scada系统改造方案.docx
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scada系统改造方案.docx
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scada系统改造方案
XXSCADA系统改造方案
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1.0.3
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XXXX-11-22
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修订人/日期
审核/日期
批准/日期
1
初次做成
XXX
XXXX-07-01
2
.0
内容增补
XXX
XXXX-10-15
3
内容增补
XXX
XXXX-10-16
4
内容增补
XXX
XXXX-11-17
5
内容增补
XXX
XXXX-11-22
6
7
8
9
10
1
设计背景
XX目前的SCADA系统(以下简称现系统)投入运行至今,由于设备老化不断带来一些问题,为了保证系统的稳定,有必要对现有的计算机网络和SCADA系统进行改造,构建新的SCADA系统(以下简称新系统)。
2需求分析
2.1现系统主要功能
●10Mb工业级计算机以太网
●C/S体系构架
●带有三层冗余的服务器
●SCADA软件与PLC的即时数据通讯
●耙臂位置监测
●吃水装载监测
●各种疏浚工况下的过程数据监视,如主机、配电、液压、闸阀、蝶阀、泥门、泥泵等
●疏浚设备的控制
●控制系统诊断
●疏浚自动控制
●操作日志记录及查询
●历史曲线记录及显示
●实时过程报警
2.2现系统存在的问题
●网络系统为带宽10Mb,数据交换能力较低
●服务器、工作站均为常规计算机,寿命有限
●硬盘故障频繁
●软件运行缓慢
●计算机的操作系统只有GHOST镜像
●SCADA软件没有提供安装程序
2.3新系统增加的功能
新系统在保留原系统体系结构的基础上,进行下列功能上的改进:
●网络系统升级为100Mb工业级以太网
●工业级服务器、工作站
●服务器热切换
●SCADA工作站与DTPS工作站可替换
●多语言切换
●128通道历史曲线记录及显示
●支持Excel格式历史数据导出
3硬件改造
3.1计算机网络
3.1.1改造前的网络系统
现系统的网络包括3个光纤环网:
●1#光纤环网包括9台网络交换机,连接3台服务器和6台SCADA工作站
●2#光纤环网包括9台网络交换机,连接3台服务器和8套PLC
●3#光纤环网包括4台网络交换机,连接2台DTPS工作站、1台DP/DT工作站和1台ECDIS工作站
1#、2#、3#光纤环网均相对独立,彼此之间没有直接的物理链路连接。
三台服务器均安装了2个网卡,分别连接到1#、2#光纤环网上,作为1#、2#光纤环网数据交换的网桥。
Server1、Server2通过计算机自身的串口转换输出422信号,直接连接到3#光纤环网中的DTPS工作站自身的的串口。
现系统中服务器是数据交换的核心,如下图:
3.1.2改造后的网络系统
网络系统改造的原则:
物理链路采用现有的光缆,对交换机进行升级,拓扑结构保持不变,仍为3个网络,网络结构为环网,环网由至少3台以上交换机连接光纤构成,任意一条光纤损坏或任意一个交换机故障,系统可在200ms的时间内完成自愈,不会影响系统的正常使用。
将原系统的DTPS工作站从3#光纤网络中分离,接入1#光纤环网。
3.2交换机
现系统所使用的交换机共24台,型号为HirschamannRH1-TP/FL,带宽为10Mb,带有3个RJ-45接口,2组光纤接口,DC24V双路供电,带有报警输出,如下图:
现系统交换机明细如下表:
编号
网络号
名称
描述
位置
1
1#
HUB1
连接SCADA1(Dredge1)
DCC挖泥台
2
1#
HUB2
连接SCADA2(Dredge2)
DCC挖泥台
3
1#
HUB3
连接SCADA3(Dredge3)
DCC挖泥台
4
1#
HUB4
连接SCADA5
PC房
5
1#
HUB5
连接Server3
PC房
6
1#
HUB6
连接Scada6(SBR)
ECR机舱集控室
7
1#
HUB7
连接Server1
驾驶室19’’机柜
8
1#
HUB8
连接Server2
PC房
9
1#
HUB9
连接SCADA4(NAV)
NAV航行台
10
2#
HUB10
连接Server1
驾驶室19’’机柜
11
2#
HUB11
连接Server2
PC房
12
2#
HUB12
连接Server3
PC房
13
2#
HUB13
连接PLC8_PROP_SB
ECR机舱集控室
14
2#
HUB14
连接PLC7_PROP_PS
ECR机舱集控室
15
2#
HUB15
连接PLC6_MSB_SB
ECR机舱集控室
16
2#
HUB16
连接PLC5_MSB_PS
ECR机舱集控室
17
2#
HUB17
连接PLC4_AFT
艉PLC柜
18
2#
HUB18
连接PLC3_FORE
艏PLC柜
19
2#
HUB24
连接PLC2_DPDT
NAV航行台
20
2#
HUB19
连接PLC1_BRIDGE
DCC挖泥台
21
3#
HUB20
连接ECDIS
NAV航行台
22
3#
HUB21
连接DTPS2
PC房
23
3#
HUB22
连接DP/DT
NAV航行台
24
3#
HUB23
连接DTPS1
NAV航行台
新系统中的交换机共24台,型号为SiemensX204-2,带宽为100Mb,带有4个RJ-45接口,2组光纤接口,管理型,带有独立IP,DC24V双路供电,带有报警输出,如下图:
新系统交换机明细如下表:
编号
网络号
名称
描述
位置
IP
1
1#
HUB1
连接SCADA1(Dredge1)
DCC挖泥台
1
2
1#
HUB2
连接SCADA2(Dredge2)
DCC挖泥台
1922
3
1#
HUB3
连接SCADA3(Dredge3)
DCC挖泥台
3
4
1#
HUB4
连接SCADA5
PC房
4
5
1#
HUB5
连接Server3
PC房
5
6
1#
HUB6
连接Scada6(SBR)
ECR机舱集控室
6
7
1#
HUB7
连接Server1
驾驶室19’’机柜
7
8
1#
HUB8
连接Server2
PC房
8
9
1#
HUB9
连接SCADA4(NAV)
NAV航行台
9
10
2#
HUB10
连接Server1
驾驶室19’’机柜
40
11
2#
HUB11
连接Server2
PC房
41
12
2#
HUB12
连接Server3
PC房
42
13
2#
HUB13
连接PLC8_PROP_SB
ECR机舱集控室
43
14
2#
HUB14
连接PLC7_PROP_PS
ECR机舱集控室
44
15
2#
HUB15
连接PLC6_MSB_SB
ECR机舱集控室
45
16
2#
HUB16
连接PLC5_MSB_PS
ECR机舱集控室
46
17
2#
HUB17
连接PLC4_AFT
艉PLC柜
47
18
2#
HUB18
连接PLC3_FORE
艏PLC柜
48
19
2#
HUB24
连接PLC2_DPDT
NAV航行台
49
20
2#
HUB19
连接PLC1_BRIDGE
DCC挖泥台
50
21
3#
HUB20
连接ECDIS
NAV航行台
51
22
3#
HUB21
连接DTPS2
PC房
52
23
3#
HUB22
连接DP/DT
NAV航行台
53
24
3#
HUB23
连接DTPS1
NAV航行台
54
3.3服务器
现系统所使用的服务器共3台,采用惠普HPVL400商务机,配置如下:
型号
HPVL400
CPU
PIII1GHz
内存
512MB
硬盘
20GB
安装
卧式(非机架式)
高度
4U
现系统服务器明细如下表:
编号
IP
名称
描述
位置
1
80.9.
80.9.
Server1
SCADA服务器1
驾驶室19’’机柜
2
80.9.
80.9.
Server2
SCADA服务器2
PC房
3
80.9.
80.9.
Server3
SCADA服务器3
PC房
新系统的服务器设计3台,采用惠普G5系列工业级服务器,配置如下
型号
HPDL380G5
CPU
至强51201.87GHz
内存
2GB
硬盘
76GBSAS
安装
机架式
高度
2U
新系统服务器明细如下表:
编号
IP
名称
描述
位置
1
80.9.
192.168.
Server1
SCADA服务器1
驾驶室19’’机柜
2
80.9.
192.168.
Server2
SCADA服务器2
PC房
3
80.9.
192.168.
Server3
SCADA服务器3
PC房
三台服务器互为冗余,Server1和Server2具备热切换功能,热切换无需人工干预,在Server1故障的情况下自动完成,Server1和Server2均故障时,可手动切换到Server3。
3.4SCADA工作站
现系统所使用的工作站共6台,采用惠普HPVL400商务机,配置如下:
型号
HPVL400
CPU
PIII1GHz
内存
512MB
硬盘
20GB
安装
卧式(非机架式)
高度
4U
现系统工作站明细如下表:
编号
IP
名称
描述
位置
1
80.9.
Dredge1
SCADA工作站
驾驶室19’’机柜
2
80.9.
Dredge2
SCADA工作站
PC房
3
80.9.
Dredge3
SCADA工作站
PC房
4
80.9.
NAV
NAV工作站
NAV航行台
5
80.9.
PCR
PCR工作站
PC房
6
80.9.
SBR
SBR工作站
ECR机舱集控室
新系统的服务器设计3台,采用惠普G5系列工业级服务器,配置如下
型号
研华610
CPU
PIV2.8GHz
内存
512MB
硬盘
120GB
安装
机架式
高度
2U
新系统SCADA工作站明细如下表:
编号
IP
名称
描述
位置
1
Dredge1
SCADA工作站
驾驶室19’’机柜
2
Dredge2
SCADA工作站
PC房
3
Dredge3
SCADA工作站
PC房
4
14
NAV
NAV工作站
NAV航行台
5
5
PCR
PCR工作站
PC房
6
6
SBR
SBR工作站
ECR机舱集控室
7
21
DTPS1
DTPS工作站
NAV航行台
8
22
DTPS2
DTPS工作站
PC房
3.5DTPS工作站
改造问题
现系统包括了两台DTPS工作站,所需要的STPM数据和DLM数据,是通过Server1、Server2分别向DTPS1、DTPS2发送的,数据格式为原系统集成商专有,如果保留现有的DTPS工作站不变化,在将服务器替换后,DTPS工作站将无法获得STPM数据和DLM数据,不能正常运转!
改造方案
方案一:
替换两台DTPS工作站,DTPS软件采用亿华的YHDTPS。
方案二:
保留现系统中的Server1、Server2、DTPS1、DTPS2。
方案三:
取消IHC的两个DTPS工作站。
船上目前存在两套DTPS系统,一套为IHC的DTPS,另一套为疏浚监测平台2.0,两套系统彼此独立运行,目前均在使用中,取消任意一套。
各方案对网络系统造成的变化
采用方案一,DTPS工作站将作为SCADA工作站使用,需要接入1#光纤环网,通过以太网与服务器通讯,不再通过串口。
同时需要在1#网络中增加4个RS422网关,使新系统中的三台服务器都能够采集到GPS1、GPS2、GYRO、Tidal信号,这些信号在现系统中由DTPS工作站直接采集。
采用方案二,网络结构将没有变化。
采用方案三,网络结构将没有变化,需要在1#网络中增加4个RS422网关,使新系统中的三台服务器都能够采集到GPS1、GPS2、GYRO、Tidal信号,这些信号在现系统中由DTPS工作站直接采集。
方案比较
采用方案一,系统为标准的C/S体系机构,DTPS工作站作为SCADA工作站,数据来自服务器,当DTPS工作站故障时,可以使用SCADA工作站进行替换。
DTPS软件便于升级和维护,同时与现有的疏浚监测平台2.0并行运行。
采用方案二,对现系统的变化最小,但系统参数需要单独维护,不利于维护和今后的升级。
采用方案三,改造方式简单,DTPS将依托疏浚监测平台2.0,要想获得准确的数据,该系统必须运行稳定。
建议
从系统的可维护性以及日后的升级空间出发,建议采用方案一。
3.6EDICS、DP/DT工作站
改造问题
现系统中,DTPS1、DTPS2、EDICS、DP/DT四台工作站独立构成了一个独立的环网,彼此是否存在数据通讯,如果将两台DTPS工作站更换掉,是否会造成EDICS工作站和DP/DT工作站出现问题。
分析:
EDICS、DP/DT工作站为两台专用工作站,EDICS工作站连接了一个8ch.NEMA设备,所需要的信息均来自NEMA设备所连接的RS-232、RS-422信号。
DP/DT工作站也连接了一个8ch.NEMA设备,同时连接到PLC2。
从图纸上和现系统的SCADA软件中未发现EDICS、DP/DT工作站与SCADA系统存在数据交换。
所以从目前分析看,对DTPS工作站进行改造应当不会导致EDICS、DP/DT工作站出现问题,但需要实际验证,例如在施工过程中,断开DTPS1和DTPS2,观察EDICS、DP/DT工作站是否会由此带来问题。
改造方案
保留现有的EDICS、DP/DT工作站及其硬件接口不变化。
主要考虑到这两台工作站为专用工作站,软件为专用软件,对其进行第三方升级改造具有较大难度。
建议
为了保障EDICS、DP/DT工作站的稳定运行,延长其使用寿命,在系统替换后,替换下来的HPVL400主机及其内部构件,可以作为EDICS、DP/DT工作站的备件!
3.7显示器
对现系统的显示器进行替换,升级为大屏幕液晶显示器
显示器更换明细:
编号
主机
安装位置
尺寸
1
Dredge1
疏浚控制台
19’’
2
Dredge2
疏浚控制台
19’’
3
Dredge3
疏浚控制台
19’’
4
DTPS1
疏浚控制台
19’’
3.8SCADA键盘
由于现系统疏浚控制台使用的SCADA键盘为原制造商专有,通讯协议为专用协议,这样在新的SCADA工作站替换后,原SCADA键盘将无法适用。
所以在新系统中,将SCADA键盘替换成标准接口的键盘,如下图:
新的键盘控制功能包括:
●直接切换界面
●编号切换界面
●顺序切换界面
●切换上一次访问界面
●热键控制
在系统并行阶段,即可以对键盘进行替换,替换后直接界面切换的功能在原SCADA工作站上将不可用。
4软件改造
4.1组态软件改造
XX。
改造后的SCADA软件为镇江亿华的YHHDSCADA,此版本软件已应用在新海虎、新海凤,支持12个客户端,YHHDSCADA以国际上成熟的工业数据监控体系结构为基础,专为各类工程船舶而设计研发的一套数字化信息监控平台。
系统通讯基于工业以太网,通过分布在全船各部位的传感器、控制单元,对船舶的主机、舵机、发电机、工程器械以及周边设备进行数据的采集、处理、显示等操作。
通过服务器、工作站、打印机等设备,实现现代化的人机接口技术(HMI),提供丰富的实时监控界面。
通过数据库、计算机网络,实现数据的通讯、传输、打印,并提供数据的存储、历史报警的查询,趋势图生成等功能。
XX现有的SCADA软件集成了IHC公司的另外三套独立的软件,分别是DLM、STPM(PS)和STPM(SB),这三套软件运行在服务器端,DLM用于计算吃水装载,STPM用于实现耙臂位置指示。
YHHDSCADA将DLM和STPM的功能融合到了一起,不再彼此独立。
实现的功能与原系统相同。
YHHDSCADA的功能详见附件《YHHDSCADA使用说明书》。
4.2SCADA与PLC通讯方案
XX现有的OPCServer软件安装在服务器端,OPCServer软件用于连接SCADA系统与PLC系统,负责向SCADA系统提供OPC服务。
OPCServer软件采用了Rockwell公司的RSLinx。
OPC访问方式为直接地址访问,也就是说,SCADA软件通过Rslinx直接访问PLC中的变量地址,对其进行读写操作,从而实现数据的监视、控制命令的下发和参数的设定。
在新系统中,仍然采用原有的体系结构,即PLC-OPCServer–SCADA。
OPC访问方式仍为直接地址访问,与原系统的访问方式相同。
对于OPCServer软件的使用提供以下两种方案:
方案一:
采用美国Kepware公司的KEPServerEx。
Kepware的KepserverEx为全球工业界领先的OPC服务器,提供卓越的工业互连通讯能力.它嵌入了工业市场上广泛范围的超过100多种通讯协议,支持数百种以上设备型号的可下载驱动程序。
方案二:
采用XX现有的OPCServer——RSLinx。
方案比较:
从稳定性、可靠性、技术实现方法上来看,二者没有任何区别。
二者主要区别在可扩展性方面,KEPServerEx能够同时连接目前世界上绝大多数主流的PLC,RSLinx专为AB系列PLC设计,采用第一种方案,便于今后的升级或改造。
4.3子系统功能改造
现将XXSCADA界面按照功能划分为下表中的34个子系统,并即将这些子系统按照功能划分为常规监控类(A)、自动控制类(B)、系统维护类(C),如下表所示:
编号
类别
简称
描述
关联SCADA页面
1
A
STPM
耙管位置监测
303,304,305,306,307,308,309,608,701,702
2
A
DLM
吃水装载监视
311,312,313,603,703,751
3
A
Propulsion
主推进系统
101,201,202,203,204,205,206,207,208,209
4
A
Switchboard
电站系统
102
5
A
Hydraulics
液压系统
103,211,212,213,214,215,216,217
6
A
Gland&Flushing
封水冲水系统
105,225,226,227,228,229
7
A
DPClutch
泥泵离合器
351,352,353
8
A
Valve
疏浚闸阀
301,351,401,501,503,504,840,841,
9
A
Jetvalve
高压冲水蝶阀
106,107,302,355,356,357,358,402,502,559,842,843,844
10
A
BottomDoor
大泥门
402,403,404,451,452,453,845,846
11
A
Self-EmptyingDoor
小泥门
301,401,402,501,502,503,504,505,560,848,849
12
A
Pre-dumpingDoor
预卸泥门
402,454,502,847
13
A
Winch&Gantry
绞车A架
305,306,370,371,372,373,374,375,380,381,382,383,384,385,386,387,388,704,705,
14
A
PMS
功率管理系统
210
15
A
AMS
报警系统
111,835
16
A
DeckWinch
甲板绞车
104,221,222,223
17
A
Forepeak
艏尖舱控制
106,107,231
18
A
SwellCompensator
波浪补偿器
390,391
19
A
DTPT
动力定位
235,236,237
20
B
ADH
主动耙头
310,317,392,393
21
A
Overflow
溢流堰
315,395
22
A
Degassing
排气系统
302,316,365,366
23
B
ALMO
低浓度自动排放
360,361,606
24
B
SPWC
耙管绞车自动控制
601,602,651
25
B
ADC
自动吃水控制
607,653,
26
B
APC
自动泥泵控制
506,604,605,654,655
27
C
System
系统
001,051,052,711,712,811,812,813,814,815,816,817,818,819,820,821,822,823,824,851,880
28
C
PLCComm
PLC
826,827,828,829,830,831,832,833
29
C
Runhour
运行时间
801,802,803
30
C
Network
网络通讯
850,852
31
C
Event
操作事件
836
32
C
HistoryTrend
历史曲线
870,871,872,873,874,875,876,877,878,879
33
C
Emergency
紧急操作
861
34
C
Symbol
符号
901,902,903,904,905,906,907,908,909
改造方案:
新系统实现A类、B类、C类(28号子系统除外)子系统包括的所有功能,SCADA界面的设计、操作风格与XX现有的SCADA界面保持一致。
为不同的控制设备提供了不同的图形控制界面:
液压泵、封水泵、冲水泵控制窗口:
模拟量闸阀控制窗口:
开关量闸阀控制窗口:
蝶阀控制窗口:
大泥门控制窗口:
小泥门控制窗口:
预卸泥门控制窗口:
控制设备诊断界面与现系统保持一
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