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力控科技为智能制造

提供最佳实践案例及解决方法

胜利油田热电联供中心数据采集和监视系统

一. 项目概述

近年来随着城市化建设的推进与深入,伴随着能源紧张导致居民供热问题日益凸现新老用户居住面积逐年增加,热源严重不足;供热设备老化锈蚀,跑、冒、滴、漏现象频发,严重影响了供热质量。

热电联供是一种热能和电能联合生产的高效能源生产方式,热电厂不仅可以提供电能,还能提供工业用蒸汽和住宅暖气,热效率高于普通集中供热。同时,热电联供在节能和环保方面都有优势。热电联供的实施,将极大提高城市供热质量,增强供热的安全性与稳定性,大大改善城市大气环境质量。

二. 系统设计

此项目中共有分散在3个主要城市的10个分供热中心,系统要求这10个分供热中心的数据均要发往胜利油田热电联供中心调度平台。目前每个分供热中心所配备的控制设备不尽相同,比如有上海华文PCS-3000 DCS系统、西门子S7-300PLC控制器、西门子S7-200PLC控制器、西门子楼控系统等。其中有8个分供热中心已经配备了监控系统,包括:MCGS系统、西门子WINCC系统等。为了便于数据汇总,数据通信统一设定为OPC方式。

由于分供热中心所在地点分散、地域广阔,各个分供热中心的网络环境较为复杂,只有个别分供热中心接入了胜利油田的专网,大部分地区都是采用的民用网络或者商用网络。如果将数据不经处理直接接入热电联供中心,就有可能对各分供热中心的控制系统带来极大风险,因此需要在各个分供热中心配备工业网络隔离装置,以保证生产数据和控制网络安全。

三. 系统架构

根据上述需求,系统架构如下图所示:

图1 系统架构拓扑图

如上图所示,对于不配备监控系统的分供热中心,选择力控科技的ForceControl系列工业监控组态软件作为监控平台。由于现场网络环境复杂,为了保证整个系统网络和数据的安全性,在每个分供热中心均配备力控的pSafetyLink工业隔离网关。该设备内部为双独立主机“2+1”架构,双主机之间才用专有网络隔离技术PSL,彻底阻断任何网络形式的连接。从而实现内外网之间的数据隔离交换。基于PSL的实时数据交换技术,分别解决了安全隔离网闸进行数据过滤和摆渡时性能低的业内难题,保证数据交换延迟时间低于1ms,从而满足了用户对高性能安全隔离网闸的需求。

热电联供中心采用双网冗余架构,配备力控科技pSpace 实时历史数据库作为数据平台,同样采用双机冗余架构,保证了数据安全和系统稳定。单独配备SCADA服务器和WEB服务器,使得联供中心内部浏览和外部远程浏览网络相互独立,保证了数据系统不被外部网络病毒、黑客等不安全因素攻击。调度人员可通过工程师站随时对分供热中心系统下达指令,同时可获取分供热中心的系统运行状况,并且将实时数据画面显示在联供中心的大屏幕上。

四.系统功能


4.1 安全性
  系统无论是在网络架构设计、软件搭建方面都具备很强的安全性,有效避免了整套系统在运行中所面临的安全问题。


pSafetyLink工业隔离网关以统一安全引擎为基础,对隔离交换报文进行全文数据还原,对用户登录、命令请求、文本信息、协议格式等实施全文深度检测,并支持特定应用层协议标签的检测控制,实现了对特定信息交换多重内容安全管理,为工业控制系统网络间数据交换提供了“绿色通道”。 

基于高效的IO调度模型,多重冗余方案,支持自身端口冗余、链路聚合、双机热备、多台安全隔离网闸负载均衡,保障了用户网络和应用的高可靠性。 下图所示为pSafetyLink工业隔离网关的系统架构图。

图2 pSafetyLink System架构图


在操作上严格权限管理。系统应提供审计跟踪功能,记录所有用户操作过程,对出现的系统安全问题提供调查的依据和手段;系统应具备事务日志功能。

4.2实时性  

      系统具有友好的控制界面。监测画面可显示各个分供热中心内所有测点数据,包括所有模拟量、数字量。逼真的3D效果画面,可将现场情况真实直观的反馈给联供中心工作人员。

图3 现场工艺监控画面

根据现场要求通信方式全部采用OPC通信方式,为此在实时历史数据库平台pSpace上开通了OPC Tunneller Server组件。它是远程OPC Server的客户端组件,又是本地pSpace服务器的数据源核心组件,支持采集站与服务器之间通过TCP/IP、UDP/IP方式通讯。该组件的使用使得各个分供热中心的数据可及时、快速、方便的传输到联供中心。

该组件具备如下功能特点:

1)通过该组件可以实现Server端同时访问多个OPC Server; 

2)第三方软件OPC Server可以虚拟成设备,OPC Tunneller Server通过IO驱动程序来进行访问第三方软件OPC server的数据; 

3)具备故障恢复功能,通讯中断的时候具备自动恢复功能,保证系统的稳定性。


4.3先进性
  建立一个开放的、标准的、可扩充、易管理的实时数据库系统。不仅仅要做到配置上的先进,更主要的是开发上和应用上的先进。在系统中采用先进的控制策略,对每日的供暖数据,水、电、燃料用量等数据进行实时监测,根据天气状况和能耗状况实时动态对供暖进行调节。并且可通过报表、曲线等形式实时监测系统运行状况,从而在实现优化控制的同时节约了更多的能耗。


五.项目总结

    热电联供技术的应用使得油田生产区、生活区、办公区实现了恒温环保供热,既提高了能源利用效率,又做到了绿色环保。力控科技产品的应用,为系统长期稳定运行提供了可靠保障。