SCADA系统维护培训

SCADA系统维护主讲人：王荣元单位：延长油管道运输第一分公司内容提要SCADA系统简介SCADA系统结构SCADA系统功能SCADA系统稳定性影响因素SCADA系统通讯中断应急措施SCADA系统网络性能测试SCADA系统常见问题处理方法一二三四五六七SCADA（SupervisorControlAndDataAcquisition）数据采集系统，是集测量技术、计算机技术、通讯技术于一体的综合性集成控制系统,可实现输油管网的实时中央监控和管理调度。目前在国内外的输油系统中该系统占主导地位。1.1SCADA系统定义1.SCADA系统简介管网SCADA系统融合了先进的PLC技术、RTU技术、现场总线技术、网络通信技术、数据库技术、SCADA/HMI技术、客户/服务器技术等，能实现对输油系统的进油、计量、输配、调压全过程的监控、管理和调度，能实现生产信息、管网状况的自动化收集、分类、传送、整理、输配的优化调度、故障分析、辅助决策提供科学的手段，它的应用将使原油、成品油生产、输配管理更加安全、准确、高效。1.2SCADA系统概况1.SCADA系统简介1.3SCADA发展历程（1）形成阶段：SCADA系统的概念形成于60年代。（2）成型阶段：SCADA系统成型于70年代。（3）功能阶段：80年代，微机+PLC（PC）,功能强大。（4）网络阶段：90年代，网络拓宽了应用范围，管理自动化，更方便。1.SCADA系统简介形成阶段成型阶段功能阶段网络阶段1.4SCADA发展展望SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没停止过。当今随着电力系统、铁道气化系统、供水系统、供气系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：（1）SCADA/EMS系统于其它系统的广泛集成；（2）专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究的应用；（3）面向对象技术、Internet技术及JAVA技术的应用；1.SCADA系统简介2.SCADA系统结构2.1总公司级结构图2.SCADA系统结构场站SCADA系统通信网络上位机SCADA服务器工程师站操作员站web服务器下位机RTUPLC智能仪表2.2站控级系统结构上位机：侧重监控功能下位机：直接控制功能通信网络：实现上、下位机数据交换从其结构可以看出，SCADA系统具有控制分散、管理集中的“集散控制系统”的特征。2.3.1上位机功能2.SCADA系统结构数据采集和状态显示趋势分析报警和报警处理生成报表显示仪表参数功能2.3上位机2.SCADA系统结构在SCADA系统发展初期，上位机系统普遍采用工控机。因为工控机在商用计算机上进行了改装与加固，以适应工业应用的要求，主要体现在：硬件结构、系统可靠性、抗干扰能力和环境适应性等。初期后期近年来，随着商业机可靠性的不断增强，以及商用机与工控机之间较大的价格差距，SCADA系统选用商用机做上位机已经十分普遍。对于可靠性要求高的场合，可以通过热备等方式来实现。2.3.2上位机选用2.3上位机运行于UNIX/LINUX平台的SCADA系统软件，该类软件目前在石油行业。应用的主要有美国TRANSDYNCDYNAC软件、加拿大TELVENT平台软件；运行于WINDOWS平台的SCADA软件，该类软件目前主要有SIEMENSWINCC、GE、IFIX、Citect2.SCADA系统结构2.3.3上位机软件2.3上位机2.SCADA系统结构•下位机配置的各种输入设备（DI、AI等）进行数据采集数据采集•下位机配置的各种输出设备（DO、AO等）对现场设备进控制控制•下位机接收上位机的监控，并且向上位机传输各种现场数据。上传数据功能2.4.1下位机功能2.4下位机2.SCADA系统结构（1）远程终端单元RTURTU（RemoteTerminalUnit，RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用等方面的优点也得到用户的肯定。2.4.1下位机类型2.4下位机2.SCADA系统结构RTU的主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中一个独立的工作站，这时RTU可以独立的完成连锁控制、前馈控制、反馈控制、PID等工业上常用的控制调节功能；进行数据采集时作为一个远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心站或其它站的通讯和遥控任务。RTU的主要配置有CPU模板、I／O（输入／输出）模板、通讯接口单元，以及通讯机、天线、电源、机箱等辅助设备。RTU能执行的任务流程取决于下载到CPU中的程序。应用程序可用工程中常用的编程语言编写，如梯形图、C语言等。有些设备采用C语言编程。（1）同时提供多种通讯端口和通讯机制。（2）提供大容量程序和数据存储空间。（3）高度集成的、更紧凑的模块化结构设计。（4）更适应恶劣环境应用的品质。功能特点配置执行2.SCADA系统结构（2）PLC（可编程逻辑控制器）典型的小型PLC产品有三菱的FX2N系统PLC、西门子的S7200系统、OMRON的CPM1A等。一些中、大型的SCADA系统的下位机会选用中型的PLC产品，如三菱的Q系列、西门子的S7-300、A-B公司的ControlLogix和施耐德的Quantum系列等PLC系统通常由以下几个部分组成背板电源模板CPU模板I/O模板通讯模板为所有模板提供安装基础为所有模板提供供电对所有数据进行处理采集数据及输出控制指令满足多种多样的通讯需求附属设备分支器、分离器、接线端子同轴电缆、网线、继电器等2.SCADA系统结构2.SCADA系统结构（3）智能仪表在一些侧重数据采集、信息集中管理与远程监管的应用中，远程控制功能要求较低。在这类SCADA系统中，大量使用各种现场仪表做下位机，如智能流量计量表、冷量热量表、智能巡检仪等。2.SCADA系统结构通信网络实现SCADA系统的数据通信，是SCADA系统的重要组成部分。与一般的过程监控相比，通信网络在SCADA系统中扮演的作用更为重要，这主要因为SCADA系统监控的过程大多具有地理分散的特点，如无线通信机站系统的监控。2.5.1概念2.5通信网络2.SCADA系统结构（1）上位机系统间网络：主要是连接上位机、服务器、通信设备、打印设备的局域网络。上位机还可以设置WEB服务器，提供远程监控网络。（2）下位机系统间网络：包括连接I/O设备与控制器的现场总线，各种设备级总线等。（3）连接上、下位机的通信网络这部分网络最复杂，形式最多样，是SCADA系统的重要特点。2.5.2通信网络类型2.5通信网络SCADA系统中控制中心数据服务器和站控PLC/RTU之间一般通过微波、光纤或公网专线进行远程通讯，通讯协议常采用IEC870-5或DNP3.0标准通讯协议；控制中心的数据服务器与所有本地工作站之间、站控的PLC/RTU与本地操作员工作站之间都是在各自局域网上采用TCP/IP、OPC或Modbus协议进行数据通讯。2.SCADA系统结构2.5.3通信网络介质2.5通信网络交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路”，在一分公司主要配置的交换机是思科和迈普的交换机，其中靖榆线使用的是迈普带光口的交换机，光纤信号直接通过尾纤接到了交换机上。定靖线使用的思科交换机和西门子交换机，光纤通过光纤收发器连接到定靖线，樊东线各个场站，阀室的核心交换机上。小天线建设时间比较早，主要使用科龙交换机，光纤通过光纤收发器连接到科龙交换机上，实现场站数据上传。2.SCADA系统结构2.5.4通信网络硬件2.5通信网络路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络，如，一处的定靖线原线网段是192.168.1.X，定靖复线是172.16.9.X，靖榆线172.16.5.X，这些网段在和总调连接时候，就需要路由器翻译成总调网段。图例为华为的路由器2.SCADA系统结构2.5.4通信网络硬件2.5通信网络接头跳线熔接盒2.SCADA系统结构2.5.4通信网络硬件2.5通信网络多模光纤最大传输距离2km。单模光纤常用传输距离为20KM内，远的可达到120KM。2.SCADA系统结构2.5.4通信网络硬件2.5通信网络光纤收发器，是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器（FiberConverter）。一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中单模光纤收发器：传输距离20公里至120公里多模光纤收发器：传输距离2公里到5公里2.SCADA系统结构2.5.4通信网络硬件2.5通信网络华为OptiX155/622H光端机将多个E1（一种中继线路的数据传输标准，通常速率为2.048Mbps，此标准为中国和欧洲采用E1是物理连接技术，是数字网络，可以同轴也可以光纤）信号变成光信号并传输的设备（它的作用主要就是实现电光和光电转换）2.SCADA系统结构2.5.4通信网络硬件2.5通信网络2.SCADA系统结构2.5.4通信网络硬件2.5通信网络光端机常见故障3.1主要控制功能3.SCADA系统功能全线顺序启、停输、紧急停输全线单站顺序启停泵、紧急停泵流程切换自动收发球安全联锁保护水击保护和水击超前控制ESD紧急停车3.2显示及其他功能3.SCADA系统功能（1）场站检测仪表和执行机构等设备因质量问题存在误差或不可靠；（2）站控系统硬件设备故障；（3）站控系统控制软件开发不完善或不合理；（4）调度中心硬件故障；（5）调度中心SCADA软件平台不稳定；（6）调度中心软件开发不完善或不合理；（7）调度中心和站控系统通信网络不稳定；（8）调度中心网络遭病毒或黑客攻击；（9）设备安装和施工不规范也是造成系统不稳定潜在的威胁；（10）系统维护管理不规范。4.SCADA系统稳定性影响因素案例：1）小河站数据离线，CITECT显示#BAD,下图为AB1756-L62正常工作的指示灯状态，当其中的IO灯变红时候，就会出现上述故障，把CPU状态用调整钥匙调整到PROG后10秒再调整到RUN即可。注：小天线和定靖原线都使用的该硬件。5.SCADA系统通讯中断应急措施5.1观看硬件状态指示灯2）樊东站阀室离线，CITECT显示#BAD,下图为施耐德BXMP342020H正常工作的指示灯状态，当其中的IO灯变红时候，就会出现上述故障，把CPU重启即可。注：靖榆线，定靖复线相关阀室也都使用的该硬件。5.SCADA系统通讯中断应急措施5.1观看硬件状态指示灯3）樊学站数据离线，CITECT显示#BAD,下图为施耐德140CPU67160正常工作的指示灯状态，当其中的IO灯变红时候，就会出现上述故障，把CPU状态用按键调整到RUN即可。注：靖榆线，定靖复线相关站控也都使用的该硬件。5.SCADA系统通讯中断应急措施5.1观看硬件状态指示灯案例：1）靖榆线首站，末站SCADA数据不能互相监测，从靖边成品首首站上位机PING末站IP，当显示图例的请求超时时候，就表示网路已经故障，检测靖榆线阀室状态，确认除却6号阀室后的所有阀室是否给电正常。定靖线，小天线，相关站控和阀室在出现数据中断时候，都可以通过这种方式确定通讯链路是否正常。5.SCADA系统通讯中断应急措施5.2测试网络运行状态2）榆林成品油末站，上位检测软件数据出现#COM。当上位检测软件出现该故障时候，先从上位机直接PING该站CPU的IP地址（在台账中已经注明），当出现下面图例的请求超时时候，先检测上位机端口是否正常（工程选择是否正确），再检测网络连接是否正常。注：各个场站出现该故障时候，都可以通过这种方法检测本站网络是否正常。5.SCADA系统通讯中断应急措施5.2测试网络运行状态案例：1）小河站输油泵连锁故障。熟悉场站设备连锁条件后，检测各个条件是否正常，重点检测相关变送器，当上位