多網(wǎng)絡(luò)融合和多方式數(shù)據(jù)采集控制探究

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摘要:為加強(qiáng)場站安全生產(chǎn)和工藝數(shù)據(jù)監(jiān)控，以場站現(xiàn)有站控系統(tǒng)為基礎(chǔ)建設(shè)調(diào)控中心控制系統(tǒng)。在確保信息安全的前提下，采用運(yùn)營商VPN、無線DTU和寬帶網(wǎng)絡(luò)等方式搭建調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò);在確保站控系統(tǒng)正常工作的前提下，根據(jù)現(xiàn)場控制器類型、控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、組態(tài)軟件配置等確定適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際的通訊方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集。結(jié)合某公司調(diào)控中心控制系統(tǒng)建設(shè)實(shí)際，對多網(wǎng)絡(luò)的選擇、規(guī)劃、融合和信息安全進(jìn)行介紹，并對系統(tǒng)采用的多通訊方式的硬件配置、選擇、測試和集成進(jìn)行說明，為前期無統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和現(xiàn)場控制無通信預(yù)留的調(diào)控中心控制系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞:多網(wǎng)絡(luò)融合;多通訊集成;控制系統(tǒng)建設(shè);無網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

0引言

由于前期場站站控系統(tǒng)建設(shè)和公司信息化系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)過程中未考慮調(diào)控中心控制系統(tǒng)建設(shè)所必需的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通訊采集［1］，本文結(jié)合某公司調(diào)控中心建設(shè)的實(shí)際，介紹通過采用運(yùn)營商VPN、無線DTU和寬帶網(wǎng)絡(luò)多網(wǎng)融合方式搭建安全、穩(wěn)定、可靠的調(diào)控中心控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，并在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃中采用服務(wù)器雙網(wǎng)卡隔離、工業(yè)協(xié)議隔離和防火墻隔離等措施確?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全;同時(shí)介紹調(diào)控中心控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程中根據(jù)現(xiàn)場控制器型號(hào)、現(xiàn)場通訊端口類型、上位機(jī)組態(tài)軟件配置、現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等情況選擇合適的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸方式。以某公司調(diào)控中心控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況對所采用的多網(wǎng)絡(luò)融合和多通訊集成的系統(tǒng)建設(shè)提出優(yōu)化建議和措施。

1控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)絡(luò)融合

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)場站工藝數(shù)據(jù)傳輸和調(diào)控中心數(shù)據(jù)集成的重要組成部分，其網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性是確保調(diào)控中心控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的根本保障［2］。

1．1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

結(jié)合某公司調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)未在各場站進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，在充分調(diào)研某公司所屬場站的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實(shí)際情況、場站類型、場站周邊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商線路建設(shè)等情況后，確定各類型站點(diǎn)采用的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。具體介紹如下:現(xiàn)場控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)比較完善的分輸站采用依托運(yùn)營商VPN業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸，現(xiàn)場不具備有線網(wǎng)絡(luò)條件的無人值守站和計(jì)量監(jiān)管站采用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸［3］，對于不在調(diào)控中心所屬省份的場站采用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要包括3種類型:依托運(yùn)營商VPN的輸氣場站、采用無線DTU傳輸?shù)臒o人值守站和計(jì)量監(jiān)管站以及采用互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)氖⊥夥州斦荆?］。依托運(yùn)營商VPN的輸氣場站將數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)控中心VPN交換機(jī)，依托無線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的站點(diǎn)則通過運(yùn)行商數(shù)據(jù)交換后接入調(diào)控中心防火墻，然后接入互聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)，控制系統(tǒng)采用雙網(wǎng)卡設(shè)置分別接入VPN交換機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)各類型場站的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)內(nèi)、外網(wǎng)的訪問。

1．2網(wǎng)絡(luò)安全策略

針對上述控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所采取的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)主要采用以下方式:現(xiàn)場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用工業(yè)協(xié)議設(shè)備隔離、防火墻策略、服務(wù)器雙網(wǎng)卡隔離、系統(tǒng)功能優(yōu)化、交換設(shè)備端口管理等。對系統(tǒng)功能優(yōu)化、交換設(shè)備端口管理和防火墻策略進(jìn)行重點(diǎn)說明。針對控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)依托運(yùn)營商VPN、無線和互聯(lián)網(wǎng)組建的實(shí)際，為確保場站的正常生產(chǎn)和運(yùn)行，同時(shí)結(jié)合公司實(shí)際將控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制功能關(guān)閉，避免對現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)生誤操作;同時(shí)，針對交換設(shè)備分布分散的現(xiàn)狀，現(xiàn)場交換設(shè)備預(yù)留端口均封閉且開放端口與連接設(shè)備的物理地址進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而確保預(yù)留端口不能使用且使用端口只允許關(guān)聯(lián)物理地址的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;控制系統(tǒng)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(xiàn)場防火墻只允許調(diào)控中心控制系統(tǒng)服務(wù)器訪問，調(diào)控中心防火墻只允許現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備訪問，從而確保系統(tǒng)不受其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響［5］。

2系統(tǒng)多方式的數(shù)據(jù)采集

2．1現(xiàn)場控制器預(yù)留通訊端口

針對場站控制系統(tǒng)控制器預(yù)留通訊端口的情況，通過利用場站控制器預(yù)留端口實(shí)現(xiàn)場站工藝數(shù)據(jù)采集和傳輸。如果場站控制器預(yù)留口為支持RS485通信協(xié)議的接口［6］，則利用串口服務(wù)器將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP數(shù)據(jù)格式，然后接入現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集交換機(jī)后利用控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸{(diào)控中心;如果場站控制器預(yù)留端口為RJ45，為確保現(xiàn)場控制器的正常工作，則利用串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS485數(shù)據(jù)，然后再利用串口服務(wù)器將RS485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP數(shù)據(jù)，最后接入現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集交換機(jī)［7］。數(shù)據(jù)采集和傳輸流程圖如圖2所示。

2．2現(xiàn)場控制器無多余通訊端口

由于前期場站控制系統(tǒng)建設(shè)未考慮調(diào)控中心建設(shè)需求，致使部門場站控制器無預(yù)留數(shù)據(jù)采集端口，為調(diào)控中心控制系統(tǒng)現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)采集造成困難。針對這類情況，在避免現(xiàn)場站控系統(tǒng)大改造和確?，F(xiàn)有站控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，數(shù)據(jù)采集過程中采用RS485數(shù)據(jù)監(jiān)聽和解析、TCP/IP數(shù)據(jù)監(jiān)聽和解析、上位機(jī)軟件OPC轉(zhuǎn)發(fā)3種方式。2．2．1RS485數(shù)據(jù)監(jiān)聽和解析針對現(xiàn)場通過RS485進(jìn)行站控系統(tǒng)內(nèi)部通訊的場站，利用串口服務(wù)器對現(xiàn)場站控系統(tǒng)內(nèi)部的RS485數(shù)據(jù)包進(jìn)行監(jiān)聽后轉(zhuǎn)換為TCP/IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到調(diào)控中心，然后在調(diào)控中心控制系統(tǒng)后臺(tái)利用現(xiàn)場站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊點(diǎn)表進(jìn)行解析，數(shù)據(jù)解析后得到現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)［8］。2．2．2TCP/IP數(shù)據(jù)監(jiān)聽和解析針對現(xiàn)場通過TCP/IP協(xié)議組建站控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的場站，利用串口服務(wù)器接入現(xiàn)場站控系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)包監(jiān)聽，然后轉(zhuǎn)換為RS485數(shù)據(jù)，再利用串口服務(wù)器將RS485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP數(shù)據(jù)包后發(fā)送到調(diào)控中心后臺(tái)，根據(jù)現(xiàn)場控制器數(shù)據(jù)設(shè)置進(jìn)行數(shù)據(jù)解析得到場站工藝數(shù)據(jù)。2．2．3上位機(jī)軟件OPC轉(zhuǎn)發(fā)針對上位機(jī)軟件開放OPC模塊的部分場站，采用OPC通訊的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用OPC客戶端將上位機(jī)OPC轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)發(fā)送到調(diào)控中心控制系統(tǒng)服務(wù)器;同時(shí)為保障現(xiàn)場上位機(jī)的信息安全和不改變現(xiàn)有站控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過上位機(jī)擴(kuò)展網(wǎng)卡的方式為OPC轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)單獨(dú)設(shè)置通道［9］。

2．3無人值守站數(shù)據(jù)采集

無人值守站或者計(jì)量監(jiān)管站采用無線DTU遠(yuǎn)傳的方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)傳輸，現(xiàn)場DTU通過RS485數(shù)據(jù)采集渦輪流量計(jì)或者小型CPU的數(shù)據(jù)，然后利用無線網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)控中心。

3結(jié)論

本文在某公司調(diào)控中心控制系統(tǒng)未進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃的情況下，詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)建設(shè)中的控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和數(shù)據(jù)采集問題的解決方案，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡(luò)的功能性建設(shè)、各類型站點(diǎn)的工藝數(shù)據(jù)采集。在調(diào)控中心站控系統(tǒng)試運(yùn)行階段，采用監(jiān)聽方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的場站穩(wěn)定性較差、數(shù)據(jù)延遲較大，偶爾會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)場串口服務(wù)器無響應(yīng)的問題;采用其他數(shù)據(jù)采集方式的場站能夠穩(wěn)定進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，且不影響現(xiàn)場場站控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。采用多網(wǎng)融合方式建設(shè)的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和交換，但是在信息安全和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面仍然存在不足。鑒于上述情況，在控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方面不斷優(yōu)化和改進(jìn)通訊監(jiān)聽數(shù)據(jù)采集方式，確?？刂葡到y(tǒng)數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性;在控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面將不斷完善系統(tǒng)的防火墻配置、部署數(shù)據(jù)審計(jì)服務(wù)器，逐步將數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)全部轉(zhuǎn)換為VPN網(wǎng)絡(luò)，無線DTU采用VPN數(shù)據(jù)卡確保無線數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性。

作者:鄧佳麗 王繼光 單位:山東實(shí)華天然氣有限公司