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基于WebAccess的油库SCADA系统设计与实现

作者:www.cechina.cn2013.01.30阅读 8771

        近年来,随着网络技术的普及和集散控制(DCS)工业技术的进步,监控系统从过去的集中监控体系结构向多层分布式数据采集与监控系统(SCADA)发展。SCADA系统是在集散式控制系统和网络技术的基础上发展起来的,在技术上,即可从本地局域网上访问所需要的数据,也可以通过远程网络或Internet访问所需要的数据。围绕我军油库储罐计量、铁路装卸油自控、汽车零发油灌装、可燃气浓度监测等作业需求,开发适用于我军油库特点的油库SCADA系统,以实现不同控制网络的集成、信息交互和远程控制成为目前油库信息化建设的一项重要内容。然而,面对众多的油库计量监测仪表、测量方法和系统集成模式,如何以实际需求为牵引www.cechina.cn,设计先进、可靠、实用及安全的油库SCADA系统,仍然是系统设计中值得重点探讨的问题。为此,本文以某军队油库自控系统工程为例,探讨一种基于网际组态的WebAccess数据采集与监控系统的设计与实现。
        WebAccess软件简介
        Advantech WebAccess 是一种基于IE 浏览器的网络化组态软件。它以网络浏览器IE为基础,并将TCP/IP协议内置于软件核心中,因此,互联网的开放性便成为WebAccess系统的有机构成部分。客户端无需负担额外费用便可通过标准网络浏览器对系统进行访问,进行在线动态编辑,随时随地掌握系统的动态。与传统系统不同,基于其内置的互联网连接性,WebAccess支持的客户端不受数量限制,是最佳成本的互联网控制方案www.cechina.cn,同时WebAccess的多叠式网络安全架构也保护终端用户的数据和整个系统。
        WebAccess组态软件由以下3个部分组成:
        (1) 工程节点:作为集中的数据库和Web 服务器,提供客户端和监控节点间的初始连接,并提供“工程管理员”功能,以创建I/O 数据库、报警和图形等;
        (2) 监控节点(SCADA node):是一个远程PC,它使用WebAccess支持的驱动程序与自动化设备连接并通信。WebAccess 监控节点软件提供管理控制和数据采集(SCADA) 功能,包括:通讯驱动程序(Modbus、OPC、和其它PLC、I/O、过程控制、自动化设备、DCS和DDC)、报告和趋势记录实时数据、报警和报警记录、安全和事件记录;
        (3)客户端:它是一个插件程序,它的运行与浏览器有关。Client实际上是一种人机界面(HMI)软件,它提供实时的数据显示、动画、趋势、报警和报告等功能。WebAccess 客户端使用TCP/IP 协议通过因特网或局域网和监控节点连接。
        油库SCADA系统结构设计
        -系统总体架构
        该油库SCADA系统按照作业类别分主要由油罐计量子系统、可燃气浓度监测子系统、铁路收油自动控制子系统、汽车零发油自动灌装子系统等组成;按测控网络结构分主要由现场一次仪表层、现场总线及网络传输层、上层管理层三级分布式网络架构组成,系统结构如图1所示:


        图1系统结构与组成

        -油罐计量与可燃气浓度子系统设计
        由于油罐计量与可燃气浓度监测点位置相对一致,考虑系统电缆与采集模块复用,将油罐计量与可燃气浓度报警子系统建设统一规划。该子系统主要用于现场10个半地下覆土罐和3个地面立式的油罐计量与可燃气浓度监测。系统由MG系列磁致伸缩液位计、液位开关、GDT系列可燃气浓度传感器等构成现场一次仪表层;由拥有多种电气接口与通讯协议转换功能的现场罐区测控节点、Lonworks网络服务器ilon100、网络设备等构成现场总线及网络传输层;由监控计算机及监控组态软件等构成上层管理层。子系统与监控节点的通讯接口为ilon100的API接口。
        -铁路收油自动控制子系统设计
        该子系统采用PLC逻辑控制与现场总线技术相结合的方式,采用潜油泵正压灌泵、离心泵泵变频收油、转子泵扫仓工艺流程,结合Lonworks现场总线技术,实时采集静电接地状态、油罐车液位状态、主泵入口出口压力等数据,实现铁路自动控制收油。系统主控制器选用欧姆龙CJ1G系列PLC,现场总线服务器为ilon100。子系统与监控节点通讯接口为 SERIAL和API。
        -汽车零发油自动灌装子系统
        该子系统采用DKS611L系列定量发油控制器,采集流量计数据、控制发油泵、电动阀、电液阀,实现IC卡定量发油控制,通过Modbus总线将作业信息实时传送至监测站。子系统与监控节点通讯接口为SERIAL。
        系统组态软件设计
        根据油库实际情况,系统监控软件配置了1个工程节点和4个监控节点,其中工程节点安装在油库办公区信息中心,主要用于集中的数据库和Web访问服务,同时提供客户端和监控节点间的初始连接及工程组态与管理;监控节点分布在储油区、铁路装卸区、汽车零发油区分控室,主要用于控制管理和数据采集(SCADA) 功能,包括:驱动程序、趋势记录、报警信息、各类报表等。
        -控制软件功能设计
        (1)油罐计量数据采集与液位超高监测。实时采集油罐液位、平均温度与液位开关状态,将油罐容积表嵌入软件中,计算油罐实时储量与空容量,与火车自动收油系统联动,当油罐液位超高时,产生报警信息并立即停止收油作业。
        (2)实时监测罐区可燃气浓度状态,当浓度超高时,给出超高报警,并结合油罐液位趋势,判断油罐渗漏情况。
        (3)铁路自动收油系统根据管网压力的变化,经传感器反馈到PID控制器中,自动控制变频器的输出频率,调节主油泵电机的转速,使管网的压力恒定在设定的压力值上。当入口流量变化时,系统自动调节,始终保持管网的压力恒定。控制原理如图2所示:


        图2铁路自动收油系统控制原理

        (4)汽车零发油自动灌装系统要求动态实时传递收发油作业信息、自动控制发油过程,具体功能模块设计如图3所示:



        图3汽车零发油自动灌装功能模块设计

        -工程节点与监控节点设计
        (1)建立油库SCADA系统工程项目,包括用户名, 工程名, IP地址等;
        (2)添加监控节点,分别为油罐计量、可燃气浓度监测、火车装卸、汽车零发四个监控节点,配置相应节点的IP地址及监控节点属性。
        (3)配置通讯端口。
        油罐计量、可燃气浓度监测:API类端口;
        火车装卸:收发油控制:端口类型为Serial,波特率:9600,数据位:7,停止位:2,偶校验;数据采集:API类端口;
        汽车零发:端口类型为Serial,波特率:9600,数据位:8www.cechina.cn,停止位:1,无校验。
        (4)各通讯端口添加设备及属性设置。具体配置情况如下:
        液位计量与可燃气浓度监测:添加设备ilon100,填写相应的单元号与该设备IP地址。
        火车装卸:添加设备OmronCJ系列PLCwww.cechina.cn,配置相应的单元号;添加数据采集设备Ilon100,填写相应的单元号与该设备IP地址。
        汽车零发油:DKS611L定量控制器采用标准的Modbus协议,RTU通讯方式,因此连接设备选择Modiconwww.cechina.cn,按车位个数配置单元号(地址)。
        (5)在每个设备下面添加相应的监测与控制IO点,根据不同的设备类型,点的类型、地址、缩放类型、是否报警等设置也不一致,点的类型主要有:模拟量输入点(油罐液位、温度、流量)、报警点(液位超高、可燃气浓度超高、油泵入口压力超高)、数字量输入点(液位开关、阀门状态、泵的启停)、数字量输入点(泵启停控制、阀门开闭控制)等。
        (6)利用软件中的绘图工具DrawDAQ设计工作画面, 包括开机欢迎画面、罐区监控画面、收发油控制主画面、PID 控制参数调节画面、实时数据表画面、实时趋势画面、历史趋势画面、报表、报警群组画面等, 完成各个工作画面的绘图和参数配置。其中历史趋势组态、报警与查询等功能可在绘图中打开*.dxx开放模板文件,根据实际情况定义各对象状态及连接属性。
        (7)利用脚本实现数据存储至第三方数据库,实现与油库信息平台数据共享。以SQL Server为例,首先新建数据库bwSQL,新建表WHT,创建ODBC数据源,之后打开WebAccess绘图工具,打开原文文件(脚本)编辑器,编写连接数据库原文文件以实现数据交换。
        油库SCADA系统的实现
        系统软件组态完成,通过IE浏览器下载后启动节点,进入监控界面。软件采用左侧导航栏模式,用户点击后方便的进入各监控界面。
        该软件形象直观展示油罐液位、温度、容积的计量数据、罐区可燃气浓度的实时状态,提供了报警、趋势、历史数据查询等功能,界面如图4、图5所示;提供的铁路收发油自动控制功能,可在软件上完成工艺流程选择、工艺模拟运行与确认、自动卸油作业及鹤位自动切换,管网压力自动调节与油泵变频等功能,界面如图6所示;提供的汽车零发油自动灌装功能,可进行8车位汽车零发油自动控制、报表生成与打印等功能,界面如图7所示。
        软件基于IE的网络监控软件,经授权,油库局域网客户端均可浏览业务实时数据,此外,还可以在远程对软件进行更新和维护。

        图4油罐计量监控界面

        图5可燃气浓度监测界面

        图6铁路收发油自控系统界面

        图7汽车零发油监控界面

        基于浏览器的WebAccess软件应用于油库SCADA系统,有效地解决了油库自动化多系统互联、数据共享和系统联动的难题,其图形化组态功能可直观的查看被控设备运行情况,提供的报警、趋势分析、系统联动与自动控制功能极大的提高了油库作业效率和安全管理水平,充分体现了远程控制的优越性和人机结合的智能性。
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