（中石化管道储运公司管道技术作业分公司，江苏 徐州 221008）苏彩虹，师润

                     

    苏彩虹（1979-）女，助理工程师，主要从事输油管道自动化设计与实施管理工作，现就职于江苏徐州中石化管道储运公司管道技术作业分公司。

    摘要：本文以原油管道输送foxbor I/A SCADA监控系统与远程站场PLC系统之间的通讯为例，介绍传输管道SCADA远程通讯技术的实施策略，并结合应用实例，着重分析了一些技术要点、难点及解决方案。此系统实现了对各输油站的遥测、遥信、遥调、遥控“四遥”功能，以保证输油管线的正常运行。

    关键词：PLC；SCADA；Prolinx协议转换器；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系统（监控与数据采集supervisory control and data acquisition ）因其具有信息完整、高效、实时掌握系统运行状态、快速决策、快速诊断故障等优点[3]，对提高输油生产运行的可靠性、安全性与经济效益具有不可替代的作用，而被长输管道广泛采用。

    一般而言，长输管道SCADA系统采用调度中心SCADA系统、输油站场PLC两级控制方式。原油总调度中心SCADA 系统通过通讯（一般距离为数百公里或跨省）实现对远程输油站场的数据采集、实现对远程输油站场输油泵阀功能进行现场或远程控制、同时还要整合其它各辅助系统的运行信息和生产数据，并将这些数据提供给各级操作人员、管理者。因此，总调度中心SCADA系统如何实现与远程若干输油站场PLC之间的通讯并进行数据交换，成为关键所在。

    以东临线/东临复线为例，总调度中心SCADA控制系统采用I/A系列SCADA监控系统。通常CADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理和运算，而DNP 3.0规约不但是SCADA行业国际标准规约，而且它可以为SCADA提供低速(最高达64 kbit/s) 连接上高效和可靠的数据传输和控制功能，并能适应不同的拓扑结构。所以远程输油站场的PLC系统与SCADA的通讯实施策略最终采用DNP3.0协议的通讯模式。而其所选的PLC系统不支持DNP3.0协议，所以增加了Prolinx协议转换器，通过此转换器实现了SCADA系统遥测、遥信、遥调、遥控“四遥”功能[4]。

    2 网络通讯设计 

                     
                                    图1  通讯结构图

                           
                             图2  SCADA系统典型的硬件配置

    设计时为了提高系统的可靠性和稳定性，因此，硬件设备及通讯网络均采用冗余配置，从而降低了因设备和网络故障造成的安全风险。另外，考虑到现场环境的实际状况，周围大功率设备较多，而系统又是通过远程通讯方式远程监控现场设备，为了增强系统的抗干扰能力，选用光纤作为通讯介质。

    3 通讯的硬件配置

    3.1 站控PLC系统：140 NOE 77101

    现场站控PLC系统140 NOE 771 01以太网模块是Modicon Quantum 以太网TCP/IP模块系列中的最新号之一，这种以太网模块的电子部件包含在标准的Modicon Quantum单宽度外壳中，端口可传送和接收封装在 TCP/IP 协议中的Modbus命令。此模块支持Modbus TCP/IP通讯协议。

    3.2 SCADA监控系统

    SCADA监控系统的硬件设备主要是RTU服务器和工作站、管理机等。SCADA控制系统基于双机双网冗余结构，即有两台RTU、两个工作站和两个以太网，两个以太网和两台RTU服务器均可以自动切换，以保证系统的可靠运行。工业以太网采用光纤通信，能以100Mbps的速率进行传输。每台计算机均配有两个网卡，以配合双网通讯。两台工作站计算机、优化决策机和RTU服务器，通过工业以太网进行通讯，将现场采集实时数据传送到SCADA系统节点并进行处理，在本地实现流程图显示、趋势曲线、历史数据保存、历史曲线查询、参数调整、报警管理、报表管、智能优化等功能。

    为了系统的通讯更稳定，快捷，通常SCADA系统通过走DNP3.0规约与远程硬件设备通信，进行数据处理和运算。近年来又出现一个层面，通过Web发布在Internet上进行监控，可以认为这是一种“超远程客户”。

    3.3 协议转换模块Prolinx：5201－MENT-DNPSNET

    5201－MENT-DNPSNET通讯模块是以Prolinx为通讯网关，用于通过MODBUS TCP通讯将PLC中数据送到协议转换器内部数据库再重新打成DNP3.0协议的包与徐州控制中心进行通讯。使一种PLC控制系统的通讯方式进行扩充，通过Prolinx－5201－MENT-DNPSNET网关可以把Modicon Quantum PLC（Unity pro）系统扩展的140 NOE 77111 modbus以太网通讯协议和SCADA控制系统的DNP3.0以太网通讯协议相联接。

    4 软件组态设计

    4.1 PLC系统140 NOE 77101以太网模块组态

    根据现场设备分散广、周围环境复杂的特点，本系统设计了由两套冗余PLC控制系统，双以太网模块与其他的外部设备进行通讯。两块140NOE77101卡，组成A网和B网冗余以太网，正常情况下至少有一个是一直闪烁的。

                
                             图3  140NOE 7710以太网模块软件组态
   
    4.2 协议转换模块Prolinx 软件组态

    Prolinx MNET-DNPSNET 的原理是只有一个端口，运行TCP IP 协议，但是在TCP IP 协议的上层，它走两种应用层协议，一种是MODBUS TCP 另外一种是DNP TCP（从逻辑上讲也相当于两个口）。一边通过这个口，Prolinx 与PLC 进行通讯（走MODBUS TCP协议），数据还是存在其内部数据库中，另外一方面，Prolinx与徐州的SCADA 服务器进行通讯，运行的是DNP TCP 协议，将内部数据库的数据与远处的SCADA服务器进行交换。

    以下以东营站A网的配置文件为例：

    # 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监控系统软件组态

    SCADA监控系统与现场进行通讯，采集各种实时数据、开关状态、报警信息和记录事件。SCADA监控系统与RTU服务器的通讯是核心部分，内部用DNP3.0 协议，外部通过TCP/IP协议封装，通过以太网到达另一端。在TCP/IP编程接口中，用Socket来定义TCP/IP连接中的端点，每一个TCP/IP连接由两个Socket构成，每一个Socket由IP地址和端口号来描述，都可以看做是一个网络连接的端点。可以把Socket理解为通道，TCP/IP连接由连接通道来完成，连接通道由主机地址和通道号来标识。在实际编程中，Socket会自动根据TCP/IP协议对所发送的报文进行封装，对所接收的报文自动解除封装[2]。我们只需要根据DNP3.0协议的要求来发送和接受并解析报文。

    DNP 3.0 规约是在国际电子电工协会(IEC)的TC57协议基础上制定的通信规约，它支持ISO 的 OSI／EPA 模型，这种模型规定了物理层，数据链路层和应用层。然而，为了支持高级的RTU 功能和大于最大帧长的报文，DNP 3.0 的数据链路采用一个伪传 输层去完成最短报文的组装与分解。DNP 3.0 规约的文本共分4部分：数据链路层规约，传输功能，应用层规约及数据对象库[1]。 

                     
                                    图4  对DNP地址进行分配图  

    对SCADA监控系统软件组态，首先配置DNP远程设备，设备是远程设备的名字。设备的物理地址是远程设备的地址。  

                  
                                  图5  配置DNP远程设置  
                
                    

                    

                    

                  
                         图6    每一个远程控制站进行通讯配置
    
    四、 应用效果

    综合考虑原油输送设备分布分散，管线较长、现场站控多等因素，为达到远控监控的管理目标，采用冗余通讯系统，使PLC与SCADA通讯性能更稳定，技术可靠。东临双线自动化系统自投入使用以来已经在远程监控、可靠性、可维护性等方面体现出明显的优势，已经成为当今自动化应用领域的发展方向。当然PLC与SCADA通讯的手段和策略有很多种，需要广大的用户不断总结和探索。

    参考文献：

    ［1］ 李志明，李鸣春.DNP3.0规约在广州地区调度系统的应用［J］.广东电力，1999，12（3）：28—30

    ［2］ 刘莉莉.基于IEC 61850 的风电场SCADA 系统安全访问控制模型设计[J].电网技术，2008，32（1）

    ［3］ 孙明春，金敏.SCADA系统及其应用[J].自动化博览，2000，(4):12-14.

    ［4］ 安艳萍，申群太.“DNP3.0” 在基于RTU的综合自动化系统中的实现[J].工业控制计算机，2006，19（8）：19－22.

    摘自《自动化博览》2010年第九期