC轉發數據單獨設置通道［9］。

2．3無人值守站數據采集

無人值守站或者計量監管站采用無線DTU遠傳的方式實現現場工藝數據傳輸，現場DTU通過RS485數據采集渦輪流量計或者小型CPU的數據，然后利用無線網將數據傳輸至調控中心。

3結論

本文在某公司調控中心控制系統未進行統一規劃的情況下，詳細介紹了控制系統建設中的控制網絡建設和數據采集問題的解決方案，實現了現階段控制網絡的功能性建設、各類型站點的工藝數據采集。在調控中心站控系統試運行階段，采用監聽方式進行數據采集的場站穩定性較差、數據延遲較大，偶爾會出現現場串口服務器無響應的問題;采用其他數據采集方式的場站能夠穩定進行數據采集，且不影響現場場站控制系統的正常運行。采用多網融合方式建設的控制系統網絡實現了控制系統數據的采集和交換，但是在信息安全和網絡結構等方面仍然存在不足。鑒于上述情況，在控制系統數據采集方面不斷優化和改進通訊監聽數據采集方式，確保控制系統數據采集的穩定性和實時性;在控制系統網絡建設方面將不斷完善系統的防火墻配置、部署數據審計服務器，逐步將數據傳輸網絡全部轉換為VPN網絡，無線DTU采用VPN數據卡確保無線數據的安全性和穩定性。

作者:鄧佳麗 王繼光 單位:山東實華天然氣有限公司