萊鋼能源管控系統(tǒng)中SCADA數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)升級改造

張樹鵬

摘要：基于節(jié)能降耗的管理理念，萊鋼建立了統(tǒng)一調(diào)度、合理分配、集中管理的能源管控中心，有效地提高了勞動生產(chǎn)率，促進(jìn)了環(huán)保質(zhì)量和能源管理水平。簡單介紹了萊鋼能源管控系統(tǒng)中SCADA系統(tǒng)架構(gòu)、軟硬件配置，詳細(xì)介紹了SCADA系統(tǒng)最初的數(shù)據(jù)通訊方式和經(jīng)常出現(xiàn)的故障及原因，以及通過KEPServerEX軟件的使用，提高了SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通訊 KEPServerEX

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）05-0000-00

1 SCADA系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，簡稱SCADA）是EMS系統(tǒng)的重要組成部分，也是EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為公司整體的能源管理提供數(shù)據(jù)支撐。其中，能源數(shù)據(jù)、關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的采集都是通過SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分實(shí)現(xiàn)的。

SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為3層：接入層、匯聚層和核心層。底層為接入層，即數(shù)據(jù)采集層，包括數(shù)據(jù)采集站和PLC控制，采集站和PLC均通過工業(yè)以太網(wǎng)連接到接入層交換機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集。第二層為匯聚層，配置匯聚層區(qū)域數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，接收接入層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。第三層為核心層，配置核心層數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，共8臺（4組冗余），包括I/O服務(wù)器、報(bào)表、趨勢、報(bào)警等服務(wù)器。區(qū)域數(shù)采服務(wù)器和核心層的服務(wù)器安裝了Windows Server 2008 中文標(biāo)準(zhǔn)版操作系統(tǒng)，作為CitectSCADA軟件的運(yùn)行平臺。

2數(shù)據(jù)通訊方式

2.1 最初設(shè)計(jì)方案

在萊鋼能源管控系統(tǒng)中，SCADA的數(shù)據(jù)采集方案最初設(shè)計(jì)是，匯聚層數(shù)采服務(wù)器上安裝CitectSCADA，作為OPC服務(wù)器的客戶端，接入層的采集站作為OPC服務(wù)器端，建立CitectSCADA與Wincc、IFix等的通訊連接。核心層數(shù)采服務(wù)器作為OPC客戶端，利用CitectSCADA讀取匯聚層數(shù)采服務(wù)器數(shù)據(jù)。如圖1所示最初設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)通訊方式。

在此種方案中，OPC協(xié)議選擇的是OPC DA，各級計(jì)算機(jī)之間的通信連接是基于DCOM技術(shù)，通過局域網(wǎng)對運(yùn)行于Windows Server/XP/NT平臺的OPC SERVER進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶端數(shù)據(jù)的訪問透明。需要在相關(guān)機(jī)器上配置DCOM。包括Windows 防火墻的設(shè)置、建立可互相識別的賬戶、配置系統(tǒng)DCOM、COM安全設(shè)置等。

在SCADA系統(tǒng)中出現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不更新的情況，需要逐級檢查各機(jī)器的DCOM配置。最糟的情況是將涉及到的數(shù)采站、匯聚層和核心層數(shù)采服務(wù)器的DCOM配置重新配置一遍。因?yàn)閿?shù)據(jù)通訊鏈路較長，涉及人員較多，系統(tǒng)恢復(fù)正常所需要時(shí)間太長，影響EMS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 改造方案

針對上述出現(xiàn)的問題，選擇Kepware公司的KEPServerEX代替CitectSCADA實(shí)現(xiàn)各層計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換功能。

作為世界一流的OPC技術(shù)和產(chǎn)品提供商，美國Kepware公司推出了一系列專業(yè)、高效OPC產(chǎn)品，如KEPServerEX、U_CON、Redundancy-Master、ClientAce等。KepserverEx為全球工業(yè)界領(lǐng)先的超級OPC服務(wù)器，提供非常卓越的工業(yè)互連通訊能力。它嵌入了工業(yè)市場上廣泛范圍的超 過100多種通訊協(xié)議支持?jǐn)?shù)百種以上設(shè)備型號的可下載驅(qū)動程序。

在匯聚層和核心層數(shù)采服務(wù)器分別安裝KEPServerEX V5，根據(jù)需要對KEPServerEX注冊授權(quán)，包括OPC、Modbus等通訊協(xié)議。在匯聚層數(shù)采服務(wù)器上KEPServerEX與底層的采集站或PLC根據(jù)不用的通訊協(xié)議分別一一建立通道、設(shè)備、變量，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。核心層數(shù)采服務(wù)器作為OPC CLIENT，在KEPServerEX中組態(tài)OPC通道、設(shè)備、變量，讀取匯聚層數(shù)采服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。圖2為利用KEPServerEX改造之后的數(shù)據(jù)通訊方式。

如圖2所示，接入層與匯聚層之間的OPC協(xié)議為OPC DA，匯聚層與核心層之間的OPC協(xié)議為OPC UA。因?yàn)镺PC通道本身不是一個(gè)產(chǎn)品，它要求在Client端和Server端都支持OPC UA。由于底層數(shù)采站組態(tài)軟件版本比較低，不支持OPC UA SERVER，所以接入層與匯聚層之間的OPC通訊依然是OPC DA方式。

OPC UA基于OPC基金會提供的新一代技術(shù)，通過OPC UA，所有需要的信息在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)對每個(gè)授權(quán)的應(yīng)用，每個(gè)授權(quán)的人員都可用。OPC UA是目前已經(jīng)使用的OPC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，提供重要的一些特性，包括如平臺獨(dú)立性，擴(kuò)展性，高可靠性和連接互聯(lián)網(wǎng)的能力。OPC UA不再依靠DCOM，而是基于面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），OPC UA的使用更簡便?，F(xiàn)在，OPC UA已經(jīng)成為獨(dú)立于微軟，UNIX或其他的操作系統(tǒng)企業(yè)層和嵌入式自動組建之間的橋梁。

3結(jié)語

在萊鋼能源管控系統(tǒng)中，通過安裝有KEPServerEX的數(shù)采服務(wù)器，在匯聚層統(tǒng)一配置各種數(shù)據(jù)源，減輕了調(diào)試、組態(tài)和維護(hù)的工作量。匯聚層與核心層的數(shù)采服務(wù)器使用OPC UA進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提高了SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。