ControlNet网络在自动监控系统中的原理应用

近年来，世界对于能源的需求不断扩大，能源作为一个国家发展的基础越来越受到各国的重视，由于能源特别是石油而引起的冲突不断。为保证能源的供应，我国除积极寻找国内油田外，还积极寻找国外的供应，因此目前我国的石油供应趋于多样化。而石油的运输主要通过输油管道进行，同时输油本身就是一项能耗巨大的工业过程。如何在油品多样化的现状下寻找出不同油品运输的最低成本方案成为一项重要的课题。建设大口径、多功能、自动化水平高的石油试验环道，可以得到不同环境下石油储运的各种数据，为各储运站提供可靠、准确的试验数据，使石油储运最大化、科学化，减少储运过程中的维护工作。为此中国石油管道公司在我国北方建立一个大型的、国际一流的输油管道试验基地。

为更好的满足试验需求，要求工艺流程能够实现停输再启动试验，在变性研究和结蜡试验的基础上，尽可能增加流程切换的灵活性，可在多种工况下进行各项试验。通过对工艺流程的优化设计，增加试验管段长度，提高试验精度。试验环道的数据全部实现自动化采集，检测设备采用高精度仪表。为适应环道将来进行其他油品测试的需要，预留原油卸车接口。

为此，采用以操作员工作站为上位机，可编程控制器（PLC）为下位机的控制模式组成自动监控系统的方案。PLC采用美国ROCKWELL公司的先进的ControlLogix系列产品，应用Logix5000编程，实现了远程数据采集、控制执行机构运转、执行机构的故障检测等功能;同时采用了双PLC（CPU）运行模式，实现了控制系统的热备功能;上位机工作于Windows环境下，使用工程上广泛应用的澳大利亚Ci Technologic公司的Citect工业控制组态软件开发监控软件，采用双人机界面，实现了环道工艺流程的实时动态显示，数据的自动采集处理，故障报警，实时、历史报表的打印等功能;利用ControlNet网络进行数据交换，对系统各设备参数值进行在线监控显示，充分保证信息传递的快速性。从而能够使整个试验环道的各设备的运行情况实现自动化的监测并及时的控制。

ControlNet 网络结构

ControlNet是确定性、可重复性的控制网络，同一链路上允许有多个控制器同时共存，网络上节点居于对等地位，可以从任意节点实现网络存取，网络总线速率为5Mbps，在端到端总长为250m的距离内，网络可支持的最大节点数为48个。总线拓扑结构可以是星型、树型、总线型或是这3者之间的任意组合。能够使用的中继器数目只受到系统延迟时间的限制，使用中继器，最大的端到端传输距离使用同轴电缆为3km，使用光纤传输可以达到30Km，并且支持冗余结构。

本系统采用三层结构：管理层、控制层、现场设备层，结构图如图1所示。



图1 系统结构图

本系统中ControlNet网络总长50m，没有采用中继器，保证信息的实时性。上层计算机中采用1785-PCIC卡连接到ControlNet网络上，下层PLC通过1756-CNBR模块连接至ControlNet网络。为了保证系统的可靠性采用了双网络冗余与双控制器冗余。

控制层采用美国ROCKWELL公司的ControlLogix系列产品，主要配置有：1756-L55M24、1757-SRM、1756-PA75、1756-A4、1756-CNBR、1756-A17、1756-N2、1756-IF16、1756-IB16、1756-OW16I、1756-IR6I、1756-OF8等。这些设备构成了双冗余控制站和远程I/O站。

现场设备层要满足试验环道各种数据采集需要和流程控制功能，主要配置有：电动球阀16个、电动闸阀7个、变频器1台、搅拌器1台、压力采集（4～20mA）10点、差压采集（4～20 mA）2点、温度采集（4～20 mA）66点、液位采集（4～20 mA）1点、流量采集（4～20 mA）2点。

系统总体构成如图2所示。



图2 系统构成

网络组态与通信实现

网络的组态与管理采用RSNetWorx for ControlNet 软件，该软件提供对ControlNet网络和的设计、配置及管理。RSNetWorx允许你最大限度地提高你所拥有的ControlNett网络设备的生产能力，通过简单的软件界面迅速地对网络上的设备进行设置。这些设置可以在"离线"方式下通过"拖/放"设备图标的操作方式进行。有关其操作，这里不再赘述。

采用RSLinx网关实现上层1785-PCIC卡与控制站、远程I/O站之间的通信，RSLinx网关包含了OPC和DDE的功能以及PLC和其它设备数据查看的功能，可以把一台安装有RSLinx的计算机当作一个网关从而访问控制站、远程I/O站，RSLinx是远程访问的必备软件。同时RSLinx的OPC功能也使得上层计算机监控软件访问控制站、远程I/O站成为可能。其操作可以在"在线"条件下自动扫描完成，这里也不再赘述。

上、下层通信的实现

本系统中上层监控软件Citect与控制层RSLinx网关均支持OPC功能，所以上层监控软件与下层ControlNet网络间的通信是通过OPC技术实现的。在使用RSLinx实现ControlNet网络的通信之后，要在Citect软件中对OPC进行设置，要对I/O服务器、主板、端口、I/O设备、变量标签依次设置，下面图3、图4为本系统中I/O服务器、主板的设置画面，其它设置不再给出。

结束语

本系统在现场投入运行后，运行可靠，效果很好，满足了初始设计的要求，能够很好的测试原油的各项参数，利用相关的软件和测出的参数可计算出原油输送的最佳条件，并能模拟真实输油管道的运行情况，形成了一个功能强大的现场试验环道。

本文作者创新点：以ControlNet为核心，构建简化的三层网络体系结构;Ctiect SCADA 与ControlLogix系列PLC的之间采用OPC技术，通信速度获得提高;试验环道的自动数据采集和流程控制;多工艺流程的集成控制。



图3 I/O服务器设置



图4 主板设置

本项目截至2007年9月产生经济效益20万元，随着应用的进程，效益会不断增加。数据来源：北华航天工业学院宝坻项目组。