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CIM-PAC 9000 plus SCADA系统 点击:3321 | 回复:26



吴志扬

    
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1.系统概述 SCADA 系统是一种采用国际上先进的微机技术、网络技术、通信技术及测量控制技术实现远距离监视控制和数据采集及管理的分布式 三遥系统。 SCADA系统的核心是RTU,他可以由金飞(晏鸟)(kingfisher)系统构成,也可由ACTION公司最新开发的,以LON 网现场总线仪表配上 电台及PLC构成。和配有数据采集、监视控制及管理软件的工业微机以及多种通信方式一起构成了三遥SCADA系统。 系统自推出以来,以经历了系列1基型、系列1增强型及系列2以及LON 网flexnet系列等四个发展阶段。它以灵活的组态,构成与扩展 的容易方便,满足了不同用户、不同规模的要求。已在世界各地(美国、加拿大、澳大利亚、韩国、泰国及中国等地)的许多领域得到了 广泛的应用。其可靠性和技术先进性已赢得了众多用户的肯定和赞赏,是世界上比较成熟的SCADA系统。 ●可靠性高。系统能在恶劣环境下长时间连续工作,可无人值守。 ●扩展性好。系统可构成单极网或多级(递阶)网。 ●组态灵活。本地或远程组态。 ●维护容易。故障诊断和出错处理。 ●适用面广。多种通信方式。距离远,范围大。 2.系统的用途及应用领域 2.1用途 本系统主要用来对各种能源(煤、气、蒸汽、水、电、油等)的产生、输送、分配、调度及管理等阶段的各种参数,如:温度、压力、 流量、液位及电压、电流、功率等电量以及设备开和关,泵启停状态等进行远距离测量、监视、控制、通信、数据采集和集中调度管理, 以达到高效产生、合理分配、经济使用、从而节约能源、提高能源利用率。 另外,本系统也可对管道渗漏,钻井深度,火灾,机场安全,森林防护,环境污染等进行监视。 2.2主要应用领域 三遥SCADA系统,应用领域很广(根据其规模大小,监控点数多少,分布范围及通信距离的远近以及监控对象的不同),特别适用于 点数分散,距离较远,范围较大的城市集中供热(热网),集中供气(煤气,天然气等),集中供水(管网、自来水等),集中供电(电 网、变配电站等)的监控管理,油气田的开采、输送和分配,煤矿开采的输送与管理,铁路与公路的交通调度与管理,污水处理,大中型 厂矿企业的能源管理,大型建筑物的能源管理等方面。此外,还可应用于水文水利,森林防护及仓库管理等领域。 2.3系统构成及配置 三遥SCADA系统是由远程监控站(RTU)、通信系统、上位管理站及计算机网络构成。如图3.1所示. 该系统可支持单层网到复杂的递阶多级网。每级最多可支持1000个(RTU)。监控范围可从几公里到几百公里(加中继站)。监控点 数从几百点到几千点。 3.1远程监控站(RTU) 有三种类型的RTU可供用户选择:



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3.1.1分散型RTU 采用LON(Local Operating Network)网技术,把要测量或控制的点引入LON网,然后再通过Radio,公用电话线或光纤等专用线把数 据采入SCADA网络,它的基本构成如下:

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每个分散型RTU(LON)可以配置63个节点,对模拟量而言,一个I/O点就是一个节点,对离散量而言几个I/O点才算一个节点,点数再 增加也是可以的,不过要加上repeater,它最适用于点数不多,但地域却比较分散的场合。因为LON网可以在2Km的距离内使信息自由流通, 故一个RTU就可估计2Km的距离内的各点而不需将它们远距离传至中控室,给用户带来了极大的方便。 3.1.2经济型RTU 主要利用LON网仪表中的L905模块,将LON网和PLC联接起来。由于PLC价格便宜,故整个RTU价格也较低。经济型RTU和分散型RTU,都 采用了LON网技术。因此具有LON网的一切优点。除此以外,由于L905可以和任何具有Mobus的PLC相连,可以处理192个模拟量或离散量点。 考虑到典型的PLC还是以离散量为主,因此,对于RTU中较多离散点时,用经济型RTU最合适。经济型RTU的方框图如下:

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3.1.3传统型RTU 传统型RTU就是利用原来的Kingfisher Series2 组成的RTU,它是传统的模块—机架结构型式,但组态灵活,既可组态成外围站ORTU (现场监控站),也可组态成中间站(IRTU)或主站(MRTU)以及中继放大站(Repeater)。其配置为:每站一个或几个机箱。第一个机 箱除装必备的公共模块—电源模块,CPU模块,通信控制模块外还可装各种I/O模块,如果一个机箱的I/O模块点数不够,可加一个扩展机 箱,其公共模块只要一个电源模块就可以了,其余全部装I/O模块。通信模块如电台,有线Modem等可以装在机箱内,也可以不装在机箱内。 所有上述三种RTU都扩展方便,有全天候机箱,可无人值守。能满足不同用户,不同规模的要求。

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3.2网络系统 上述任一种RTU都可通过无线电、公用电话线或专用线通信而构成网络。无线电台有内置式和外接式,频率可根据用户要求定做。而 调制解调器(Modem)是连为一体的,有线通信模块或拨号调制解调器解决有线通信的要求,还可以直接用串行通信口(RS-232C/RS485) 进行通信。网络可以只由几个RTU组成(独立网),或还可以有一台IBMPC机或PC兼容机主站(计算机监控网络)。在上述两种情况下, 总是设成为主RTU,它控制着和外围RTU间I/O数据的传送和接收。网络可以是单极或多级的。在单极网络中只用一种通信方式(即:直接 连接,调制—解调器方式或无线电方式)。多级网络则可以混合使用多种通信方式。 其构成形式为:1:N,1:M:N(如图3.2所示)

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10楼
3.3上位管理站 选用高档工业微机,配上监视控制及数据采集与管理软件。其配置为: 主机:80486/80586,主频66MHZ~133MHZ,RAM8~16MB,HD525MB,FD1.44MB, TVGA/SVGA,2个串行口和一个并行口。 键盘:101键工业键盘或通用键盘。 打印机:24针汉字打印机。 显示器:14"/19"彩色CRT,分辨率1024x768或以上。 3.4 上位计算机网络 该网络是在上位管理站用以太网或NOVELL网等局域网(LAN)或RS—422/RS—485串行口和其它微机或小型机系统,(如FA系统)联 网,共享管理站的数据,进行多级管理。 4.CIM—PAC9000SCADA系统的系统功能及特点 4.1功能 a.遥测功能:数据采集、报警监视、标度换算、流量累计、函数转换等。 b.遥控功能:PID控制、逻辑控制。 c.遥信功能:数据传送、图形传送。 d.管理功能:能量计算、画面显示、趋势预测、优化调度、报表打印等。 4.2特点 a.可靠性高 远程监控站(ORTU)可无人值守、采用全天候机箱,能在恶劣环境下连续可靠工作。 RTU可由交流/直流/太阳能等方式供电。站内配有后备电池。当主电源断电后最多可供电大约20天。(和后备电池容量有关) RTU采用模块结构,LON模块输入/输出/电源三者互相隔离,而Kingfisher模块有铝屏蔽外壳,它们都能抗电气干扰。 通信模块带有浪涌防止器及避雷器(可选用)。 b.通信方式多,距离远。 通信有无线通信、有线通信(公用电话线/专用线—2/4线)和串行口通信(RS—232C/RS—485)。几种通信方式可在系统中混合使用。 通信距离可从几公里到几百公里(加中继站)。 c.组态灵活,构成扩展系统容易。 RTU可灵活组态成现场外围(ORTU)站或主站中间站(MRTU/IRTU),构成1:N或1:M:N系统。组态可在本地(便携机)或远端(管理 机)进行。 4.3环境条件 工作温度 -20 C~70 C 储运温度 -40 C~85 C 工作湿度 5%RH~98%RH无结露 5.RTU的进一步介绍 5.1 LON网及LON网智能模块 LON网是现场总线(Field—bus)的一种,它用一根普通的双绞线为介质,就可在2Km的距离内,通接64个节点(对模拟量I/O点而 言,每个I/O占用一个节点,对数字量I/O而言,多个I/O才占用一个节点),可以实现节点对节点的直接通信,网上数据传输送率为 78KBPS,加上中继放大后LON网可延长2Km,最多可加三个中继放大,因此LON线最长可延伸到8Km。 Action公司的LON网智能仪表主要品种如下:(每个仪表内含三片神经元芯片) 模块型号 描述 AP5110,L110 RTD输入节点 AP5120,L120 热电偶输入节点 AP5130,L130 电位器输入节点 AP5150,L150 模拟量直流输入节点 AP5180,L180 模拟量直流输出节点 AP5181,L181 模拟量PID输出节点 AP5210 双24V AC/DC输入节点 AP5220 双120V AC/DC输入节点 AP5230 双240V AC/DC输入节点 AP5280 单刀双掷触点输出节点 L201 肆12-48V DC离散量输入节点 L211 双12-48V AC/DC离散量输入节点 L221 双48-250V AC/DC离散量输入节点 L281 双继电器输出节点 L291 双固态继电器输出节点(带短路保护) L292 捌路固态继电器输出节点 AP5901,L901 LON网网络管理器 L905 LON网-MODbus接口 在上述各模块中,AP5901和L901是网络管理器,每条LON至少要有一个网络管理器,通过它们,可以和计算机,或电台,微波发 送接收站以及有线Modem等发生数据交换关系。 L905是LON网和Modbus口的接口模块,它可以和具有Modbus口的任何PLC或其他机器直接相连。把PLC和LON网挂起钩来。把LON网 上的各个节点/子网络的地址介释成PLC中相应的寄存器,也可PLC中的寄存器介释成LON网上的节点/子网络地址。一个L905就能处理 网络上多达192个模块量或离散量的I/O点。 引用L905可以把廉价的PLC和LON联起来,把数据通过LON网中的无线电台等工具传至远方。从而实现RTU的功能。 分散型RTU使用的软件是Flexlink和FlexDDE,前者用来对LON网上的仪表组态,后者用在上位机中,将数据与上位机软件(如 FIX MMI、FIX DMACS)进行动态数据交换。 廉价型RTU除使用上述软件外,还使用CONNEXT的C251辅助软件,可以对诸如通信协议,串行数据速率及变量一寄存器的对应关 系等进行设置。 5.2 Kingfisher 系列2 5.2.1 特点 既适合大系统,也适合中小系统。但在大系统的应用中更能体现其优越性。 1、每级最多可支持1024个RTU,每个RTU的I/O容量为576点。 2、CPU采用Intel公司的80C188和80C186,超过1MB的内存和实时操作系统,能提供非常快的I/O扫描和实时控制。 3、组态方便、灵活。功能包括累计、PID控制、逻辑控制、报警处理等。 4、I/O模块中包含有Intel公司的80C51微处理器能对I/O进行预处理,更进一步提高了实时功能,模拟量的扫描速度为8通道 /毫秒,数字量的扫描速度为32通道/毫秒。 5、高可靠性,核心模块CPU和电源都可提供双机热备。MTBF>500,000小时。 5.2.2 模块简介 1、模块简介(见下表) 模块型号 说明 I/O 备注 电源组件 PSU-1 交流供电 90-250VAC     PSU-2 直流供电 20-550VDC     PSU-3 交流供电 90-260VDC   经济型 PSU-4 交流供电 90-260VAC   经济型 PSU-5 交流输带入电池充电器 90-250VAC     处理器 CP-1 标准处理器模块     SBX-2 小型处理单元     PC-1 电源和处理器模块     通讯 MC-1 多路通讯模块     LM-1 线路调制/解调器模块(PSTN、PL)     LM-2 线路调制/解调器模块(二线制专用线)     LNA-6 线路放大器模块(专用线)     RM-1 无线电模块(MSK)   1200/2400bps RM-2 无线电模块(GMSK)   4800/9600bps RM-3 无线电模块(MSK),中继电台   1200dps I/O AI-1 模拟量输入4-20mA/0-20mA,12位 8 公共隔离 AI-2 模拟量输入4-20mA/0-20mA,12位 4 通道间隔离 AI-1 模拟量输入4-20mA/0-20mA,12位 8 公共隔离 I/O AI-2 模拟量输入4-20mA/0-20mA,12位 4 通道间隔离 AI-4 模拟量输入4-20mA/0-20mA,12位 8 飞点电容,通道间隔离 A0-1 模拟量输入4-20mA/0-20mA,8位 8 公共隔离 A0-2 模拟量输入4-20mA/0-20mA,12位 4 公共隔离 RT-1 模拟量RTD输入-150 ~ 400℃,12位 4 Pt100,100Ω TC-1 模拟量热电偶输入,12位 4 J,K,R,S,T,N(DIN标准) DI-1 数字量输入24VDC 16 2组,各一公共端 DI-2 数字量输入48VDC 16 2组,各一公共端 DI-3 数字量输入120VAC 16 2组,各一公共端 DI-4 数字量输入240VDC 16 2组,各一公共端 DC-5 数字量输入,干触点 16 2组,各一公共端 DO-1 隔离继电器输出,常开/常闭,4A 8 4组,各一公共端 DO-2 继电器输出,常开,2A 16 2组,各一公共端 DO-3 120V/240V AC 输出,0.5A 16 2组,各一公共端 DO-4 120V/240V AC 输出,3A 8 2组,各一公共端 I0-1 组合模拟量I/O,4-20mA/0-20mA,12位 8 4入4出 I0-2 组合模拟量I/O,24VCD入,常开继电器出 16 8入8出 I0-3 组合模拟量/数字量I/O 4-20mA/0-20mA,12位 24VDC入,24VDC/120V/240VAC出 13 模4入1出,数4入4出 I0-4 组合模拟量/数字量I/O 4-20mA/0-20mA,12位 24VDC入,24VDC/120V/240VAC出 12 模2入,数8入2出 PF-1 电力测量输入,3相 电流,电压,频率,相位角有功/无功功率,功率因数 基板 BA-3 基板3槽   BA-4 基板4槽     BA-6 基板6槽     BAX-6 基板6槽,LNA-6用     BA-12 基板12槽     2、机箱规格 5.2.3 SBX-2现场单元 SBX-2 组成简介 1、中央处理单元:处理器80C188/8MHZ,RAM 128K(电池后备) 2个串口(RS232C/RS485) I/O扫描速度:1 6路数字量/毫秒 4路模拟量/毫秒 2、I/O模块 IO-1模拟量 4通道输入 4-20mA 4通道输出 4-20mA IO-2数字量 8通道输入 24V IO-3模拟量 4通道输入、1通道输出 数字量 4通道输入、4通道输出 6. 应用实例 6.1 煤气SCADA系统 该系统主要分布在甲地和乙地。乙地配置15个RTU远程监测站,采集分压站的现场信号;一个IRTU为中间通信控制器,带2个无线 电台,其一对乙地的监控站RTU,监控煤气厂的现场信号;2个主通信控制器(MRTU)采用冷备用。一方面用无线电台与RTU及中继站 通信,同时用串行口RS-232C与上位机通信(VAX机)。因甲地和乙地的IRTU通信,另一个电台与甲地的MRTU通信。 6.2 油田SCADA系统 该系统是一个标准的三级系统。最下级远程站设在计配站,每站设置一个ORTU,采集大约10口井的现场数据及报警信息。上级为 MRTU及4台上位管理机(BC30工业微机),安装在中控室。MRTU用无线电台扫描各个ORTU,并通过RS-232C与上位机通信。中控室的计 算机通过Radio Modem与最高级的计算机通信,设在厂部的最高级可以看到整个油田的动态参数和图形。

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6.3 污水、自来水SCADA系统 该系统主要用来对分布大城市周围的污水及自来水监测站进行现场及远程监视和控制。系统中有2个工业微机(BC16),一个工控 机作为前端处理机,它是遥信网和监视站之间的接口。另一个工控机则是局域网和运程智能终端之间的接口。 系统中RTU#1和RTU#4以及RTU#2之间采用超高频无线通信,而RTU#3,RTU#2以及RTU#5与主站之间则采用专用线通信。主站(主RTU )和工控机之间采用串行口(RS-232C)通信。工控机与其它微机之间则用局域网。由于在系统中混合采用多种通信方式,使系统构成 很灵活。

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6.4煤田SCADA系统 本系统主要用来监测分布在露天煤矿的12个远程点上的关键仪表。每个点上配置一个RTU,而每个RTU监视8个站井的输出数据。外 围RTU和中间RTU之间采用无线通信,而中间RTU和主RTU之间,则采用有线通信。 系统中增加一个LCBA(线组合分支放大器),可扩展七个中间RTU。

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6.5航行辅助监测系统 本系统主要用来连续监测安装在远程跑道上的航行辅助仪表。整个系统包括7个现场RTU,2个远程RTU,2个中间RTU和2台计算机组 成的工作站。工作站为热备用,它和主站之间以及主站和中间RTU及现场RTU之间,采用串行口(RS-485)通信,而中间RTU和远程RTU 之间,采用公共交换电话网络(PSTN)通信。本系统也是标准的三级系统。

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6.6供水SCADA系统 该系统主要用来控制蓄水池的水位和监视输送站、压力监测站及供水站井口的流速、水位、泵及电源状态等。 系统包括10个RTU,分别安装在蓄水池、泵输送站、压力监测站和6个供水站及主站。主站(RTU#1)用串行口(RS-232C)与管理 机(PC/AT)相连。该机主要完成各种数据处理、计量统计、图形显示、报警监视、记录趋势和报表打印等,并能通过Modem(调制解 调器)用PSTN(公共电话交换网络)与远端计算机通信。 系统内,RTU#2、RTU#3、RTU#4、和主站RTU#1之间采用超高频无线通信,而RTU#5-RTU#10与RTU#4之间通过专用线有线通信。

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6.7污水监视和控制网系统 该系统是一个典型的SCADA系统,主要用来对污水进行远程监测和控制。 系统包括24个远程外围站(RTU#3-RTU#26)及双重化的站(RTU#1,RTU#2)和PC工作站。 外围站RTU安装在每个泵站的监测点上,而主站及工作站放在中控室内。系统全采用无线通信,因距离较远,增设一个中继站。 工作站备有接口,可用PSTN(公共电话交换网络)与远程监控站或记录仪等相连。

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