多网络融合和多方式数据采集探究

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摘要:为加强场站安全生产和工艺数据监控，以场站现有站控系统为基础建设调控中心控制系统。在确保信息安全的前提下，采用运营商VPN、无线DTU和宽带网络等方式搭建调控中心控制系统网络;在确保站控系统正常工作的前提下，根据现场控制器类型、控制网络结构、组态软件配置等确定适应现场实际的通讯方式，实现系统数据的采集。结合某公司调控中心控制系统建设实际，对多网络的选择、规划、融合和信息安全进行介绍，并对系统采用的多通讯方式的硬件配置、选择、测试和集成进行说明，为前期无统一网络规划和现场控制无通信预留的调控中心控制系统建设提供参考。

关键词:多网络融合;多通讯集成;控制系统建设;无网络规划

0引言

由于前期场站站控系统建设和公司信息化系统规划建设过程中未考虑调控中心控制系统建设所必需的网络和数据通讯采集［1］，本文结合某公司调控中心建设的实际，介绍通过采用运营商VPN、无线DTU和宽带网络多网融合方式搭建安全、稳定、可靠的调控中心控制系统的控制网络，并在网络设计和规划中采用服务器双网卡隔离、工业协议隔离和防火墙隔离等措施确保控制系统网络安全;同时介绍调控中心控制系统数据采集过程中根据现场控制器型号、现场通讯端口类型、上位机组态软件配置、现场控制网络拓扑结构等情况选择合适的现场数据传输方式。以某公司调控中心控制系统的实际运行情况对所采用的多网络融合和多通讯集成的系统建设提出优化建议和措施。

1控制系统网络的多网络融合

控制系统网络是实现场站工艺数据传输和调控中心数据集成的重要组成部分，其网络的稳定性和安全性是确保调控中心控制系统安全稳定运行的根本保障［2］。

1．1网络系统建设

结合某公司调控中心控制系统网络未在各场站进行统一规划和设计的现状，在充分调研某公司所属场站的网络建设实际情况、场站类型、场站周边网络运行商线路建设等情况后，确定各类型站点采用的网络传输方式。具体介绍如下:现场控制系统和网络系统建设比较完善的分输站采用依托运营商VPN业务实现现场数据采集和传输，现场不具备有线网络条件的无人值守站和计量监管站采用无线网络实现现场数据采集和传输［3］，对于不在调控中心所属省份的场站采用互联网进行数据传输。调控中心控制系统网络拓扑结构如图1所示。控制系统网络主要包括3种类型:依托运营商VPN的输气场站、采用无线DTU传输的无人值守站和计量监管站以及采用互联网传输的省外分输站［4］。依托运营商VPN的输气场站将数据传输至调控中心VPN交换机，依托无线网络和互联网的站点则通过运行商数据交换后接入调控中心防火墙，然后接入互联网交换机，控制系统采用双网卡设置分别接入VPN交换机和互联网交换机，实现各类型场站的数据采集和控制系统内、外网的访问。

1．2网络安全策略

针对上述控制系统网络所采取的数据采集和传输方式，网络安全防护主要采用以下方式:现场控制系统网络与调控中心控制系统网络用工业协议设备隔离、防火墙策略、服务器双网卡隔离、系统功能优化、交换设备端口管理等。对系统功能优化、交换设备端口管理和防火墙策略进行重点说明。针对控制系统网络依托运营商VPN、无线和互联网组建的实际，为确保场站的正常生产和运行，同时结合公司实际将控制系统远程控制功能关闭，避免对现场设备产生误操作;同时，针对交换设备分布分散的现状，现场交换设备预留端口均封闭且开放端口与连接设备的物理地址进行关联，从而确保预留端口不能使用且使用端口只允许关联物理地址的设备进行数据交换;控制系统所有防火墙采用“除了明确允许的访问，其他访问全部拒绝”，现场防火墙只允许调控中心控制系统服务器访问，调控中心防火墙只允许现场数据传输设备访问，从而确保系统不受其他网络设备的影响［5］。

2系统多方式的数据采集

2．1现场控制器预留通讯端口

针对场站控制系统控制器预留通讯端口的情况，通过利用场站控制器预留端口实现场站工艺数据采集和传输。如果场站控制器预留口为支持RS485通信协议的接口［6］，则利用串口服务器将采集到的数据转换为TCP/IP数据格式，然后接入现场数据采集交换机后利用控制系统网络传输到调控中心;如果场站控制器预留端口为RJ45，为确保现场控制器的正常工作，则利用串口服务器将数据转换为RS485数据，然后再利用串口服务器将RS485数据转换为TCP/IP数据，最后接入现场数据采集交换机［7］。数据采集和传输流程图如图2所示。

2．2现场控制器无多余通讯端口

由于前期场站控制系统建设未考虑调控中心建设需求，致使部门场站控制器无预留数据采集端口，为调控中心控制系统现场工艺数据采集造成困难。针对这类情况，在避免现场站控系统大改造和确保现有站控系统安全稳定运行的前提下，数据采集过程中采用RS485数据监听和解析、TCP/IP数据监听和解析、上位机软件OPC转发3种方式。2．2．1RS485数据监听和解析针对现场通过RS485进行站控系统内部通讯的场站，利用串口服务器对现场站控系统内部的RS485数据包进行监听后转换为TCP/IP数据包转发到调控中心，然后在调控中心控制系统后台利用现场站控系统数据通讯点表进行解析，数据解析后得到现场工艺数据［8］。2．2．2TCP/IP数据监听和解析针对现场通过TCP/IP协议组建站控系统网络的场站，利用串口服务器接入现场站控系统内部进行数据包监听，然后转换为RS485数据，再利用串口服务器将RS485数据转换为TCP/IP数据包后发送到调控中心后台，根据现场控制器数据设置进行数据解析得到场站工艺数据。2．2．3上位机软件OPC转发针对上位机软件开放OPC模块的部分场站，采用OPC通讯的方式进行数据采集，利用OPC客户端将上位机OPC转发的数据发送到调控中心控制系统服务器;同时为保障现场上位机的信息安全和不改变现有站控系统的网络拓扑结构，通过上位机扩展网卡的方式为OPC转发数据单独设置通道［9］。

2．3无人值守站数据采集

无人值守站或者计量监管站采用无线DTU远传的方式实现现场工艺数据传输，现场DTU通过RS485数据采集涡轮流量计或者小型CPU的数据，然后利用无线网将数据传输至调控中心。

3结论

本文在某公司调控中心控制系统未进行统一规划的情况下，详细介绍了控制系统建设中的控制网络建设和数据采集问题的解决方案，实现了现阶段控制网络的功能性建设、各类型站点的工艺数据采集。在调控中心站控系统试运行阶段，采用监听方式进行数据采集的场站稳定性较差、数据延迟较大，偶尔会出现现场串口服务器无响应的问题;采用其他数据采集方式的场站能够稳定进行数据采集，且不影响现场场站控制系统的正常运行。采用多网融合方式建设的控制系统网络实现了控制系统数据的采集和交换，但是在信息安全和网络结构等方面仍然存在不足。鉴于上述情况，在控制系统数据采集方面不断优化和改进通讯监听数据采集方式，确保控制系统数据采集的稳定性和实时性;在控制系统网络建设方面将不断完善系统的防火墙配置、部署数据审计服务器，逐步将数据传输网络全部转换为VPN网络，无线DTU采用VPN数据卡确保无线数据的安全性和稳定性。

作者:邓佳丽 王继光 单位:山东实华天然气有限公司