ControlNet網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的原理應(yīng)用

應(yīng)用背景

　　近年來(lái)，世界對(duì)于能源的需求不斷擴(kuò)大，能源作為一個(gè)國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)越來(lái)越受到各國(guó)的重視，由于能源特別是石油而引起的沖突不斷。為保證能源的供應(yīng)，我國(guó)除積極尋找國(guó)內(nèi)油田外，還積極尋找國(guó)外的供應(yīng)，因此目前我國(guó)的石油供應(yīng)趨于多樣化。而石油的運(yùn)輸主要通過(guò)輸油管道進(jìn)行，同時(shí)輸油本身就是一項(xiàng)能耗巨大的工業(yè)過(guò)程。如何在油品多樣化的現(xiàn)狀下尋找出不同油品運(yùn)輸?shù)淖畹统杀痉桨赋蔀橐豁?xiàng)重要的課題。建設(shè)大口徑、多功能、自動(dòng)化水平高的石油試驗(yàn)環(huán)道，可以得到不同環(huán)境下石油儲(chǔ)運(yùn)的各種數(shù)據(jù)，為各儲(chǔ)運(yùn)站提供可靠、準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使石油儲(chǔ)運(yùn)最大化、科學(xué)化，減少儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的維護(hù)工作。為此中國(guó)石油管道公司在我國(guó)北方建立一個(gè)大型的、國(guó)際一流的輸油管道試驗(yàn)基地。

　　為更好的滿(mǎn)足試驗(yàn)需求，要求工藝流程能夠?qū)崿F(xiàn)停輸再啟動(dòng)試驗(yàn)，在變性研究和結(jié)蠟試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，盡可能增加流程切換的靈活性，可在多種工況下進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)工藝流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加試驗(yàn)管段長(zhǎng)度，提高試驗(yàn)精度。試驗(yàn)環(huán)道的數(shù)據(jù)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集，檢測(cè)設(shè)備采用高精度儀表。為適應(yīng)環(huán)道將來(lái)進(jìn)行其他油品測(cè)試的需要，預(yù)留原油卸車(chē)接口。

　　為此，采用以操作員工作站為上位機(jī)，可編程控制器（PLC）為下位機(jī)的控制模式組成自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的方案。PLC采用美國(guó)ROCKWELL公司的先進(jìn)的ControlLogix系列產(chǎn)品，應(yīng)用Logix5000編程，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障檢測(cè)等功能;同時(shí)采用了雙PLC（CPU）運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的熱備功能;上位機(jī)工作于Windows環(huán)境下，使用工程上廣泛應(yīng)用的澳大利亞Ci?Technologic公司的Citect工業(yè)控制組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件，采用雙人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了環(huán)道工藝流程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集處理，故障報(bào)警，實(shí)時(shí)、歷史報(bào)表的打印等功能;利用ControlNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對(duì)系統(tǒng)各設(shè)備參數(shù)值進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控顯示，充分保證信息傳遞的快速性。從而能夠使整個(gè)試驗(yàn)環(huán)道的各設(shè)備的運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)并及時(shí)的控制。

ControlNet?網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　ControlNet是確定性、可重復(fù)性的控制網(wǎng)絡(luò)，同一鏈路上允許有多個(gè)控制器同時(shí)共存，網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)居于對(duì)等地位，可以從任意節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存取，網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)速率為5Mbps，在端到端總長(zhǎng)為250m的距離內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)可支持的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為48個(gè)?？偩€(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是星型、樹(shù)型、總線(xiàn)型或是這3者之間的任意組合。能夠使用的中繼器數(shù)目只受到系統(tǒng)延遲時(shí)間的限制，使用中繼器，最大的端到端傳輸距離使用同軸電纜為3km，使用光纖傳輸可以達(dá)到30Km，并且支持冗余結(jié)構(gòu)。

　　本系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)：管理層、控制層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　本系統(tǒng)中ControlNet網(wǎng)絡(luò)總長(zhǎng)50m，沒(méi)有采用中繼器，保證信息的實(shí)時(shí)性。上層計(jì)算機(jī)中采用1785-PCIC卡連接到ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，下層PLC通過(guò)1756-CNBR模塊連接至ControlNet網(wǎng)絡(luò)。為了保證系統(tǒng)的可靠性采用了雙網(wǎng)絡(luò)冗余與雙控制器冗余。

　　控制層采用美國(guó)ROCKWELL公司的ControlLogix系列產(chǎn)品，主要配置有：1756-L55M24、1757-SRM、1756-PA75、1756-A4、1756-CNBR、1756-A17、1756-N2、1756-IF16、1756-IB16、1756-OW16I、1756-IR6I、1756-OF8等。這些設(shè)備構(gòu)成了雙冗余控制站和遠(yuǎn)程I/O站。

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層要滿(mǎn)足試驗(yàn)環(huán)道各種數(shù)據(jù)采集需要和流程控制功能，主要配置有：電動(dòng)球閥16個(gè)、電動(dòng)閘閥7個(gè)、變頻器1臺(tái)、攪拌器1臺(tái)、壓力采集（4～20mA）10點(diǎn)、差壓采集（4～20?mA）2點(diǎn)、溫度采集（4～20?mA）66點(diǎn)、液位采集（4～20?mA）1點(diǎn)、流量采集（4～20?mA）2點(diǎn)。

　　系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖2所示。

圖2?系統(tǒng)構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)與通信實(shí)現(xiàn)

　　網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)與管理采用RSNetWorx?for?ControlNet?軟件，該軟件提供對(duì)ControlNet網(wǎng)絡(luò)和的設(shè)計(jì)、配置及管理。RSNetWorx允許你最大限度地提高你所擁有的ControlNett網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的生產(chǎn)能力，通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件界面迅速地對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。這些設(shè)置可以在“離線(xiàn)”方式下通過(guò)“拖/放”設(shè)備圖標(biāo)的操作方式進(jìn)行。有關(guān)其操作，這里不再贅述。

　　采用RSLinx網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)上層1785-PCIC卡與控制站、遠(yuǎn)程I/O站之間的通信，RSLinx網(wǎng)關(guān)包含了OPC和DDE的功能以及PLC和其它設(shè)備數(shù)據(jù)查看的功能，可以把一臺(tái)安裝有RSLinx的計(jì)算機(jī)當(dāng)作一個(gè)網(wǎng)關(guān)從而訪(fǎng)問(wèn)控制站、遠(yuǎn)程I/O站，RSLinx是遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)的必備軟件。同時(shí)RSLinx的OPC功能也使得上層計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件訪(fǎng)問(wèn)控制站、遠(yuǎn)程I/O站成為可能。其操作可以在“在線(xiàn)”條件下自動(dòng)掃描完成，這里也不再贅述。

上、下層通信的實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)中上層監(jiān)控軟件Citect與控制層RSLinx網(wǎng)關(guān)均支持OPC功能，所以上層監(jiān)控軟件與下層ControlNet網(wǎng)絡(luò)間的通信是通過(guò)OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。在使用RSLinx實(shí)現(xiàn)ControlNet網(wǎng)絡(luò)的通信之后，要在Citect軟件中對(duì)OPC進(jìn)行設(shè)置，要對(duì)I/O服務(wù)器、主板、端口、I/O設(shè)備、變量標(biāo)簽依次設(shè)置，下面圖3、圖4為本系統(tǒng)中I/O服務(wù)器、主板的設(shè)置畫(huà)面，其它設(shè)置不再給出。

結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)投入運(yùn)行后，運(yùn)行可靠，效果很好，滿(mǎn)足了初始設(shè)計(jì)的要求，能夠很好的測(cè)試原油的各項(xiàng)參數(shù)，利用相關(guān)的軟件和測(cè)出的參數(shù)可計(jì)算出原油輸送的最佳條件，并能模擬真實(shí)輸油管道的運(yùn)行情況，形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)道。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：以ControlNet為核心，構(gòu)建簡(jiǎn)化的三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu);Ctiect?SCADA?與ControlLogix系列PLC的之間采用OPC技術(shù)，通信速度獲得提高;試驗(yàn)環(huán)道的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和流程控制;多工藝流程的集成控制。

圖3?I/O服務(wù)器設(shè)置

圖4?主板設(shè)置

　　本項(xiàng)目截至2007年9月產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益20萬(wàn)元，隨著應(yīng)用的進(jìn)程，效益會(huì)不斷增加。數(shù)據(jù)來(lái)源：北華航天工業(yè)學(xué)院寶坻項(xiàng)目組。