工业级远程监控系统在小型实验装置中的应用.pdf

第 4 2卷第 3期 2 0 1 3年 3月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m ica l I n d u s t r y V o 1 4 2 N o 3 M a r ch 2 0 13 工业级远程监控 系统在小型实验装置中的应用 戴金玲 廖 昌建 李经伟 中国石化抚顺石油化 I 研究院 辽宁 抚顺 i 1 3 0 0 1 摘 要 在对远程监控系统的特点和信息数据传输方式探讨和比较的基础上 充分考虑了远程监控系统使 用 的稳定性 避免远程监控系统在小型实验装 置中应用后对 工业生产装置产生影响的前提 下 重点讨论 了 E业级 远程监控系统在小型实验装置上的应用 这将有助于科研人员更加高效地监控实验装置的实时运行状况 关键词 远程监控系统 实验装置 数据传输 中图分类号 T P 3 1 7 文献标识码 B 文章编 号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 3 0 3 0 3 1 6 0 3 Applica t io n o f I nd us t r ia l Re mo t e M o n it o r in g S ys t e m in Sm a ll Ex pe r ime nt De v ice s DA I J i n lin g L I A O C h a n g j ia n L I J in g w e i F u s h u n Re s e a r ch I n s t i t u t e o f P e t r o le u m a n d Pe t r o ch e mi ca ls Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 Ch i n a Ab s t r a ct Ba s e d o n d is cu s s in g ch a r a ct e r is t ics a n d in f o r ma t io n t r a n s mis s io n wa y o f r e m o t e mo n it o r in g s y s t e m a n d t a k in g t h e s t a b ilit y o f r e mo t e m o n it o r in g s y s t e m in t o co n s id e r a t io n a p p lica t io n o f in d u s t r ia l r e mo t e mo n it o r in g s y s t e m in a s ma ll s ca le e x p e r ime n t a l d e v ice wa s s t u d ie d W h e n t h e s y s t e m wa s u s e d in s ma ll s ca le e x p e r ime n t a l d e v ice it ca n h e lp r e s e a r ch e r s t o mo n it o r r u n n in g s t a t u s o f e x p e r im e n t a l d e v ice co n t in u o u s ly Ke y wo r d s Re mo t e mo n it o r in g s y s t e m E x p e r ime n t a l d e v ice Da t a t r a n s mis s io n 随着通讯手段和网络技术 的 日趋完善 信息以 空前的速度和超乎想象的易用性传播到世界的每个 角落 如何借信息时代的优势 将现代 T业生产 中 的各种数据实时地 准确地显示在每个有需要的终 端上 这将具有广阔的应用前景 在各企业的工业生产装置现场 进行实验的小 型装置类型各异 各装置可能需要间断或连续操作 充分利用工业级远程监控系统对小型实验装置进行 监控 可实时获取所需实验装置的工艺参数等 因 此 本文主要对工业级远程监控系统在实验装置上 的应用进行探讨 1 远程监控系统概述 远程监控系统使得操作人员可 以在任何地 点 监视和操作实验装置 并达到与现场操作相同或相 近的效果 该系统监控操作地点可以是操作室 中 控室 实验室 直至通讯所能达到的任何地点 目 前 小型实验装置在工业装置现场间断或连 续运行的过程 中 装置不采用远程监控系统 若操 作人员之间沟通不及时 可能引起装置被误操作 信息采集滞后甚至失误等问题 远程监控系统可以 很好的解决传统信息采集方式的局 限性 1 采用远程监控系统可实时监测和采集装置 信息数据 数据更新速度可人为设定信息采集频率 2 远程监控系统可实现无人值守 而且可以 设为热冗余备份 实现 7 x 2 4 h时不问断运行 3 远程监控系统在实现装置运行数据 的采集 过程 中 采集数据的错误几率可 以忽略 从而避免 了人T采集数据的失误 2 远程监控系统的数据传输方式 2 1 有线数据传输方式 远程监控系统 的数据传输方式分有线 和无线 传输两种方式 有线数据传输方式按照数据传输的 路径可分为三个阶段 采用电缆或光缆等传输介质将装置控制系统 中的数据传输至厂内中控系统的过程称为有线数据 传输的第一阶段 其 目前的绝大多数工厂均采用这 种方式通讯 如果是新增 的小型实验装置 则需在 实验装置的控制系统中配备与中控系统相匹配的通 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 2 6 作者简介 戴金玲 1 9 8 1 一 女 辽宁辽阳人 工程师 从事仪表及 自控工程设计工作 电话 0 2 4 5 6 3 8 9 2 2 5 E m a il d a i j in lin g f s h y s in o p e c co rn 第4 2 卷第 3期 戴金玲 等 工业级远程监控系统在小型实验装置中的应用 3 1 7 讯模块 并在中控系统中组态以识别新增装置并对 其进行数据的读写工作 信息数据由厂内中控系统传输至实验单位的 过程称为有线数据传输的第二阶段 目前无论何种 规模的实验单位 基本具备连接互联网的能力 只 要通讯双方均遵守相 同的网络协议 并在可控的前 提下对对方开放一定权限 就可以在双方允许的情 况下互访互通 此种通讯实施 比较难 需要两边均 为对方开放端 口 速度受限 网络的安全性也得不 到保证 而且 多数实验单位拥有 自己的内部网络 当双方均处于 自己内网时 通讯变得十分困难 即 使开通 V P N 虚拟专用网 连接 通讯的效果也只 能是差强人意 也可利用现有电话线进行传输 优 点是可以绕过局域网 缺点是增加电话费用 信号 不稳 数据量受限 有可能触犯保密条例等等 信息数据 由实验单位传输 至办公 电脑或笔记 本的过程称为有线数据传输的第三阶段 利用实验 单位已有的互联网或内部网络通讯即可 同样 内 部网络内外需要互相连接时 亦可利用 V P N连接 2 2 无线数据传输方式 无线数据传输方式的过程见图 1 匾 图 1 无线数据通讯示意图 F ig 1 D ia g r a mma t ic s k e t ch o f wi r e le s s d a t a 现场仪表的信 息数据经过数据采集站输送至装置 控制系统的过程称为无线数据传输的第一阶段 在此 过程中 由于数据采集站通常可放置于装置现场 其 位置距离现场仪表相对较近 所以现场仪表 执行机 构等于数据采集站之间可通过传统的有线方式通信 同理 控制系统与数据采集站的距离相对较远 而且由于现场的复杂性 布置通讯电缆往往有很多不 便 此时可选用无线通讯方式进行数据传输 需要在 数据采集站 控制系统两端分别增加无线收发设 备 例如无线调制解调器 无线网卡 路由器等软硬 件设施 将数据信号集中传输至装置控制系统 信息数据由装置控制系统传输至工作电脑或笔 记本的过程称为第二阶段 在此过程中 需要在控制 系统 工作电脑两端分别增加无线收发设备 利用 通讯提供商联通 移动 电信等现有的G P R S 信号网 络 实现数据传输 相当于通过 WA P U N I C O M等 移动设备网络来访问装置控制系统的上位机 如果实验单位拥有 自己的内部网络 工作电脑 要想访问装置上位机 必须采用 V P N方式 而且对 双方电脑均需进行访问设置 如果普通笔记本想通 过互联网访问装置上位机 只需要进行软硬件安装 和设置即可 2 3 有线与无线数据传输方式比较 有线数据传输方式技术 比较成熟 应用较广 泛 无线数据传输方式技术含量高 有线数据传输 方式除硬件费用和软件组态费用外 几乎无需其他 运行费用支出 其 中的硬件 软件也可利用现有资 源 在使用的过程中 无线数据传输方式需要交纳 G P R S数据传输的费用H 两种数据传输方式的技术 特点详见表 1 表 1 有线及无线数据通讯的特点对比 Tab le 1 Co mpa r is on o f wir e and wir e le s s d at a 有线数据通讯无线数据通讯 技 啊 保 蔫 豢 应 用 范 围最 生 产 中 普 遍 论霉 要 颥 面积应用 包含电缆本身的成本 配套 的保护管 桥架等敷设材料 发送和接收端的一次陛硬 材料成本 的成本和信号中继器等中件投资较高 投资基本不受 间设备的成本 随传输距离 距离和场地影响 的增加而增加 挖电缆沟 架设桥架 连接 敷设成本保护管 敷设电缆 接线等 接线 调试等人工成本 人工成本 受环境影响较小 与一次仪 易受环境中雷电 通讯或其 表和控制系统的兼容陛较他原因的干扰 对控制系统 告 好 单个信号故障不影响其 有兼容性要求 一旦无线数 非 他信号 每根线的每个接点 据采集转发设备故障 其下 部位都是故障隐患 信号中 属的设备均无法收发数据 断时查线困难 排查故障较方便 3远程监控系统在实验装置中的应用 远程监控系统具有一个特点 那就是 针对不 同的使用 目的所配置的远程监控系统 它们所需的 硬件大体相同 但根据所选择的软件和使用人的需 要的不同 远程监控系统具有不同的作用 这种差 别直接影响到系统的投资 产生的效果和对工业装 置所产生的影响 例如 一套无需远程控制远程系 统 仅需具备监视功能的远程监视系统 一套能够 同时实现监视和控制等全部功能的远程监控系统 则都需要配置包括无线数据调制解调设备 用于监 视和系统操作的上位机 输入输出设备等硬件设施 簋 一 0 曩 耋 一 嚣 3 1 8 当 代 化 工 2 0 1 3年 3月 但它们所需的软件有着较大的差异 前者不需要将 控制信号输出至现场仪表 因此在软件选择时可以 省略掉 与之相关 的模拟量 数字量 脉 冲量 输 出功 能 后者因为功能较为齐全 所选择的软件功能也 必然强大 随之而来的必然是实施过程中更繁琐的 软件编程和更复杂的实际操作 同样 一套只需作 为 旁观者 而存在的远程监视系统 担负的仅仅 是单向接收实验装置的数据 显示数据并储存数据 的功能 对实验装置所处的工业生产装置的正常运 行所产生的影响可谓微乎其微 相反 可以直接对 实验装置进行操作的远程监控系统 如果编程和调 试过程稍有疏漏 或在应用 中产生一些误操作 有 可能对工业装置的正常运行造成隐患 为了充分利用远程监控系统 并尽量避免实验 装置对工业生产装置产生影响 兼顾监控系统使用 中的稳定性和易用性 工业级远程监控系统在小型 实验装置上进行应用可以通过以下方法来实现 1 工业级远程监控系统在小型实验装置数据 的监控过程中 设定远程监控系统 自 动将部分或所 有工艺数据间断的上传至指定 的电脑中 在电脑中 通过建立实 时或历史数据 图表 的形式展示给操作 员 这种方法基于数据的单 向传输实现 无需操作 员进行额外操作 也不需要对现场装置进行操作 这样可以避免对工业装置产生影响 2 远程操作人员可以采用远程桌面的方式访 问现场装置上位机 在个人 电脑 中可直接调用上位 机中的数据信息 甚至可以对装置进行实时监控和 操作 在此过程 中 现场装置的上位机将 自动锁定 此时上位机不允许被现场操作 该方法利用了现有 电脑操作系统 内置的远程桌面访 问程序 电脑无需 额外添置其他程序 该过程有利于维持电脑操作系 统 的稳定性 3 i 生装置监控的电脑中装入远程监控系统 自 带的监控软件后 可对装置进行数据收集和远程监 控操作 远程监控软件与电脑操作系统 自带的远程 桌面软件相 比 能够更加贴近操作人员的操作习惯 并可实现诸如一机多用户 数据压缩传输等更多实 用功能 但需要注意远程监控软件与电脑操作系统 之间的兼容性 4 工业级无线数据通讯的应用现状 目前市场上存在很多生产 销售和配置工业级 无线数据通讯的公司 这些公司多以成套供货的方 式为用户提供从售前咨询 系统配置到售后技术支 持的服务 以下是某公司无线数据通讯 的部分工业 应用解决方案 4 1 石油 天然气行业 1 S h e ll石油公司 为了使 R T U信号能够在远距离的移动平台上 进 行通讯 S h e ll 石油公 司大量使 用 了某 公 司的 L L M I O 0 0 B e ll 2 0 2 T调制解调器和 MD L 5 0 0移频键 控 F S K 调制解调器 S h e ll 石油公司还使 用了 D D A A I O 0 0模拟信号多路复用器 用于经现有的电 话线传输 4 2 0m A信号 2 C o n o co 该系统使用 F D M 7 0 0 0光纤 调制解调器和 D D A A 1 0 0 0模拟信号多路复用器在高电磁干扰环境 中传输 4 2 0 m A信号 传输距离超过 5 8 8 m 4 2 水处 理行 业 水及污水处理系统要求全天候 2 4 h工作 常见 应用有 水池各项指标监控 泵控制等 1 C a m r o s a给水管理区 该区以前使用模拟电话线路进行水池 泵站 排 污站及计量站的数据传输 通过用基于 P L C的人机界 面和某公司 S R M6 1 0 0无线调制解调器替换旧系统 C a m r o s a 每年节省 2 4 0 0 0电话费支出 并减少了系统 因故