ControlNet網(wǎng)絡(luò )在自動(dòng)監控系統中的應用

一、應用背景

　　近年來(lái)，世界對于能源的需求不斷擴大，能源作為一個(gè)國家發(fā)展的基礎越來(lái)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(guò)輸油管道進(jìn)行，同時(shí)輸油本身就是一項能耗巨大的工業(yè)過(guò)程。如何在油品多樣化的現狀下尋找出不同油品運輸的最低成本方案成為一項重要的課題。建設大口徑、多功能、自動(dòng)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據，為各儲運站提供可靠、準確的試驗數據，使石油儲運最大化、科學(xué)化，減少儲運過(guò)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(gè)大型的、國際一流的輸油管道試驗基地。

　　為更好的滿(mǎn)足試驗需求，要求工藝流程能夠實(shí)現停輸再啟動(dòng)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(jìn)行各項試驗。通過(guò)對工藝流程的優(yōu)化設計，增加試驗管段長(cháng)度，提高試驗精度。試驗環(huán)道的數據全部實(shí)現自動(dòng)化采集，檢測設備采用高精度儀表。為適應環(huán)道將來(lái)進(jìn)行其他油品測試的需要，預留原油卸車(chē)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(dòng)監控系統的方案。PLC采用美國ROCKWELL公司的先進(jìn)的ControlLogix系列產(chǎn)品，應用Logix5000編程，實(shí)現了遠程數據采集、控制執行機構運轉、執行機構的故障檢測等功能;同時(shí)采用了雙PLC（CPU）運行模式，實(shí)現了控制系統的熱備功能;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(kāi)發(fā)監控軟件，采用雙人機界面，實(shí)現了環(huán)道工藝流程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，數據的自動(dòng)采集處理，故障報警，實(shí)時(shí)、歷史報表的打印等功能;利用ControlNet網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據交換，對系統各設備參數值進(jìn)行在線(xiàn)監控顯示，充分保證信息傳遞的快速性。從而能夠使整個(gè)試驗環(huán)道的各設備的運行情況實(shí)現自動(dòng)化的監測并及時(shí)的控制。

二、ControlNet網(wǎng)絡(luò )結構

　　ControlNet是確定性、可重復性的控制網(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 )上節點(diǎn)居于對等地位，可以從任意節點(diǎn)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )存取，網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)速率為5Mbps，在端到端總長(cháng)為250m的距離內，網(wǎng)絡(luò )可支持的最大節點(diǎn)數為48個(gè)?？偩€(xiàn)拓撲結構可以是星型、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目只受到系統延遲時(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到30Km，并且支持冗余結構。

　　本系統采用三層結構：管理層、控制層、現場(chǎng)設備層，結構圖如圖1所示。

圖1系統結構圖

　　本系統中ControlNet網(wǎng)絡(luò )總長(cháng)50m，沒(méi)有采用中繼器，保證信息的實(shí)時(shí)性。上層計算機中采用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。

　　現場(chǎng)設備層要滿(mǎn)足試驗環(huán)道各種數據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、攪拌器1臺、壓力采集（4～20mA）10點(diǎn)、差壓采集（4～20mA）2點(diǎn)、溫度采集（4～20mA）66點(diǎn)、液位采集（4～20mA）1點(diǎn)、流量采集（4～20mA）2點(diǎn)。

　　系統總體構成如圖2所示。

圖2系統構成

三、網(wǎng)絡(luò )組態(tài)與通信實(shí)現

　　網(wǎng)絡(luò )的組態(tài)與管理采用RSNetWorxforControlNet軟件，該軟件提供對ControlNet網(wǎng)絡(luò )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(luò )設備的生產(chǎn)能力，通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件界面迅速地對網(wǎng)絡(luò )上的設備進(jìn)行設置。這些設置可以在“離線(xiàn)”方式下通過(guò)“拖/放”設備圖標的操作方式進(jìn)行。有關(guān)其操作，這里不再贅述。

　　采用RSLinx網(wǎng)關(guān)實(shí)現上層1785-PCIC卡與控制站、遠程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和其它設備數據查看的功能，可以把一臺安裝有RSLinx的計算機當作一個(gè)網(wǎng)關(guān)從而訪(fǎng)問(wèn)控制站、遠程I/O站，RSLinx是遠程訪(fǎng)問(wèn)的必備軟件。同時(shí)RSLinx的OPC功能也使得上層計算機監控軟件訪(fǎng)問(wèn)控制站、遠程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。

四、上、下層通信的實(shí)現

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

五、結束語(yǔ)

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

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

圖3I/O服務(wù)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(wàn)元，隨著(zhù)應用的進(jìn)程，效益會(huì )不斷增加。數據來(lái)源：北華航天工業(yè)學(xué)院寶坻項目組。