SCADA系统维护培训.ppt

1、SCADA系统维护,主讲 人：王荣元,单 位：延长油管道运输第一分公司,内容提要,SCADA系统简介 SCADA系统结构 SCADA系统功能 SCADA系统稳定性影响因素 SCADA系统通讯中断应急措施 SCADA系统网络性能测试 SCADA系统常见问题处理方法,一,二,三,四,五,六,七,SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）数据采集系统，是集测量技术、计算机技术、通讯技术于一体的综合性集成控制系统,可实现输油管网的实时中央监控和管理调度。目前在国内外的输油系统中该系统占主导地位。,1.1 SCADA系统定义,1.SCADA系统简介,管网

2、 SCADA系统融合了先进的PLC技术、RTU技术、现场总线技术、网络通信技术、数据库技术、SCADA/HMI技术、客户/服务器技术等，能实现对输油系统的进油、计量、输配、调压全过程的监控、管理和调度，能实现生产信息、管网状况的自动化收集、分类、传送、整理、输配的优化调度、故障分析、辅助决策提供科学的手段，它的应用将使原油、成品油生产、输配管理更加安全、准确、高效。,1.2 SCADA系统概况,1.SCADA系统简介,1.3 SCADA发展历程,（1）形成阶段：SCADA系统的概念形成于60年代。 （2）成型阶段：SCADA系统成型于70年代。 （3）功能阶段：80年代，微机+PLC（PC）,

3、功能强大。 （4）网络阶段：90年代，网络拓宽了应用范围，管理自动化，更方便。,1.SCADA系统简介,1.4 SCADA发展展望,SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没停止过。当今随着电力系统、铁道气化系统、供水系统、供气系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点： （1）SCADA/EMS系统于其它系统的广泛集成； （2）专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究的应用； （3）面向对象技术、Internet技术及JAVA技术的应用；,1.SCADA系统简介,2.SCADA系统结构,2.1 总公司级结构图,2.SCADA系统结构,2

4、.2 站控级系统结构,上位机：侧重监控功能 下位机：直接控制功能 通信网络：实现上、下位机数据交换 从其结构可以看出，SCADA系统具有控制分散、管理集中的“集散控制系统”的特征。,2.3.1 上位机功能,2.SCADA系统结构,数据采集和状态显示,趋势分析,报警和报警处理,生成报表,显示仪表参数,功能,2.3 上位机,2.SCADA系统结构,在SCADA系统发展初期，上位机系统普遍采用工控机。因为工控机在商用计算机上进行了改装与加固，以适应工业应用的要求，主要体现在：硬件结构、系统可靠性、抗干扰能力和环境适应性等。,初期,后期,近年来，随着商业机可靠性的不断增强，以及商用机与工控机之间较大的

5、价格差距，SCADA系统选用商用机做上位机已经十分普遍。对于可靠性要求高的场合，可以通过热备等方式来实现。,2.3.2 上位机选用,2.3 上位机,运行于UNIX/LINUX平台的SCADA系统软件，该类软件目前在石油行业。应用的主要有美国TRANSDYNC DYNAC软件、加拿大TELVENT平台软件； 运行于WINDOWS平台的SCADA软件，该类软件目前主要有SIEMENS WINCC、GE 、IFIX、 Citect,2.SCADA系统结构,2.3.3 上位机软件,2.3 上位机,2.SCADA系统结构,功能,2.4.1 下位机功能,2.4 下位机,2.SCADA系统结构,（1）远程终

6、端单元RTU RTU（Remote Terminal Unit，RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用等方面的优点也得到用户的肯定。,2.4.1 下位机类型,2.4 下位机,2.SCADA系统结构,功能,特点,配置执行,2.SCADA系统结构,（2）PLC（可编程逻辑控制器）,典型的小型PLC产品有三菱的FX2N系统PLC、西门子的S7200系统、OMRON的CPM1A等。,一些中、大型的SCADA系统的下位机会选用中型的PLC产品，如三菱的Q系列、西门子的S7-300、A-B公司的C

7、ontrolLogix和施耐德的Quantum系列等,PLC系统通常由以下几个部分组成,背板,电源模板,CPU模板,I/O模板,通讯模板,为所有模板提供安装基础,为所有模板提供供电,对所有数据进行处理,采集数据及输出控制指令,满足多种多样的通讯需求,附属设备,分支器、分离器、接线端子 同轴电缆、网线、继电器等,2.SCADA系统结构,2.SCADA系统结构,（3）智能仪表,在一些侧重数据采集、信息集中管理与远程监管的应用中，远程控制功能要求较低。在这类SCADA系统中，大量使用各种现场仪表做下位机，如智能流量计量表、冷量热量表、智能巡检仪等。,2.SCADA系统结构,通信网络实现SCADA系统

8、的数据通信，是SCADA系统的重要组成部分。与一般的过程监控相比，通信网络在SCADA系统中扮演的作用更为重要，这主要因为SCADA系统监控的过程大多具有地理分散的特点，如无线通信机站系统的监控。,2.5.1 概念,2.5 通信网络,2.SCADA系统结构,（1）上位机系统间网络： 主要是连接上位机、服务器、通信设备、打印设备的局域网络。上位机还可以设置WEB服务器，提供远程监控网络。 （2）下位机系统间网络： 包括连接I/O设备与控制器的现场总线，各种设备级总线等。 （3）连接上、下位机的通信网络 这部分网络最复杂，形式最多样，是SCADA系统的重要特点。,2.5.2 通信网络类型,2.5

9、通信网络,SCADA系统中控制中心数据服务器和站控PLC/RTU之间一般通过微波、光纤或公网专线进行远程通讯， 通讯协议常采用IEC870-5 或DNP3.0标准通讯协议； 控制中心的数据服务器与所有本地工作站之间、站控的PLC/RTU与本地操作员工作站之间都是在各自局域网上采用TCP/IP、OPC或Modbus协议进行数据通讯。,2.SCADA系统结构,2.5.3 通信网络介质,2.5 通信网络,交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路”，在一分公司主要配置的交换机是思科和迈普的交换机，其中靖榆线使用的是迈普带光口的交换机，光纤信号

10、直接通过尾纤接到了交换机上。定靖线使用的思科交换机和西门子交换机，光纤通过光纤收发器连接到定靖线，樊东线各个场站，阀室的核心交换机上。小天线建设时间比较早，主要使用科龙交换机，光纤通过光纤收发器连接到科龙交换机上，实现场站数据上传。,2.SCADA系统结构,2.5.4 通信网络硬件,2.5 通信网络,路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络，如，一处的定靖线原线网段是192.168.1.X，定靖复线是172.16.9.X，靖榆线172.16.5.X，这些网段在和总调连接时候，就需要路由器

11、翻译成总调网段。图例为华为的路由器,2.SCADA系统结构,2.5.4 通信网络硬件,2.5 通信网络,接头,跳线 熔接盒,2.SCADA系统结构,2.5.4 通信网络硬件,2.5 通信网络,多模光纤 最大传输距离2km。 单模光纤 常用传输距离为20KM内，远的可达到120KM。,2.SCADA系统结构,2.5.4 通信网络硬件,2.5 通信网络,光纤收发器，是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器（Fiber Converter）。一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中,单模光纤收发器：传

12、输距离20公里至120公里 多模光纤收发器：传输距离2公里到5公里,2.SCADA系统结构,2.5.4 通信网络硬件,2.5 通信网络,华为OptiX 155/622H,光端机将多个E1（一种中继线路的数据传输标准，通常速率为2.048Mbps，此标准为中国和欧洲采用E1是物理连接技术，是数字网络，可以同轴也可以光纤）信号变成光信号并传输的设备（它的作用主要就是实现电光和光电转换）,2.SCADA系统结构,2.5.4 通信网络硬件,2.5 通信网络,2.SCADA系统结构,2.5.4 通信网络硬件,2.5 通信网络,光端机常见故障,3.1 主要控制功能,3.SCADA系统功能,3.2 显示及其

13、他功能,3.SCADA系统功能,工 艺 流 程 图 动 态 显 示 全 线 数 据 采 集 和 集 中显 示。 报 警 显 示、记录、自 动 打 印 功 能。 报 表 自 动 生 成 和 打 印 功 能。 数 据 实 时 和 历 史 趋 势 显 示 功 能。 事 件 记 录 和 查 询 功 能。 建 立 运 行 参 数 实 时 和 历 史 数 据 库。 监 控 和 操 作 权 限 管 理功 能。 系 统 在 线 维 护。,（1）场站检测仪表和执行机构等设备因质量问题存在误差或不可靠； （2）站控系统硬件设备故障； （3）站控系统控制软件开发不完善或不合理； （4）调度中心硬件故障； （5）调度

14、中心SCADA软件平台不稳定； （6）调度中心软件开发不完善或不合理； （7）调度中心和站控系统通信网络不稳定； （8）调度中心网络遭病毒或黑客攻击； （9）设备安装和施工不规范也是造成系统不稳定潜在的威胁； （10）系统维护管理不规范。,4. SCADA系统稳定性影响因素,案例： 1）小河站数据离线，CITECT显示#BAD,下图为AB 1756-L62正常工作的指示灯状态，当其中的IO灯变红时候，就会出现上述故障，把CPU状态用调整钥匙调整到PROG后10秒再调整到RUN即可。注：小天线和定靖原线都使用的该硬件。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.1 观看硬件状态指示灯,2）樊东站阀

15、室离线，CITECT显示#BAD,下图为施耐德BXMP342020H正常工作的指示灯状态，当其中的IO灯变红时候，就会出现上述故障，把CPU重启即可。注：靖榆线，定靖复线相关阀室也都使用的该硬件。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.1 观看硬件状态指示灯,3）樊学站数据离线，CITECT显示#BAD,下图为施耐德140 CPU 671 60正常工作的指示灯状态，当其中的IO灯变红时候，就会出现上述故障，把CPU状态用按键调整到RUN即可。注：靖榆线，定靖复线相关站控也都使用的该硬件。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.1 观看硬件状态指示灯,案例： 1）靖榆线首站，末站SCADA数

16、据不能互相监测，从靖边成品首首站上位机PING末站IP，当显示图例的请求超时时候，就表示网路已经故障，检测靖榆线阀室状态，确认除却6号阀室后的所有阀室是否给电正常。定靖线，小天线，相关站控和阀室在出现数据中断时候，都可以通过这种方式确定通讯链路是否正常。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.2 测试网络运行状态,2）榆林成品油末站，上位检测软件数据出现#COM。当上位检测软件出现该故障时候，先从上位机直接PING该站CPU的IP地址（在台账中已经注明），当出现下面图例的请求超时时候，先检测上位机端口是否正常（工程选择是否正确），再检测网络连接是否正常。注：各个场站出现该故障时候，都可以通过

17、这种方法检测本站网络是否正常。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.2 测试网络运行状态,案例： 1）小河站输油泵连锁故障。熟悉场站设备连锁条件后，检测各个条件是否正常，重点检测相关变送器，当上位和现场显示不同时候，要通过检测反馈电流来排除故障。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.3运用专业知识，经验排查。,2）东仁沟站连锁故障。熟悉场站设备连锁条件后，检测各个条件是否正常，重点检测相关变送器，当上位和现场显示不同时候，要通过检测反馈电流来排除故障，如图：显示的是泵体振动上位检测显示，平缓的是40HZ时候的曲线，波动大的是42HZ时候，这种情况就是现场的仪表存在故障。注：各个场站的电

18、仪人员应该能够凭借平时的故障现象积累，能够先决判断故障原因。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.3运用专业知识，经验排查。,3）榆林末站罐区阀门远控故障:榆林末站罐区原线管线的电动阀门不能在SCADA上位远控，这种故障先从现场排查一直到系统，检测现场阀门是否存在机械故障，依次检测通讯，直到上位的画面组态，在组态，系统硬件，网路都正常的情况下直接就可判断是阀门所配置的PLC和主CPU之间的通讯故障。,5.SCADA系统通讯中断应急措施,5.3运用专业知识，经验排查。,目的：评测网卡的传输速度和网卡传输的稳定性。 方法：测试时：两台计算机，一台计算机向另一台拷贝文件：(一个压缩文件和一些非压

19、缩文件)，100Mbps网，最大12.5MB/秒下载速率,6. SCADA系统网络性能测试,6.1 使用网络性能测试工具Du Meter测试传输速率,目的：考察网络设备的性能。 方法：测试时需要使用两台计算机，这两台计算机均安装 Qcheck软件，然后分别运行Qcheck程序。在测试中，从一台计算机向另一台计算机发送文件，然后测试响应时间和吞吐率。响应时间越小，说明设备处理数据包的速度越快。,6. SCADA系统网络性能测试,6.2 使用Qcheck网络性能测试工具测试响应时间和吞吐率,目的：延迟也是考察网络设备的的重要性能指标之一。延迟越小，说明设备处理数据包的速度越快。丢包率是指网络设备在

20、稳定的负载下由于缺少资源应该转发而没有转发的包占全部包的百分比，该项指标用来考察设备在过载情况下承受能力。 方法：运行图形化Ping测试工具,6. SCADA系统网络性能测试,6.3 使用图形化Ping测试工具测试延迟时间及丢包率,（1）开始-运行，输入cmd，回车,（2）回车后进入下面的环境,7. SCADA系统常见问题及处理方法,7.1 Ping网络的方法,（3）输入ping，回车，出现下面的画面,7. SCADA系统常见问题及处理方法,7.1 Ping网络的方法,（4）选用ping IP地址(例如ping 128.0.0.10)，结果如下图。结果说明32个字节数据的收发正常，没有丢包。,7. SCADA系统常见问题及处理方法,7.1 Ping网络的方法,（5）选用ping IP地址 l 10000(例如ping 128.0.0.10 l 10000)，结果如下图。结果说明10000个字节数据的收发正常，没有丢包 （6）可以使用上述5的方法进行多次ping网络操作，只要出现过丢包的记录，就证明网络性能存在隐患，应该检查网卡、网线、交换机(或者光纤收发器、光纤跳线等)以及各设备间的接线是否有问题。,7. SCADA系统常见问题及处理方法,7.1 Ping网络的方法,现场运行期间，有时会发生某个站的主控不能登录，不能ping通，有以下几种情况： （1）网络连接故障：检查网线连