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SCADA 应用中的通讯技术

2018年10月26日 13:48:20 中国传动网

以近期国内采矿行业成功实施的一个大型SCADA系统项目为例,试着帮助大家加深对SCADA应用中通讯技术的认识。

系统主干采用SDH专网,总体的带宽为2.5Gb,网络同时集成了实时数据通讯、视频监控、网络调度电话及办公OA系统。

主控中心服务器、分控站的操作员站采用RSLinx通讯软件与分控站、子控站的PLC控制系统通讯。RSLinx软件采用基于通用以太网平台的EtherNet/IP通讯协议与控制器通讯。

EtherNet/IP指的是"以太网工业协议"(EthernetIndustrialProtocol)。它定义了一个开放的工业标准,将传统的以太网与工业协议相结合。该协议最早由罗克韦尔自动化在上世纪90年代研发,后来交由开放设备网络供应商委员会ODVA管理。目前EtherNet/IP作为开放标准在ODVA有超过2000家认证供应商。

EtherNet/IP是基于标准以太网的实时工业通讯协议,所有标准的以太网通信模块,如PC接口卡、电缆、连接器、集线器和交换机都能与EtherNet/IP一起使用。EtherNet/IP在传输层以上采用通用工业协议CIP。

在EtherNet/IP面世之前,CIP作为大型的独立于网络的标准,已经与ControlNet和DeviceNet一起使用了很多年。ControlNet,DeviceNet和EtherNet/IP具有相同的应用协议,因而使用通用的设备规范和目标库。这就使得不同厂商的复杂设备间能够即插即用地进行操作。EtherNet/IP倾向用于网络实时控制应用。借助CIP协议,以太网可以集成到设备级,能给用户提供诸多便利,通用的配置、跨越几个网络收集和控制数据、以TCP/IP连到全球互联网或公司内部网,最终在所有工作层面上提供连续的信息流。

变电所后台综保电调系统的20个RTU四遥信号的采集,采用了通用电力SCADA协议IEC60870-5-104。它实际上是IEC60870-5-101协议的网络应用,为两个具有永久连接电路的主站与子站间基本远动信息的传输提供了一套通信协议集。IEC60870-5-104支持多主站和对等操作,对于遥信、遥测等信息,支持轮询方式;而对于变位信息,则由发生数据变化的设备主动上报,无需主站去询问。

由于该项目对于各站点之间的协同及连锁保护的要求较高,要求SCADA系统实现高精度的时间同步,系统采用专用的GPS网络时间服务器,接收卫星信号并提供NTP网络对时服务。服务器及客户端计算机可以与网络时间服务器通过NTP对时,局域网对时精度可达1ms。对于控制器系统,选定首站的交换机作为NTP客户端从时间服务器获取时间。该交换机同时作为IEEE1588(精确对时协议,对时精度可以达100ns,自带网络传输延时补偿)时间服务器,所有控制器作为IEEE1588客户端与该交换机进行对时。

IEEE1588定义了为网络测量和控制系统提供精确时钟同步的协议标准,因为运营商、电力、制造、运输等行业的各类系统都需要一个能在低成本、易部署的以太网上为其提供高精度时钟同步的方法。PTP是IEEE1588的核心协议,设备之间通过运行PTP协议,交互PTP报文,实现时间和频率的同步。

项目中采用的FactoryTalkViewSE软件可以与Logix控制器标签数据库一体化集成,用户可以在软件里直接使用PLC控制器标签,大幅减少传统SCADA软件标签数据库的组态及校对工作量,同时减少了数据通讯的接口层次,大大提高了系统的实时性。

另外FactoryTalkViewSE软件支持基于PLC设备的报警和事件功能。可以在Logix控制器内定义报警信息,在报警发生时,以事件消息的方式把带有控制器时间标签的数据信息主动上报到FactoryTalkViewSE软件,报警信号的时间精度可以达到毫秒级。

该项目采用了两套50,000点的FactoryTalkHistorianSE实时历史数据库,其内核引擎采用了PI实时历史数据库,和PI首创的螺旋门压缩算法,可以在1秒内读写上百万条历史数据,并实现对海量历史数据的高速检索和访问。

项目中采用的FactoryTalkVantagePoint智能化制造软件,具备设备建模的能力,可以基于ISA95标准建立生产模型,按设备、生产单元、工艺段、厂站、企业树形结构组织实时数据及关系型数据。

同时,这款软件是基于B/S(浏览器/服务器)架构的,可以生成管理系统门户网站。用户可以使用Excel插件,基于实时历史数据库及关系型商业数据库中保存的数据,很方便的生成各类自定义报表,并发布成网页;也可以使用专业的电子面板工具,生成各类实时动画式刷新的电子面板画面。

VantagePoint的前身为Incurity,Wonderware公司曾OEM该产品作为InSQL历史数据库的客户端软件及Wonderware的信息化门户解决方案。后来这家公司被RockwellAutomation收购。

该产品在中国电厂SIS系统、燃气管网调度管理系统等大型SCADA项目中有过广泛且成熟的应用。

希望通过以上简短的案例分享,能够帮助大家更好的理解SCADA应用中的通讯技术。

在实际的应用中,SCADA软件往往与PLC来自于不同厂商。一般情况下,主流PLC厂商总是会采用自家主推的通讯协议,SCADA软件要直接支持所有PLC厂商的通讯协议是比较困难的,因此通常需要借助OPC技术来实现连接。而传统的OPC技术因为DCOM权限设置及早期的DCOM稳定性问题广为工程师们所诟病。

目前PLC厂商都在加速推进将最新的OPCUA统一架构技术集成到新一代的PLC产品当中。SCADA软件未来可以直接通过OPCUA连接所有主流厂商的PLC,将大大简化工程师的通讯配置工作;另外通过OPCUA可以和企业的用户权限认证服务器集成,解决以往的SCADA通讯安全问题。

供稿:网络

本文链接:http://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=34036

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