ControlNet網(wǎng)絡在自動監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

一、應用背景

　　近年來，世界對于能源的需求不斷擴大，能源作為一個國家發(fā)展的基礎越來越受到各國的重視，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，我國除積極尋找國內(nèi)油田外，還積極尋找國外的供應，因此目前我國的石油供應趨于多樣化。而石油的運輸主要通過輸油管道進行，同時輸油本身就是一項能耗巨大的工業(yè)過程。如何在油品多樣化的現(xiàn)狀下尋找出不同油品運輸?shù)淖畹统杀痉桨赋蔀橐豁椫匾恼n題。建設大口徑、多功能、自動化水平高的石油試驗環(huán)道，可以得到不同環(huán)境下石油儲運的各種數(shù)據(jù)，為各儲運站提供可靠、準確的試驗數(shù)據(jù)，使石油儲運最大化、科學化，減少儲運過程中的維護工作。為此中國石油管道公司在我國北方建立一個大型的、國際一流的輸油管道試驗基地。

　　為更好的滿足試驗需求，要求工藝流程能夠實現(xiàn)停輸再啟動試驗，在變性研究和結蠟試驗的基礎上，盡可能增加流程切換的靈活性，可在多種工況下進行各項試驗。通過對工藝流程的優(yōu)化設計，增加試驗管段長度，提高試驗精度。試驗環(huán)道的數(shù)據(jù)全部實現(xiàn)自動化采集，檢測設備采用高精度儀表。為適應環(huán)道將來進行其他油品測試的需要，預留原油卸車接口。

　　為此，采用以操作員工作站為上位機，可編程控制器（PLC）為下位機的控制模式組成自動監(jiān)控系統(tǒng)的方案。PLC采用美國ROCKWELL公司的先進的ControlLogix系列產(chǎn)品，應用Logix5000編程，實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行機構運轉、執(zhí)行機構的故障檢測等功能;同時采用了雙PLC（CPU）運行模式，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的熱備功能;上位機工作于Windows環(huán)境下，使用工程上廣泛應用的澳大利亞CiTechnologic公司的Citect工業(yè)控制組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控軟件，采用雙人機界面，實現(xiàn)了環(huán)道工藝流程的實時動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)的自動采集處理，故障報警，實時、歷史報表的打印等功能;利用ControlNet網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換，對系統(tǒng)各設備參數(shù)值進行在線監(jiān)控顯示，充分保證信息傳遞的快速性。從而能夠使整個試驗環(huán)道的各設備的運行情況實現(xiàn)自動化的監(jiān)測并及時的控制。

二、ControlNet網(wǎng)絡結構

　　ControlNet是確定性、可重復性的控制網(wǎng)絡，同一鏈路上允許有多個控制器同時共存，網(wǎng)絡上節(jié)點居于對等地位，可以從任意節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡存取，網(wǎng)絡總線速率為5Mbps，在端到端總長為250m的距離內(nèi)，網(wǎng)絡可支持的最大節(jié)點數(shù)為48個?？偩€拓撲結構可以是星型、樹型、總線型或是這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到30Km，并且支持冗余結構。

　　本系統(tǒng)采用三層結構：管理層、控制層、現(xiàn)場設備層，結構圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結構圖

　　本系統(tǒng)中ControlNet網(wǎng)絡總長50m，沒有采用中繼器，保證信息的實時性。上層計算機中采用1785-PCIC卡連接到ControlNet網(wǎng)絡上，下層PLC通過1756-CNBR模塊連接至ControlNet網(wǎng)絡。為了保證系統(tǒng)的可靠性采用了雙網(wǎng)絡冗余與雙控制器冗余。

　　控制層采用美國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。這些設備構成了雙冗余控制站和遠程I/O站。

　　現(xiàn)場設備層要滿足試驗環(huán)道各種數(shù)據(jù)采集需要和流程控制功能，主要配置有：電動球閥16個、電動閘閥7個、變頻器1臺、攪拌器1臺、壓力采集（4～20mA）10點、差壓采集（4～20mA）2點、溫度采集（4～20mA）66點、液位采集（4～20mA）1點、流量采集（4～20mA）2點。

　　系統(tǒng)總體構成如圖2所示。

圖2系統(tǒng)構成

三、網(wǎng)絡組態(tài)與通信實現(xiàn)

　　網(wǎng)絡的組態(tài)與管理采用RSNetWorxforControlNet軟件，該軟件提供對ControlNet網(wǎng)絡和的設計、配置及管理。RSNetWorx允許你最大限度地提高你所擁有的ControlNett網(wǎng)絡設備的生產(chǎn)能力，通過簡單的軟件界面迅速地對網(wǎng)絡上的設備進行設置。這些設置可以在“離線”方式下通過“拖/放”設備圖標的操作方式進行。有關其操作，這里不再贅述。

　　采用RSLinx網(wǎng)關實現(xiàn)上層1785-PCIC卡與控制站、遠程I/O站之間的通信，RSLinx網(wǎng)關包含了OPC和DDE的功能以及PLC和其它設備數(shù)據(jù)查看的功能，可以把一臺安裝有RSLinx的計算機當作一個網(wǎng)關從而訪問控制站、遠程I/O站，RSLinx是遠程訪問的必備軟件。同時RSLinx的OPC功能也使得上層計算機監(jiān)控軟件訪問控制站、遠程I/O站成為可能。其操作可以在“在線”條件下自動掃描完成，這里也不再贅述。

四、上、下層通信的實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)中上層監(jiān)控軟件Citect與控制層RSLinx網(wǎng)關均支持OPC功能，所以上層監(jiān)控軟件與下層ControlNet網(wǎng)絡間的通信是通過OPC技術實現(xiàn)的。在使用RSLinx實現(xiàn)ControlNet網(wǎng)絡的通信之后，要在Citect軟件中對OPC進行設置，要對I/O服務器、主板、端口、I/O設備、變量標簽依次設置，下面圖3、圖4為本系統(tǒng)中I/O服務器、主板的設置畫面，其它設置不再給出。

五、結束語

　　本系統(tǒng)在現(xiàn)場投入運行后，運行可靠，效果很好，滿足了初始設計的要求，能夠很好的測試原油的各項參數(shù)，利用相關的軟件和測出的參數(shù)可計算出原油輸送的最佳條件，并能模擬真實輸油管道的運行情況，形成了一個功能強大的現(xiàn)場試驗環(huán)道。

　　本文作者創(chuàng)新點：以ControlNet為核心，構建簡化的三層網(wǎng)絡體系結構;CtiectSCADA與ControlLogix系列PLC的之間采用OPC技術，通信速度獲得提高;試驗環(huán)道的自動數(shù)據(jù)采集和流程控制;多工藝流程的集成控制。

圖3I/O服務器設置

圖4主板設置

　　本項目截至2007年9月產(chǎn)生經(jīng)濟效益20萬元，隨著應用的進程，效益會不斷增加。數(shù)據(jù)來源：北華航天工業(yè)學院寶坻項目組。