多網(wǎng)絡融合和多方式數(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)為基礎建設調(diào)控中心控制系統(tǒng)。在確保信息安全的前提下，采用運營商VPN、無線DTU和寬帶網(wǎng)絡等方式搭建調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡;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)絡結構、組態(tài)軟件配置等確定適應現(xiàn)場實際的通訊方式，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集。結合某公司調(diào)控中心控制系統(tǒng)建設實際，對多網(wǎng)絡的選擇、規(guī)劃、融合和信息安全進行介紹，并對系統(tǒng)采用的多通訊方式的硬件配置、選擇、測試和集成進行說明，為前期無統(tǒng)一網(wǎng)絡規(guī)劃和現(xiàn)場控制無通信預留的調(diào)控中心控制系統(tǒng)建設提供參考。

關鍵詞:多網(wǎng)絡融合;多通訊集成;控制系統(tǒng)建設;無網(wǎng)絡規(guī)劃

0引言

由于前期場站站控系統(tǒng)建設和公司信息化系統(tǒng)規(guī)劃建設過程中未考慮調(diào)控中心控制系統(tǒng)建設所必需的網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通訊采集［1］，本文結合某公司調(diào)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(wǎng)絡多網(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，并在網(wǎng)絡設計和規(guī)劃中采用服務器雙網(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)絡安全;同時介紹調(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、現(xiàn)場通訊端口類型、上位機組態(tài)軟件配置、現(xiàn)場控制網(wǎng)絡拓撲結構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)的實際運行情況對所采用的多網(wǎng)絡融合和多通訊集成的系統(tǒng)建設提出優(yōu)化建議和措施。

1控制系統(tǒng)網(wǎng)絡的多網(wǎng)絡融合

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡是實現(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)定運行的根本保障［2］。

1．1網(wǎng)絡系統(tǒng)建設

結合某公司調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡未在各場站進行統(tǒng)一規(guī)劃和設計的現(xiàn)狀，在充分調(diào)研某公司所屬場站的網(wǎng)絡建設實際情況、場站類型、場站周邊網(wǎng)絡運行商線路建設等情況后，確定各類型站點采用的網(wǎng)絡傳輸方式。具體介紹如下:現(xiàn)場控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)建設比較完善的分輸站采用依托運營商VPN業(yè)務實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸，現(xiàn)場不具備有線網(wǎng)絡條件的無人值守站和計量監(jiān)管站采用無線網(wǎng)絡實現(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)進行數(shù)據(jù)傳輸。調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)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?shù)臒o人值守站和計量監(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，依托無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的站點則通過運行商數(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，控制系統(tǒng)采用雙網(wǎng)卡設置分別接入VPN交換機和互聯(lián)網(wǎng)交換機，實現(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)絡安全策略

針對上述控制系統(tǒng)網(wǎng)絡所采取的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式，網(wǎng)絡安全防護主要采用以下方式:現(xiàn)場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡與調(diào)控中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡用工業(yè)協(xié)議設備隔離、防火墻策略、服務器雙網(wǎng)卡隔離、系統(tǒng)功能優(yōu)化、交換設備端口管理等。對系統(tǒng)功能優(yōu)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(tǒng)網(wǎng)絡依托運營商VPN、無線和互聯(lián)網(wǎng)組建的實際，為確保場站的正常生產(chǎn)和運行，同時結合公司實際將控制系統(tǒng)遠程控制功能關閉，避免對現(xiàn)場設備產(chǎn)生誤操作;同時，針對交換設備分布分散的現(xiàn)狀，現(xiàn)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(lián)，從而確保預留端口不能使用且使用端口只允許關聯(lián)物理地址的設備進行數(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)服務器訪問，調(diào)控中心防火墻只允許現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸設備訪問，從而確保系統(tǒng)不受其他網(wǎng)絡設備的影響［5］。

2系統(tǒng)多方式的數(shù)據(jù)采集

2．1現(xiàn)場控制器預留通訊端口

針對場站控制系統(tǒng)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(xiàn)場站工藝數(shù)據(jù)采集和傳輸。如果場站控制器預留口為支持RS485通信協(xié)議的接口［6］，則利用串口服務器將采集到的數(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)采集交換機后利用控制系統(tǒng)網(wǎng)絡傳輸?shù)秸{(diào)控中心;如果場站控制器預留端口為RJ45，為確?，F(xiàn)場控制器的正常工作，則利用串口服務器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS485數(shù)據(jù)，然后再利用串口服務器將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［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)建設未考慮調(diào)控中心建設需求，致使部門場站控制器無預留數(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進行站控系統(tǒng)內(nèi)部通訊的場站，利用串口服務器對現(xiàn)場站控系統(tǒng)內(nèi)部的RS485數(shù)據(jù)包進行監(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)后臺利用現(xiàn)場站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊點表進行解析，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)絡的場站，利用串口服務器接入現(xiàn)場站控系統(tǒng)內(nèi)部進行數(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，根據(jù)現(xiàn)場控制器數(shù)據(jù)設置進行數(shù)據(jù)解析得到場站工藝數(shù)據(jù)。2．2．3上位機軟件OPC轉(zhuǎn)發(fā)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(shù)據(jù)采集，利用OPC客戶端將上位機OPC轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)發(fā)送到調(diào)控中心控制系統(tǒng)服務器;同時為保障現(xiàn)場上位機的信息安全和不改變現(xiàn)有站控系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構，通過上位機擴展網(wǎng)卡的方式為OPC轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)單獨設置通道［9］。

2．3無人值守站數(shù)據(jù)采集

無人值守站或者計量監(jiān)管站采用無線DTU遠傳的方式實現(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結論

本文在某公司調(diào)控中心控制系統(tǒng)未進行統(tǒng)一規(guī)劃的情況下，詳細介紹了控制系統(tǒng)建設中的控制網(wǎng)絡建設和數(shù)據(jù)采集問題的解決方案，實現(xiàn)了現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡的功能性建設、各類型站點的工藝數(shù)據(jù)采集。在調(diào)控中心站控系統(tǒng)試運行階段，采用監(jiān)聽方式進行數(shù)據(jù)采集的場站穩(wěn)定性較差、數(shù)據(jù)延遲較大，偶爾會出現(xiàn)現(xiàn)場串口服務器無響應的問題;采用其他數(shù)據(jù)采集方式的場站能夠穩(wěn)定進行數(shù)據(jù)采集，且不影響現(xiàn)場場站控制系統(tǒng)的正常運行。采用多網(wǎng)融合方式建設的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡實現(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)絡結構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)定性和實時性;在控制系統(tǒng)網(wǎng)絡建設方面將不斷完善系統(tǒng)的防火墻配置、部署數(shù)據(jù)審計服務器，逐步將數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡全部轉(zhuǎn)換為VPN網(wǎng)絡，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:山東實華天然氣有限公司