第12講-SCADA系統(tǒng)通信要點(diǎn)

1、2021/2/61第12講 SCADA系統(tǒng)通信2021/2/62SCADA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)2021/2/632021/2/64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(hào)在通信通道上傳輸時(shí),必須轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)。 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)的技術(shù)叫調(diào)制 常用:調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相2021/2/65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

2、印機(jī)加熱爐PLC局域網(wǎng)罐區(qū)2021/2/662021/2/67 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 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）202

3、1/2/68 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Prosoft 公司的MCMR 卡件組成,其硬件組成如下圖所示2021/2/69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2021/2/6102021/2/611 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2021/2/612 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

4、的節(jié)點(diǎn)號(hào),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。2021/2/613ENBT 模塊 ENBT 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。2021/2/614通過 RSLi

5、nx 可以看到ENBT 模塊的狀態(tài),正常時(shí)如下圖所示:2021/2/615通訊中斷時(shí)會(huì)在相應(yīng)的ENBT 模塊顯示紅叉2021/2/616 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。2021/2/617GPS 對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的采集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。2021/2/618 A-B支持 TCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol）, 一個(gè)在以太網(wǎng)（Ether

6、net/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)庫。 2021/2/619 所有的PLC都帶有設(shè)備網(wǎng)Control Net模塊,現(xiàn)場的所有信號(hào)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(hào)也是通過Control Net網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備中 2021/2/620通信介質(zhì)及協(xié)議通信介質(zhì)及協(xié)議

7、 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)?021/2/621通信介質(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。 2021/

8、2/622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(huì)現(xiàn)場總線FF2*15AWG+2*18AWG DeviceNet, RG-6/U四層屏蔽同軸電纜ControlNet 2021/2/623 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

9、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。2021/2/624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(hào)傳輸,帶有內(nèi)置的終端電阻。 2021/2/625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(duì)散熱的影響、安裝方式、外殼對(duì)散熱的影響、 簡單通信功能和通信管理功能、簡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 2021/2/626 以太網(wǎng)（Ethernet/IP

10、）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 2021/2/627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)2021/2/628 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(duì)來自任一端口的每一條消息,集線器都會(huì)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

11、以下幾構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)的主要方式主要有以下幾種種,STP、RSTP;環(huán)網(wǎng)冗余環(huán)網(wǎng)冗余RapidRingTM以以及及Trunking。 2021/2/6291、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(jí),將網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間,縮短到1-2s。生成樹算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活,但也存

12、在恢復(fù)速度慢的缺點(diǎn)。2021/2/6302、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。2021/2/631 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。 2021/2/6323、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。2021/