第12講SCADA系統(tǒng)通信

1、第12講 SCADA系統(tǒng)通信SCADA系統(tǒng)的通信 SCADA系統(tǒng)的可靠性和有效性取決于主站到RTU以及RTU到主站的數(shù)據(jù)傳輸。 站場內(nèi)部通信站1站2調(diào)控中心閥室RTU站n通信網(wǎng)絡(luò)常用通信方式 電話線 微波 衛(wèi)星 光纖 同軸電纜 電力線載波 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號在通信通道上傳輸時(shí)，必須轉(zhuǎn)換為音頻信號。 將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成音頻信號的技術(shù)叫調(diào)制 常用：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相站場數(shù)據(jù)通信工業(yè)以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)流向壓力傳感器溫度傳感器PLC機(jī)柜工作站顯示器流量計(jì)現(xiàn)場儀表電動(dòng)閥AODO/DIPID調(diào)節(jié)閥DO/DIAO/AI局域網(wǎng)現(xiàn)場總線打印機(jī)加熱爐PLC局域網(wǎng)罐區(qū) 二、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見附錄 E IP 地址總匯 阿拉山口

2、128.195.1.51 （主） 128.195.1.52 （備） 托 托 128.195.2.51 （主） 128.195.2.52 （備） 獨(dú) 山 子 128.195.3.51 （主） 128.195.3.52 （備） 獨(dú)山子前置 128.195.3.55 （主） 128.195.3.56 （備） 9# 閥 室 128.195.4.51 （主） 128.195.4.52 （備） 10# 閥 室 128.195.5.51 （主） 128.195.5.52 （備） 阿拉山口首站 PLC 控制系統(tǒng)采用RockWell 公司的Control Logic 5000 系列 控制器、I/O 卡件以及Pr

3、osoft 公司的MCMR 卡件組成，其硬件組成如下圖所示阿獨(dú)管線阿拉山口站PLC硬件結(jié)構(gòu)6個(gè)17 槽的機(jī)架為遠(yuǎn)程I/O 機(jī)架2 個(gè)7 槽的機(jī)架為控制器機(jī)架 CNBR 模塊主要用于控制器的內(nèi)部各機(jī)架之間的通訊左為 CNBR 模塊 右為同軸電纜的連接情況 CNBR 模塊當(dāng)通訊正常時(shí)該模塊的OK 燈一直顯示為綠色，其前面板上 顯示的是模塊的信息，該模塊在Control Net 中的節(jié)點(diǎn)號，以及錯(cuò)誤提示等。 左圖為 CNBR 模塊，右圖為同軸電纜的連接情況，它將所有的CNBR 模 塊的A 網(wǎng)B 網(wǎng)分別串聯(lián)起來，兩端用終端電阻結(jié)束連接。 CNBR 模塊 控制器的內(nèi)部各機(jī)架之間的通訊。ENBT 模塊 E

4、NBT 模塊主要用于與外部通訊。即與上位機(jī)的通訊，與前置PLC 的通訊，與加熱爐的通訊等。模塊正常工作后OK 燈常綠，當(dāng)模塊出現(xiàn)故障時(shí)該指示燈顯示為紅色；網(wǎng)線插好并與交換機(jī)建立連接后，NET 燈閃爍，出現(xiàn)問題時(shí)不亮；模塊正常通訊后LINK 等快速閃爍，出現(xiàn)問題時(shí)不亮。其前面板上顯示的是模塊的信息，IP 地址，以及錯(cuò)誤提示。通過 RSLinx 可以看到ENBT 模塊的狀態(tài)，正常時(shí)如下圖所示：通訊中斷時(shí)會在相應(yīng)的ENBT 模塊顯示紅叉 第6 機(jī)架的最后一槽是MCMR，用于與第三方設(shè)備的通訊。 它有三個(gè)口，第一個(gè)是編程調(diào)試端口；第二個(gè)和第三個(gè)是通訊端口，可以分別設(shè)置他們的屬性。GPS 對衛(wèi)星信號的采

5、集GPS 電源GPS 時(shí)鐘正常工作時(shí)，每一分鐘給出一個(gè)50MS 的脈沖，以此來校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)鐘的秒位毫秒位。 A-B支持 TCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol）, 一個(gè)在以太網(wǎng)（Ethernet/IP）領(lǐng)域被廣泛采用的協(xié)議，并且置入在 Windows 95/98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)的每一個(gè)版本里。A-B通過支持TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)（Ethernet/IP）處理器或通訊模塊，將帶監(jiān)控功能的控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)結(jié)合起來，使計(jì)算機(jī)能夠訪問使用SQL（Structured Query Language）的開放式數(shù)據(jù)

6、庫。 所有的PLC都帶有設(shè)備網(wǎng)Control Net模塊，現(xiàn)場的所有信號通過Control Net網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂破?，控制器的控制信號也是通過Control Net網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備中 通信介質(zhì)及協(xié)議通信介質(zhì)及協(xié)議 SCADA系統(tǒng) 雙絞線、光纖、粗的或細(xì)的同軸電纜為目前應(yīng)用最廣泛的介質(zhì),并且任何長度的都有。 以太網(wǎng)（Ethernet/IP）拓?fù)?（或物理配置）： 在目前安裝以太網(wǎng)（Ethernet/IP）用得最普遍的為星形拓?fù)渫ㄐ沤橘|(zhì)通信介質(zhì) 光纖結(jié)構(gòu)：光纖裸纖一般分為三層： 中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為50或62.5m），中 間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125m），最外是加強(qiáng)用的樹

7、脂涂層。光纖的優(yōu)點(diǎn)光纖的優(yōu)點(diǎn)：1. 光纖的通頻帶很寬.理論可達(dá)30億兆赫茲。2. 無中繼段長.幾十到100多公里，銅線只有幾百米。3 不受電磁場和電磁輻射的影響。4. 重量輕，體積小。 通信介質(zhì)通信介質(zhì)現(xiàn)場總線-雙絞線 1*2*22AWGProfibus DP紫色現(xiàn)場總線 電纜, 1*2*18AWG Profibus PA蘭色總線電纜, 1*2*18AWG橙黃色基金會現(xiàn)場總線FF2*15AWG+2*18AWG DeviceNet， RG-6/U四層屏蔽同軸電纜ControlNet 適用于一般自動(dòng)化的中速數(shù)據(jù)傳輸，主要用于傳感器、執(zhí)行器、電氣傳動(dòng)、PLC、紡織和樓宇自動(dòng)化等。 采用RS485通信

8、標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率從9.6kbps到12Mbps，傳輸距離從1200M到l00m（與傳輸速率有關(guān)）。介質(zhì)存取控制的基本方式為主站之間的令牌方式和主站與從站之間的主從方式，以及綜合這兩種方式的混合方式。 Profibus是一種比較成熟的總線，在工程上的應(yīng)用十分廣泛。總線連接器 總線連接器連接Profibus站與Profibus電纜之間進(jìn)行信號傳輸，帶有內(nèi)置的終端電阻。 選擇正確的工業(yè)以太網(wǎng)要考慮哪些因素？ 以太網(wǎng)通訊協(xié)議、以太網(wǎng)通訊協(xié)議、 電源、電源、 通信速率、通信速率、 工業(yè)環(huán)境認(rèn)證考慮、工業(yè)環(huán)境認(rèn)證考慮、 安裝方式、外殼對散熱的影響、安裝方式、外殼對散熱的影響、 簡單通信功能和通信管理功能、簡

9、單通信功能和通信管理功能、 電口或光口的考慮電口或光口的考慮 以太網(wǎng)（Ethernet/IP）拓?fù)?（或物理配置）： 在目前安裝以太網(wǎng)（Ethernet/IP）用得最普遍的為星形拓?fù)洹?網(wǎng)絡(luò)設(shè)備: 集線器（集線器（HUB）和和以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī) 路由器 主要用于廣域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)的互連 集線器集線器工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī) 集線器接收到來自某一端口的消息，再將消息廣播到其它所有的端口。對來自任一端口的每一條消息，集線器都會把它傳遞到其它的各個(gè)端口 。 非管理型交換機(jī)非管理型交換機(jī)（UnmanagedSwitch） 管理型交換機(jī)管理型交換機(jī)（ManagedSwitch） 管理型冗余

10、交換機(jī)管理型冗余交換機(jī) 構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)的主要方式主要有以下幾種，構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)的主要方式主要有以下幾種，STP、RSTP；環(huán)網(wǎng)冗余；環(huán)網(wǎng)冗余RapidRingTM以以及及Trunking。 1、STP及RSTP STP（Spanning Tree Protocol，生成樹算法，IEEE 802.1D），是一個(gè)鏈路層協(xié)議，提供路徑冗余和阻止網(wǎng)絡(luò)循環(huán)發(fā)生。它強(qiáng)令備用數(shù)據(jù)路徑為阻塞（blocked）狀態(tài)。如果一條路徑有故障，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間為30-60s之間。RSTP（快速生成樹算法，IEEE 802.1w）作為STP的升級，將網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間，縮短到1-

11、2s。生成樹算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，但也存在恢復(fù)速度慢的缺點(diǎn)。2、環(huán)網(wǎng)冗余RapidRingTM 為了能滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，RapidRingTM孕育而生。這是在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用環(huán)網(wǎng)提供高速冗余的一種技術(shù)。這個(gè)技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)在中斷后300ms之內(nèi)自行恢復(fù)。并可以通過交換機(jī)的出錯(cuò)繼電連接、狀態(tài)顯示燈和SNMP設(shè)置等方法來提醒用戶出現(xiàn)的斷網(wǎng)現(xiàn)象。這些都可以幫助診斷環(huán)網(wǎng)什么地方出現(xiàn)斷開。 圖解：用管理型交換機(jī)實(shí)現(xiàn)RapidRingTM環(huán)網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間小于300ms RapidRingTM也支持兩個(gè)連接在一起的環(huán)網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)拓樸更為靈活多樣。兩個(gè)環(huán)通過雙通道連接，這些連接可以是冗余的，避免單個(gè)線纜出錯(cuò)帶來的問題。 3、主干冗余Trunking 將不同交換機(jī)的多個(gè)端口設(shè)置為Trunking主干端口，并建立連接，則這些交換機(jī)之間可以形成一個(gè)高速的骨干鏈接。不但成倍的提高了骨干鏈接的網(wǎng)絡(luò)帶寬，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，而且還還提供了另外一個(gè)功能，即冗余功能。 如