西南聯(lián)合站SCADA系統(tǒng)改造

門 虎 丁慎花 許賀信

（新疆油田分公司石西油田作業(yè)區(qū) 新疆克拉瑪依）

1.系統(tǒng)概述

石南聯(lián)合處理站是一座集原油處理、注水、污水處理、天然氣處理于一體的綜合處理站，采用北京安控公司的小型SCADA系統(tǒng)，系統(tǒng)采用intellution公司的ifix 2.1（英文版）開發(fā)的分布式集散控制系統(tǒng)，操作系統(tǒng)為WINDOWS NT4.0/SP4，在生產(chǎn)工藝現(xiàn)場分別設(shè)有天然氣處理、原油處理、導(dǎo)熱油爐、注水系統(tǒng)、轉(zhuǎn)水泵房、硫化氫檢測、采出水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、泄油閥及混輸泵站10個遠程控制終端（RTU）。天然氣處理、原油、導(dǎo)熱爐及采出水監(jiān)控部分由Micro16控制器以及外圍擴展模塊構(gòu)成，實現(xiàn)對天然氣處理、原油及采出水的監(jiān)控。下位機與上位機之間的通信通過5905Modbus-TCP/IP轉(zhuǎn)換模塊接入以太網(wǎng)，圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.系統(tǒng)存在問題

遠程控制終端（RTU）數(shù)據(jù)通信方式為：原油處理、天然氣處理、導(dǎo)熱油爐、轉(zhuǎn)水泵房、注水系統(tǒng)RTU與監(jiān)控站之間為TCP/IP通信，其通信效率較高。每個RTU各用1條通信網(wǎng)絡(luò)線，其中轉(zhuǎn)水泵房、注水系統(tǒng)RTU公用1條通信網(wǎng)絡(luò)線，與16口數(shù)據(jù)交換機相連；由于采出水，污水，硫化氫3套RTU均安裝在同一間房子的現(xiàn)場機柜室內(nèi)，距離儀控室350m左右，考慮到采用TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸方式通信距離不能滿足要求，因此，采用RS-485總線通信方式，通過1條數(shù)據(jù)通信線傳輸3套RTU數(shù)據(jù)，在儀控室通過5905（Ethernet gateway）模塊把RS-485通信轉(zhuǎn)換到TCP/IP通信后接入16口數(shù)據(jù)交換機。在使用過程中采出水、污水處理、硫化氫RTU與操作站之間通信效率較低，在上位機通信速率設(shè)置為9600bit/s，數(shù)據(jù)刷新間隔約2min，無法滿足實時監(jiān)控的需求。因此，需找出通信效率差的原因。

3.通信實驗

（1）RS-485總線通信實驗。RS-485支持半雙工或全雙工模式。網(wǎng)絡(luò)拓撲一般采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)，最好采用一條總線將各個節(jié)點串接起來。從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。

圖1 石南聯(lián)合站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

RS-485總線規(guī)定了最大總線負載為32個單位負載（UL），可通過增大收發(fā)器輸入電阻來擴展總線節(jié)點數(shù)，最大傳輸距離為1200m。本系統(tǒng)的RS-485總線負載只有3個，采出水、污水處理、硫化氫RTU與操作站之間距離350m左右，在傳輸距離之內(nèi)。但經(jīng)過實地勘察和分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場與監(jiān)控站之間RS-485總線存在網(wǎng)絡(luò)布局不合理的問題。

現(xiàn)場RTU在總線上的引出線與總線采用了不同電纜，采出水處理、污水處理、硫化氫RTU集中在一段總線上緊靠在一起安裝，而且有過長的分支線引出總線，會出現(xiàn)阻抗不連續(xù)點（圖2），所以應(yīng)該提供一條單一連續(xù)的信號通道作為總線。根據(jù)這一原則對網(wǎng)絡(luò)進行了大的整改，采用標準RS-485線屏蔽雙絞線作為總線將各個節(jié)點串接起來，同時進行接地處理，如圖3所示。

圖2 實驗前的RS-485總線接線圖

改造后采出水處理系統(tǒng)RTU與上位機的通信效率有所提高，但是沒有達到預(yù)期效果。由上述實驗可知：RS-485總線存在的問題不是影響采出水處理系統(tǒng)RTU與上位機通信的主要原因。

（2）5905模塊負載能力實驗。轉(zhuǎn)水泵房、注水系統(tǒng)2個RTU公用1塊5905模塊，與上位機通信效率很好，而采出水處理、硫化氫、污水處理3個RTU公用1塊5905模塊，實驗主要針對5905模塊的負載能力。把聯(lián)合站SCADA系統(tǒng)的SHINAN-B、SHINAN-P兩臺服務(wù)器各自獨立地與下位5905模塊采用TCP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信，再把SHINAN-B、SHINAN-P兩臺服務(wù)器與采出水、污水、硫化氫RTU的通信設(shè)置相同重做上次的實驗，通信效率雖有所下降，但還是比較好。

通過以上實驗得到以下的結(jié)論：SHINAN-B、SHINAN-P兩臺服務(wù)器與下位5905模塊通信采用TCP標準，對采出水、污水、硫化氫RTU與上位機通信效率有一定的影響，但不是通信效率變差的主要原因。

圖3 對RS-485總線進行實驗后的接線圖

圖4 實驗后的采出水處理系統(tǒng)RTU接線圖

污水、采出水、硫化氫RTU之中任意一個或2個RTU與上位機的通信效率好，只要3個RTU一起與上位機通信效率就變差，數(shù)據(jù)刷新時間達到2min。所以，5905模塊的負載能力應(yīng)該是少于3個RTU才能正常通信。影響采出水處理系統(tǒng)RTU的與上位機的通信的主要原因就是5905模塊的負載能力。

在儀控室增加一個5905模塊與硫化氫RTU進行通信，污水、采出水兩個RTU以RS-485總線方式與原有的5905模塊進行通信。

為了減少RTU在總線上的引出線長度，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低，采用RS-485總線串接的接線方式，并進行接地處理。

4.效果

經(jīng)過實驗，采出水、污水處理、硫化氫RTU與操作站之間通信效率低，是由于RS-485總線接線方法不正確以及5905模塊的負載能力差造成的。改造后采出水處理、污水處理RTU數(shù)據(jù)刷新時間4～6s。硫化氫RTU數(shù)據(jù)刷新時間2s，而且誤碼率也大大的降低，從根本上解決了通信效率差的問題。

1 曹志錦，王永梁.基于RS485的多級串行通信實驗系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[J]