企業(yè)生產(chǎn)信息化或綜合自動化系統(tǒng)解決方案

1、企業(yè)生產(chǎn)信息化或綜合自動化系統(tǒng)解決方案中國自動化學(xué)會常務(wù)理事、副秘書長 馬正午（北京科技大學(xué)，100083）【摘要】企業(yè)生產(chǎn)信息化或綜合自動化系統(tǒng)解決方案的內(nèi)容，通常包括企業(yè)生產(chǎn)過程的SCADA 系統(tǒng)、企業(yè)現(xiàn)代化管理MIS/DSS、管網(wǎng)GIS 和網(wǎng)絡(luò)自動抄表（AMR ）收費(fèi)系統(tǒng)等四大部分；利用計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)，以上述四大內(nèi)容為基礎(chǔ)，對石油天然氣生產(chǎn)監(jiān)控、城市燃?xì)?自來水公司進(jìn)行企業(yè)信息化改造，是在人類進(jìn)入21世紀(jì)，與國際接軌的重要舉措。 本文將以四個專題，就SCADA 系統(tǒng)、企業(yè)MIS/DSS、管網(wǎng)GIS 和網(wǎng)絡(luò)自動抄表收費(fèi)系統(tǒng)，分別進(jìn)行深入研究與分析；這里所論述的主要是“企業(yè)生產(chǎn)信息化或綜合

2、自動化系統(tǒng)解決方案綜述”和“企業(yè)生產(chǎn)過程的SCADA 系統(tǒng)”?！娟P(guān)鍵詞】IEC61850標(biāo)準(zhǔn) e-SCADA 石油生產(chǎn)信息化 燃?xì)?自來水系統(tǒng) 綜合自動化一 前 言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在世界范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，并取得了飛速的發(fā)展；在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展的今天，以電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和大力倡導(dǎo)工業(yè)自動化，已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢；由于我國工業(yè)行業(yè)單位生產(chǎn)量的能耗大約是先進(jìn)工業(yè)國家的3-5倍；因此，若想改變這種被動局面，最有效的辦法之一，就是采用現(xiàn)代電子信息技術(shù)及綜合自動化技術(shù)于工業(yè)生產(chǎn)各個部門；以達(dá)到企業(yè)在生產(chǎn)過程中和企業(yè)管理過程中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量、高產(chǎn)量，和生產(chǎn)成本

3、的低能耗，最終達(dá)到企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效益的目標(biāo)。對于城市燃?xì)?自來水公司而言，其企業(yè)特點(diǎn)是：分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、全開放；為了安全、穩(wěn)定、可靠地管理好遍布全城的供氣和供水管網(wǎng)，一定要有一個滿足其企業(yè)特點(diǎn)的、現(xiàn)代化的、先進(jìn)的“企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)解決方案”； 城市燃?xì)?自來水公司實(shí)現(xiàn)該解決方案的重要手段，就是建立以“現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”為依據(jù)的企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)SAS （Synthetic Automatic System）。企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)（SAS ）源于企業(yè)SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition ）系統(tǒng)的建立；為了解決企業(yè)生產(chǎn)過程自下而上的信號

4、采集、傳輸和實(shí)現(xiàn)自上而下的控制與管理，就必須要有一個可靠的SCADA 系統(tǒng)來支撐；而一個完善的SCADA 系統(tǒng)的建立，又依托于高精度、智能化的一次儀表獲取信息、準(zhǔn)確無誤的通訊手段傳輸信息和高效快捷的計(jì)算機(jī)處理信息；當(dāng)世界進(jìn)入90年代后，無論從測控儀表、通訊技術(shù)，抑或是計(jì)算機(jī)處理能力均得到了飛速發(fā)展，SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用也日趨成熟；由于計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的突破性進(jìn)展，以及系統(tǒng)通訊的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的形成，SCADA 技術(shù)已被賦予了嶄新的內(nèi)涵；目前已出現(xiàn)了基于高速工業(yè)以太網(wǎng)的全開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；由于這類系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、全廠信息集成、遠(yuǎn)程無線(CDMA技術(shù)可移動通信監(jiān)測和控制以及企

5、業(yè)上網(wǎng)等，均變得更加實(shí)時(shí)無縫、方便、靈活、可靠、容易和經(jīng)濟(jì)。利用計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)，以上述四大內(nèi)容為基礎(chǔ)，對城市燃?xì)?自來水行業(yè)進(jìn)行企業(yè)現(xiàn)代化改造，是保證企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化，促進(jìn)城市信息化建設(shè)的重要舉措；“城市燃?xì)?自來水系統(tǒng)綜合自動化解決方案”的主體結(jié)構(gòu)如圖1.所示。2000/ 開放系統(tǒng)，開放網(wǎng)絡(luò)查表收費(fèi)系統(tǒng) Web 標(biāo)準(zhǔn)界面 數(shù)據(jù)倉庫（AMR ） INTRANET 中心數(shù)據(jù)管理地理信息系統(tǒng)（GIS）圖1. “城市燃?xì)?自來水系統(tǒng)綜合自動化解決方案”的主體結(jié)構(gòu)二 城市燃?xì)?自來水系統(tǒng)綜合自動化概述1 企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)（SAS）企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)（SAS ），通常是針對具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、

6、全開放特點(diǎn)的企業(yè)而設(shè)計(jì)的，其應(yīng)用領(lǐng)域除了城市燃?xì)?自來水系統(tǒng)行業(yè)外，還有以下一些領(lǐng)域：（1）油田采油機(jī)群信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制；（2）全國城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)中的壓力等參數(shù)的數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制；（3）全國城市污水處理工程系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制；（4）全國城市天然氣（煤氣）/ 熱力管網(wǎng)系統(tǒng)信號測控；（5）城市信息化建設(shè)；（6）全國城市電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制；（7）全國氣象站網(wǎng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制；（8）水庫大壩水文地質(zhì)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制；（9）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范工程農(nóng)田灌溉噴灌系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測、管理與控制；企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)（SAS ）的功能與特點(diǎn), 主要有以下幾點(diǎn)：1. 采用國際最新的IEC6185

7、0標(biāo)準(zhǔn)(2001年6月頒布進(jìn)行設(shè)計(jì)，是一個全開放、分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化的完全基于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)集成的系統(tǒng)；它從實(shí)際出發(fā)，硬件和軟件系列化，使得用戶能夠靈活地安裝系統(tǒng)，容易地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，方便地進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)與擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的開放式；2. 在覆蓋了大型集散系統(tǒng)DCS 的安全性、冗余、集成的用戶界面及信息讀取功能基礎(chǔ)上，又增加了豐富的MIS 、DSS 、GIS 功能；系統(tǒng)的軟硬件規(guī)模變換靈活，通信設(shè)置簡單，系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，可以方便地將許多功能集成在一起，幫助用戶完成工廠的過程控制與信息管理；3. 由一個完整的數(shù)據(jù)庫來協(xié)調(diào)所有的組態(tài)活動，數(shù)據(jù)庫里的所有數(shù)據(jù)都是自動可得，而不需要一個特定的連接在數(shù)據(jù)

8、庫里轉(zhuǎn)換信息，系統(tǒng)組態(tài)方案在運(yùn)行時(shí)是分散到節(jié)點(diǎn)上；4. 能夠做到“全廠信息集成”，使之盡善盡美地滿足用戶對全廠自動化過程與生產(chǎn)管理中的自動監(jiān)測、控制，以及現(xiàn)代化管理的需求； 通過高速透明的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，SAS 將工廠管理信息和生產(chǎn)過程信息完全集成為一個完整的數(shù)據(jù)庫(在國際IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)中又被稱為企業(yè)的I/O設(shè)備字典，以方便控制建模；企業(yè)各工段、全廠，以及企業(yè)管理層均可在相同的網(wǎng)絡(luò)上高速實(shí)時(shí)地共享所有的信息與數(shù)據(jù)；系統(tǒng)向上開放，面對全廠工作人員（包括上層管理人員），使其能夠自由地訪問范圍廣泛的工廠數(shù)據(jù)來對生產(chǎn)過程及管理情況進(jìn)行報(bào)告和分析，有助于更好地管理生產(chǎn)過程和經(jīng)營業(yè)務(wù)；系統(tǒng)向下開放，可

9、使現(xiàn)場智能儀表實(shí)時(shí)反饋信息，并接受系統(tǒng)送回的信息，進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)報(bào)警與現(xiàn)場設(shè)備管理；5. 系統(tǒng)在一個安全開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行，系統(tǒng)管理員可以在組態(tài)時(shí)規(guī)定用戶權(quán)限，這些用戶權(quán)限可有一個被定義的“控制范圍”，使他們在指定的區(qū)域內(nèi)適用；也可限定用戶工作站只能觀察和操作指定工作區(qū)域的過程控制；這種安全性可對單獨(dú)工作站定義，同時(shí)也可對指定用戶定義；6. 系統(tǒng)通常采用32位多任務(wù)操作系統(tǒng)-Windows NT為其系統(tǒng)操作環(huán)境；各層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)均采用標(biāo)準(zhǔn)的以太（Ethernet ）網(wǎng)通訊，通訊網(wǎng)絡(luò)能完全冗余；7. SAS 應(yīng)用軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，不僅需要有工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的全部功能，而且需要有

10、工業(yè)生產(chǎn)過程管理（含設(shè)備管理）功能，甚至包含了網(wǎng)絡(luò)自動抄表收費(fèi)的全部功能；設(shè)計(jì)和開發(fā)SAS 應(yīng)用軟件系統(tǒng)，實(shí)際上是一個商業(yè)軟件系統(tǒng)集成的過程；而滿足SAS 要求的商業(yè)軟件，目前在國際和國內(nèi)市場上，都有許多著名的軟件包可供選擇；因此，SAS 應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)者，完全可以依據(jù)中國國情，對我國的城市燃?xì)?自來水系統(tǒng)綜合自動化軟件系統(tǒng)進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)和開發(fā)。2 城市燃?xì)?自來水綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)由于城市燃?xì)?自來水綜合自動化系統(tǒng)（SAS），是建立在Intranet 網(wǎng)（Ethernet 網(wǎng)）和Internet 網(wǎng)基礎(chǔ)之上的，具有完全開放式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)；該系統(tǒng)（SAS ）主要包括：信息管理中心系統(tǒng)I

11、MCS （Information Management Center System）企業(yè)管理與經(jīng)理決策支持系統(tǒng)（MIS/DSS），或稱：公司辦公自動化系統(tǒng)OAS （Office Automatic System ）生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA ）企業(yè)社會服務(wù)系統(tǒng)（含管網(wǎng)GIS 和網(wǎng)絡(luò)自動抄表AMR 收費(fèi)功能）注：AMR Automatic Meter Reading我們可以形象的說，SAS 應(yīng)該是由IMCS 、OAS 、SCADA 、GIS 、AMR 相加而成，即SAS = IMCS + OAS + SCADA + GIS + AMR城市燃?xì)?自來水綜合自動化系統(tǒng)（SAS ）的主

12、體結(jié)構(gòu)，如圖2.1所示。（1）信息管理中心系統(tǒng)（IMCS ）信息管理中心系統(tǒng)（IMCS ）是城市燃?xì)?自來水企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的核心組成部分和系統(tǒng)神經(jīng)中樞，是企業(yè)Intranet 網(wǎng)絡(luò)信息管理的職能機(jī)構(gòu)；IMCS 總體結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。信息管理中心系統(tǒng)（IMCS ）主要是一個計(jì)算機(jī)集群管理系統(tǒng)，其主要配置為兩臺服務(wù)器、一臺大容量磁盤陣列機(jī)，以及若干臺PC 機(jī)；系統(tǒng)處于Ethernet 網(wǎng)環(huán)境之中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP；兩臺服務(wù)器形成雙機(jī)互為熱備份，充分保證數(shù)據(jù)冗余和安全。該系統(tǒng)中的經(jīng)理級決策支持系統(tǒng)（DSS ）與GIS 服務(wù)中心系統(tǒng)是依據(jù)企業(yè)的實(shí)際需要進(jìn)行選擇開發(fā)。城市燃?xì)?自來水綜合自動

13、化系統(tǒng)（SAS）中的Intranet 網(wǎng)，對其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺的總體設(shè)計(jì)，通?？刹捎昧艘韵虏呗裕篧eb 服務(wù)器 + 客戶端應(yīng)用的分布式結(jié)構(gòu)Web 服務(wù)器具有連接數(shù)據(jù)庫的能力基于HTTP/HTML和CGI ，實(shí)現(xiàn)客戶-服務(wù)器連接自動訪問后臺數(shù)據(jù)Internet （因特網(wǎng)（IMCS ）經(jīng)理辦公事務(wù)處理系統(tǒng) 服務(wù)中心雙機(jī)容錯系統(tǒng)）Ethernet2#Ethernet（OAS）辦公自動化系統(tǒng)(工作站（SCADA）無線以太網(wǎng)通訊中央監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)(工作站系統(tǒng)實(shí)時(shí)測控計(jì)算機(jī)業(yè) 務(wù) 案 育 收 管 管 。RTU 1#MCS 1RTU 2#MCS 2 .RTU n# MCS m（RTU :遠(yuǎn)程終端設(shè)備） （MCS

14、: 分廠測控站）圖2.1 城市燃?xì)?自來水綜合自動化系統(tǒng)（SAS ）主體結(jié)構(gòu)Internet （IMCS ）經(jīng)理辦公事務(wù)處理系統(tǒng) 服務(wù)中心經(jīng)理級決策支持系統(tǒng)雙機(jī)容錯系統(tǒng)）Ethernet服務(wù)器2#Ethernet圖2.2 信息管理中心系統(tǒng)（IMCS ）結(jié)構(gòu)由于我們采用了上述策略，城市燃?xì)?自來水企業(yè)內(nèi)部的信息管理和交換的基礎(chǔ)設(shè)施，均可根據(jù)Intranet 通信標(biāo)準(zhǔn)和WWW 信息流通模式（Web 技術(shù)、瀏覽器、頁面、檢索工具和超文本鏈接等）來運(yùn)行；企業(yè)技術(shù)人員和公司管理人員可借助于一個簡單的通用瀏覽器圖形用戶界面，只需在感興趣的文字和圖形上彈擊一下，便可訪問到內(nèi)外部各種不同類型的信息和資源；同時(shí)

15、能通過瀏覽器圖形用戶界面，方便的集成許多其他已有系統(tǒng)，如電子郵件、電子新聞、文件傳輸、電子公告欄、查詢檢索、電子表格、計(jì)劃日程安排、各種數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)等。（2） 生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA ）任何一個城市燃?xì)?自來水企業(yè)，為了滿足對生產(chǎn)過程的調(diào)度指揮，均需設(shè)置一個“中央生產(chǎn)調(diào)度指揮中心”，以及指揮生產(chǎn)的“生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA ）”；該SCADA 系統(tǒng)通常由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、分廠測控站（MCS: Measure & Control System）、管網(wǎng)RTU 、有線/無線以太網(wǎng)通信系統(tǒng)等構(gòu)成；因此，SCADA 就構(gòu)成了城市燃?xì)?自來水綜合自動化系統(tǒng)（SAS ）的核心

16、系統(tǒng)。以全國城市自來水綜合自動化系統(tǒng)為例，生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA ）的功能，可以概要的描述如下： 數(shù)據(jù)采集功能根據(jù)公司生產(chǎn)調(diào)度中心調(diào)度生產(chǎn)指揮的需求，要求系統(tǒng)對自來水管網(wǎng)及各水廠能夠遠(yuǎn)程無縫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集以下信息：合理分布在自來水管網(wǎng)上的測壓信號（管網(wǎng)壓力），各水廠泵的運(yùn)行參數(shù)、電源供電情況、耗電量、當(dāng)前功率因素、水廠進(jìn)/出水量、原水濁度、出廠水濁度、余氯、PH 值等。 數(shù)據(jù)傳輸功能將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，或直接或通過各生產(chǎn)調(diào)度分系統(tǒng)，用高速以太網(wǎng)無縫實(shí)時(shí)地傳遞到生產(chǎn)調(diào)度中心主系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)顯示及分析功能生產(chǎn)調(diào)度中心主系統(tǒng)將獲得的各類信息及數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、加工直觀地、動畫地顯示出來；供生產(chǎn)調(diào)

17、度指揮人員使用。生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA ）的結(jié)構(gòu)，如圖2.3所示。Ethernet 打印系統(tǒng)大屏幕顯示（多屏幕監(jiān)示系統(tǒng)）CRT2# CRT 3# CRT4#通用的標(biāo)準(zhǔn)無線以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)） RTU 1# MCS 1#RTU 2#. . . . MCS 2#. . .RTU n#m #（RTU :遠(yuǎn)程終端設(shè)備） （MCS : 分廠測控站）圖2.3 生產(chǎn)調(diào)度中心系統(tǒng)（SCADA ）結(jié)構(gòu) 報(bào)警功能系統(tǒng)可對各水廠機(jī)泵運(yùn)行異常，如點(diǎn)壓、電流的不足或過載等，管網(wǎng)壓力不足或超限進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。 歷史數(shù)據(jù)的存儲、檢索、查詢及分析功能根據(jù)公司生產(chǎn)調(diào)度中心調(diào)度生產(chǎn)指揮，和檢索、查詢及分析歷史數(shù)據(jù)的需求，系統(tǒng)

18、應(yīng)具備實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲、檢索、查詢及分析功能。 報(bào)表顯示及打印功能系統(tǒng)可自動生成各種生產(chǎn)情況的日月年報(bào)表，并可隨時(shí)打印。 遙控和遙調(diào)功能根據(jù)公司生產(chǎn)調(diào)度中心調(diào)度生產(chǎn)指揮的需求，系統(tǒng)操作人員可在生產(chǎn)調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)對有關(guān)水泵實(shí)現(xiàn)開停遙控、甚至遠(yuǎn)程泵速的PID 遙調(diào)。 網(wǎng)絡(luò)功能標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，供其他系統(tǒng)使用。 設(shè)備點(diǎn)檢管理功能記錄被控設(shè)備的運(yùn)行次數(shù)和所發(fā)生過的故障，對比其設(shè)備使用壽命，用計(jì)算機(jī)分析下次故障發(fā)生的可能概率和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)設(shè)備點(diǎn)檢、管理掌握所用設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量、使故障在發(fā)生前盡可能被發(fā)現(xiàn)和更換，提高企業(yè)的設(shè)備利用率。 檢漏功能采用現(xiàn)場總線技術(shù)的RTU/S

19、CADA系統(tǒng)或采用PLC 和上位機(jī)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)均具有嚴(yán)重的通信瓶頸問題，無法實(shí)現(xiàn)無縫實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，從而使實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)檢漏十分困難。而采用高速實(shí)時(shí)的以太網(wǎng)開放結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)檢漏分析功能的應(yīng)用帶來了方便。三 城市燃?xì)?自來水系統(tǒng)綜合自動化SAS 硬件構(gòu)成1. 信息管理中心硬件配置如上所述，信息管理中心系統(tǒng)（IMCS ），是城市燃?xì)?自來水企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的核心組成部分和系統(tǒng)神經(jīng)中樞；是企業(yè)Intranet 網(wǎng)絡(luò)信息管理的職能機(jī)構(gòu)；信息管理中心系統(tǒng)（IMCS ），主要是一個計(jì)算機(jī)集群管理系統(tǒng)，其主要硬件配置為兩臺服務(wù)器、一臺大容量磁盤陣列機(jī)，以及若干臺PC 機(jī)、打印設(shè)備等；系統(tǒng)處于Ethernet 網(wǎng)環(huán)

20、境之中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP；兩臺服務(wù)器形成雙機(jī)互為熱備份，充分保證數(shù)據(jù)冗余和安全。這里需要強(qiáng)調(diào)指出的是，關(guān)于“兩臺服務(wù)器形成雙機(jī)互為熱備份”的問題；眾所周知，網(wǎng)絡(luò)中最重要的是數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的丟失往往會造成用戶業(yè)務(wù)癱瘓，甚至破產(chǎn)等毀滅性災(zāi)難；另一方面，用戶要解決大容量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)高速存取等問題，以及根據(jù)城市燃?xì)?自來水企業(yè)要求綜合自動化系統(tǒng)連續(xù)不間斷的提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，最大限度的減少因服務(wù)器故障時(shí)人為操作錯誤；為此，我們建議：城市燃?xì)?自來水企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的信息管理中心系統(tǒng)（IMCS ），均可利用ESCORT DA磁盤陣列、ROSE HA雙機(jī)容錯系統(tǒng)來解決“兩臺服務(wù)器形成雙機(jī)互為熱

21、備份”的問題，它是行之有效的一種經(jīng)濟(jì)型解決方案。2. 公司中央調(diào)度室硬件配置公司中央調(diào)度室硬件配置主要包括以下幾個部分：信號接收系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以由一臺工業(yè)計(jì)算機(jī) + 通用而標(biāo)準(zhǔn)的有線/無線以太網(wǎng)通訊設(shè)備組成，它主要用于和各部的RTU 進(jìn)行高速通信；主機(jī)系統(tǒng)：該系統(tǒng)在中央調(diào)度室里又稱為“上位機(jī)系統(tǒng)”，它用于離線處理信號接收系統(tǒng)所獲得的各類數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)與信息管理中心的其它服務(wù)器通訊； 一機(jī)多屏顯示系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以由帶有多屏顯示功能的BUDDY 500型電腦多屏顯示；輸出打印設(shè)備：（略）四 遠(yuǎn)程終端裝置（RTU）的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程終端裝置RTU （Remote Terminal Unit），是構(gòu)成企業(yè)

22、綜合自動化系統(tǒng)（SAS/SCADA）的核心裝置；通常RTU 是由信號輸入/出模塊、微處理器、有線/無線通訊設(shè)備、電源及外殼等組成(如圖2所示；RTU 本身是由微處理器控制的，它能夠根據(jù)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的請求，通過通訊介質(zhì)向主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送或接收信號、查詢和控制RTU 的操作（其中包括數(shù)據(jù)庫修改、調(diào)整參數(shù)、全面的遠(yuǎn)程診斷等）,RTU 支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也可以在正常執(zhí)行其他任務(wù)的情況下，充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；它通過自身的軟件（或智能軟件）系統(tǒng)，可理想的實(shí)現(xiàn)企業(yè)中央監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)對生產(chǎn)現(xiàn)場一次儀表的遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等功能。 圖3. 以太網(wǎng)遠(yuǎn)程終端裝置RTU 的兩種通訊方式對于具有無人值班分布式、集中控制管理型

23、的企業(yè)，其SAS/SCADA系統(tǒng)的建立，離不開承上啟下的RTU 系列產(chǎn)品，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不同，RTU也有不同形式的構(gòu)成與特點(diǎn)；以城市自來水公司為例，城市供水綜合自動化系統(tǒng)中的SCADA 系統(tǒng)，必須具備的且非常重要的一個功能，就是無縫實(shí)時(shí)監(jiān)測遍布全市的自來水管網(wǎng)的壓力變化情況；為此，準(zhǔn)確地采集到建立在管網(wǎng)采樣點(diǎn)上的壓力變化值就尤為重要；應(yīng)用于管網(wǎng)測壓的以太網(wǎng)RTU 就是為此而設(shè)計(jì)的；由于生產(chǎn)調(diào)度中心主系統(tǒng)，對管網(wǎng)采樣點(diǎn)所需要采集的信息除了壓力信號外，還有流量、溫度、余氯和濁度等多個信息；而且這些信息均須向主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送，主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯關(guān)系和周圍其它點(diǎn)的信號須向其發(fā)號命令。根據(jù)這些特點(diǎn)對于

24、應(yīng)用于管網(wǎng)測壓的RTU ，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就要求系統(tǒng)模塊化、I/O配置靈活簡單、快捷和性能可靠，同時(shí)要求價(jià)格便宜。(2 RTU 產(chǎn)品介紹Optimation Optilogic RTU產(chǎn)品：Optilogic RTU是美國Optimation 公司的OptiLogic 系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品的特點(diǎn)是：模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展或配置靈活結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)大多線程編程基于工藝流程圖結(jié)構(gòu)方式，支持嵌入式控制以太網(wǎng)開放結(jié)構(gòu)支持IPX、UDP/IP等工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議可組態(tài)設(shè)置針對不同I/O要求逐一設(shè)置可擴(kuò)充I/O，通訊和信號處理均可擴(kuò)充抗惡劣環(huán)境可遠(yuǎn)程維護(hù)支持遠(yuǎn)程登錄、故障診斷、組態(tài)、編程和糾錯由Optilogic RTU

25、產(chǎn)品組成的靈活開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。 圖3.2 由Optilogic RTU產(chǎn)品組成的靈活開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3. e-SCADA系統(tǒng)配置 上圖為美國北卡羅萊洲的Rock Hill 市政工程管項(xiàng)目，用于對整個大峽谷地區(qū)的飲用水、污水、耕種和灌溉用的蓄水池以及火災(zāi)防護(hù)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程分布式集中監(jiān)控和管理，方案是以無線以太網(wǎng)通信為核心，跨越數(shù)英里并穿越復(fù)雜的地理環(huán)境。采用以太網(wǎng)控制的易控系統(tǒng)，不僅提供了邏輯和過程控制、所有的操作員界面功能，還提供了廣域網(wǎng)功能和趨勢分析、設(shè)備點(diǎn)檢管理，并且不受I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展限制的一種集成系統(tǒng)?；谝蕴W(wǎng)的I/O，可以避免使用專用的通訊產(chǎn)品，方便了系統(tǒng)升級和維護(hù)。整個工

26、程造價(jià)由原先計(jì)劃用PLC 實(shí)現(xiàn)的2,000,000美元降至不到500,000美元，還把得到的多余電話線作為額外的收益。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工程師遠(yuǎn)程調(diào)試和維護(hù)。e-SCADA 在油氣田生產(chǎn)綜合自動化中是指油田或氣田生產(chǎn)設(shè)備采油機(jī)泵的遠(yuǎn)程無線以太網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，在城市燃?xì)庀到y(tǒng)綜合自動化中是指城市燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)壓站的遠(yuǎn)程以太網(wǎng)測控系統(tǒng)，在城市自來水系統(tǒng)綜合自動化中是指城市自來水供水水廠的以太網(wǎng)測控系統(tǒng)。 下面介紹已 應(yīng)用于勝利油田和長慶油田的“油田采油機(jī)遠(yuǎn)程無線以太網(wǎng)測控系統(tǒng)”e-SCADA 測控系統(tǒng)。e-SCADA融合了國際上最先進(jìn)的PC-Based Control軟件，OptiLogic 工業(yè)以太網(wǎng)控制器R

27、TU 、CDMA 無線以太網(wǎng)遠(yuǎn)程通信技術(shù)。采用完全基于工藝流程圖的編程方法、多線程控制、圖形化操作界面、可視化診斷功能和自診斷自恢復(fù)等最先進(jìn)的功能。該系統(tǒng)通過Optilogic 以太網(wǎng)控制器RTU 進(jìn)行現(xiàn)場負(fù)荷、壓力、溫度、流量及報(bào)警數(shù)據(jù)的采集，由遠(yuǎn)程標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)即插即用通訊配件將數(shù)據(jù)通過無線/有線方式傳至中控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理和顯示；系統(tǒng)基本配置為：Optilogic RTU+ 遠(yuǎn)程無線/有線標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品+中控室監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)；根據(jù)勝利油田的要求，系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備均具防爆和防盜功能。采用e-SCADA 解決方案，無須對遠(yuǎn)程I/O設(shè)備再作通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，也無須象傳統(tǒng)現(xiàn)場總線式RTU 那樣需要大

28、量的通訊控制器或網(wǎng)關(guān)機(jī)。因?yàn)橐坏┎蓸拥臄?shù)據(jù)通過通訊控制器和網(wǎng)關(guān)機(jī)或作任何串口協(xié)議轉(zhuǎn)換就會損害系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功能。e-SCADA 使您能直接從油井得到所需的各種負(fù)荷曲線、井口溫度、套壓曲線、三相電流電壓，流量計(jì)量信息以及對采油機(jī)實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警、事故報(bào)警管理等遙控動作和對采油機(jī)實(shí)行遠(yuǎn)程間抽控制或遙調(diào)沖程速度等。對幾十口油井的檢測控制和采樣掃描可確定在50100ms之內(nèi)，這是任何傳統(tǒng)RTU 根本無法達(dá)到的。圖3.3給出了e-SCADA 油田生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的示意圖. 圖3.3 e-SCADA油田生產(chǎn)信息化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖由于Optilogic RTU的模塊化結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，e-SCADA可以用于各個行業(yè)領(lǐng)域。油田生

29、產(chǎn)信息化的e-SCADA 系統(tǒng)與傳統(tǒng)現(xiàn)場總線式RTU 性能對比如下表所示：油氣田生產(chǎn)用e-SCADA 與傳統(tǒng)RTU 方式的性能對比 性能說明OptiLogic RTU/e-SCADA傳統(tǒng)現(xiàn)場總線式RTU單臺電腦可接入的最多RTU 數(shù)目 99臺 5臺循環(huán)掃描響應(yīng)速度(即完成每一次采樣讀入、邏輯運(yùn)算和輸出控制全過程所需的時(shí)間小于0.1秒 超過6分鐘小隊(duì)總控室與廠部計(jì)算機(jī)中心之間的網(wǎng)絡(luò)兼容性和操作兼容性 方便，僅點(diǎn)擊TAGLINK 功能即可建立同步數(shù)據(jù)通訊。 難，須開發(fā)大量支持軟件、缺乏實(shí)時(shí)性并且維護(hù)困難，可靠性差。監(jiān)控系統(tǒng)的硬件擴(kuò)展升級 靈活、容易 難小隊(duì)自主軟件升級和系統(tǒng)維護(hù) 容易(由易學(xué)易懂易

30、用的工藝流程圖多線程編程技術(shù)保證難仿真實(shí)際的監(jiān)控操作 直接可以 須虛擬開發(fā)11Mbps 高速無線以太網(wǎng)的信息處理能力 充分利用和發(fā)揮了最新的技術(shù)。 有信息瓶頸，通信速率最高僅為19.2Kbps，MODBUS RTU協(xié)議。通信可靠性(誤碼率 很高，IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)保證，(誤碼率10-8差，以MODBUS RTU協(xié)議為例，(誤碼率10-4各小隊(duì)之間監(jiān)控系統(tǒng)的編程環(huán)境完全統(tǒng)一不統(tǒng)一，具有多種編程工具，對使用或開發(fā)人員的知識面要求很高。 控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一 各不相同，復(fù)雜 再增擴(kuò)I/O檢測和控制容易 困難 自診斷、自恢復(fù)功能有 無 整個硬件系統(tǒng)的可靠性高，無須網(wǎng)關(guān)機(jī)或通訊控制器差，網(wǎng)關(guān)或通

31、訊控制器會嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的可靠性 診斷維護(hù)方便 一般 對系統(tǒng)操作和保管員的人才結(jié)構(gòu)要求低 很高 整個控制系統(tǒng)的建成成本低 很高 建成施工周期短 長系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：e-SCADA 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)： 1、 計(jì)算機(jī)響應(yīng)時(shí)間（確定性）50ms2、 數(shù)據(jù)采集時(shí)間（確定性）50ms3、 指令響應(yīng)或控制執(zhí)行時(shí)間（確定性）50ms4、 輸入輸出模塊均可熱插拔（Plug & Play）5、 RTU均可自診斷、自恢復(fù)6、 以太網(wǎng)通訊協(xié)議：IPX、TCP/IP（符合IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)）7、 數(shù)據(jù)通訊速率：10Mbps8、 通訊傳輸誤碼率（TCP/IP保證）10-89、 系統(tǒng)連續(xù)平均無故障運(yùn)行時(shí)間：

32、MTBF27000h10、 儲藏溫度：-207011、 工作溫度：05512、 相對濕度：095%，無凝露五 城市燃?xì)?自來水系統(tǒng)綜合自動化 SAS 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1SAS 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 由于城市燃?xì)?自來水綜合自動化系統(tǒng)屬大規(guī)模、分布式、網(wǎng)絡(luò)化、集散型、實(shí)時(shí)監(jiān)控 與管理的一個復(fù)雜系統(tǒng)；因此，需要一個滿足以上要求的網(wǎng)絡(luò)軟件平臺，以支撐系統(tǒng)的正常 運(yùn)行；最基本的網(wǎng)絡(luò)軟件平臺應(yīng)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS） 、圖形用戶界面（GUI）和服 務(wù)管理器（Service Broker）所組成；服務(wù)管理器在系統(tǒng)中起著協(xié)調(diào)所有模塊的運(yùn)行，并確 保系統(tǒng)的高靠性及容錯性的作用。 SAS 軟件系統(tǒng)在廣域網(wǎng)上的實(shí)時(shí)

33、分布式數(shù)據(jù)特性，使其特別適合于分控中心之間的通 訊和聯(lián)網(wǎng)；SAS 軟件系統(tǒng)的用戶/服務(wù)器式結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的用戶/服務(wù)器式結(jié)構(gòu)的本質(zhì)性的區(qū)別 在于：SAS 的用戶和服務(wù)器都可以在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上分布；而傳統(tǒng)的用戶/服務(wù)器式結(jié)構(gòu) 只能允許用戶機(jī)分布，服務(wù)器則必須是集中式的。 SAS 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通常要考慮系統(tǒng)的規(guī)?；?、系統(tǒng)可擴(kuò)充性和系統(tǒng)開放式的策略 等因素；圖 4.1 表示了 SAS 軟件系統(tǒng)運(yùn)行示意。 (Regional Operations Centre (Main Operations Centre Workstation, PC Workstation, PC Server or X-Te

34、rminal or X-Terminal Server Server Workstation, PC or X-Terminal Workstation, PC or X-Terminal TCP/IP 802.3LAN Router Router Remote Data Acquisition (e.g. RTUs & PLCs Router Workstation, PC Laptop Router Remote Access PC & Plant Management Systems Monitor & Keypad 802.3LAN Server or X-Te

35、rminal Workstation, PC or X-Terminal WAN (Regional Operations Centre 圖 4.1 SAS 軟件系統(tǒng)運(yùn)行示意 16 2 生產(chǎn)過程硬實(shí)時(shí)控制軟件（Think&Do）介紹 中央控制室監(jiān)控工作站的監(jiān)控軟件選用 Think & Do 工控軟件（開發(fā)運(yùn)行版 PC-TND-DEV V5.2 亞洲版）在此基礎(chǔ)上開發(fā)成油田生產(chǎn)無線實(shí)時(shí)監(jiān)控 e-SCADA 系統(tǒng)。 ， 該系統(tǒng)基于 Windows NT 構(gòu)架，是真正意義上的管-控一體化工控軟件，具有極高的性能價(jià)格比。 Think & Do 軟件是一種交互式、圖形化編輯的集成開發(fā)運(yùn)行軟件，其獨(dú)創(chuàng)的流程圖控 制邏輯式控制語言， 使開發(fā)人員只需具備工藝流程方面的基本知識就能迅速接手開發(fā)， 易學(xué) 好使，而且調(diào)試、維護(hù)、擴(kuò)展更加快捷、方便。Think & Do 集流程圖控制邏輯編程、HMI 人機(jī)界面組態(tài)、I/O 配置工具于統(tǒng)一的集成開發(fā)環(huán)境，通過共享的標(biāo)簽名數(shù)據(jù)庫、個性化的 I/O 變量定義方式（可輸入中英文變量名） ，使監(jiān)控軟件的開發(fā)、調(diào)試構(gòu)成有機(jī)的整體，從 而大大提高了監(jiān)控應(yīng)用程序的開發(fā)效率。 Think &a