基于 Internet 的空分设备远程监视系统的开发研究

设计制造

文章编号:100929425(2005)0620023204

基于Internet的空分设备远程监视系统的开发研究

张远永,王忠建

(开封空分集团有限公司设计处,河南省开封市公园路28号　475002)

摘要:阐述了远程监视系统应用于空分设备的经济价值,介绍了空分设备实现远程监视的几

种方法,并分析了优缺点。

关键词:空分设备;远程监视;数据采集器;中心Web服务器;DCS;OPC;Modbus;KF2RCS

中图分类号:TB663　　　文献标识码:A

StudyonInternet2basedremotemonitoringsystemappliedtoairseparationunit

ZhangYuan2yong,WangZhong2jian

(KaifengAirSeparation(Group)Co1,Ltd1,28GongyuanRoad,Kaifeng475002,Henan,1R1China)

Abstract:ThebenefitoftheapplicationofremotemonitoringtoairSeveralremotemonitoringmethodsappliedtoairseparationunitarearealsodiscussed.

Keywords:Air;;Webserver;DCS;OPC;Modbus;KF2RCS

1　实现空分设备远程监视的必要性

空分设备属于流程型生产设备,整个生产过程

由多个分系统和许多单体设备组成,如空压机系统、预冷系统、纯化系统、膨胀机系统,精馏系统、换热器、低温液体泵、各类阀门、计算机及仪电控系统等,涉及许多学科的专业技术知识。空分设备的开车、调试及安全稳定的运行除了与设备本身的质量有关外,还与现场操作人员的操作水平和运行经验密切相关。特别在开车调试阶段,更需要组成一个专业配套全面、专业水平高、现场经验丰富的综合服务班子。但对于设备生产厂商来说,每年面对几十个工地,不可能保证每个开车现场的全部技术人员的水平。当现场遇到问题时,常采用电话、传真等方式寻求基地技术支持。由于电话、传真等传递的信息有限,基地人员远离现场,不能全面、动态地掌握现场运行情况,影响对问题的有效

收稿日期:2005207211

判断,甚至会影响到正常的开车运行,给用户和生产厂商造成不必要的损失。

如果设备生产厂商在基地组建一远程监控中心,每套空分设备特别是大型空分设备皆配套远程监视系统,生产厂商就可以组建一高水平的专家组,在远程监控中心监视遍布世界各地的空分设备,及时、全面、动态地得到现场工况参数、历史数据,为用户提供快速、及时、准确的技术支持。并预见工况的趋势、设备的质量情况,及时准备好备品备件,变故障后服务为故障前预警服务,减少故障率,降低故障带来的损失,将技术精英从繁重的现场服务中解脱出来,有利于企业不断改造和优化自身产品,提升服务质量,创造良好的品牌形象。

2　空分设备实现远程监视的几种方法

目前在空分行业,空分设备的控制系统大都采用DCS控制系统,在现场集中控制室进行集中监

),高级工程师,西安交通大学能动学院2003级工程硕士,现在开封空分集团有限公司作者简介:张远永(1965—　

设计处工作。

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视和操作。国外一些知名企业,如APCI、BOC等已开发研制成功空分设备远程监控系统。面对市场需求,国内生产厂商开始关注远程监视系统的应用,一些DCS厂商也开始推出具有远程访问功能的DCS系统。下面就空分设备如何实现远程监视介绍几种方法。

211　基于DCS系统的远程监控功能

的结构、命令和就答的方式。数据通讯采用Master/Slave方式,Master端发出数据请求消息,Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master

端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改

Slave端的数据,实现双向读写(该功能可以实现远程控制)。

对于空分设备的远程监视系统,一般将Web服务器端定义为Master,DCS系统选配的支持Modbus协议的通讯卡定义为Slave,采用Unsolicited方式单向通讯,即Master端不需发送请求,而由Slave端主动发送数据。如果Slave站点断开后(如故障或关机),Master端可以诊断出来,而当故障修复后,网络又可自动接通。

采用Modbus协议提取DCS系统数据优点很明显:首先通讯卡作为DCS系统的一个可选模件,其故障可以由DCS系统诊断出来,并不影响DCS;,Modbus是,Modbus协议的可靠性较好。绝大多数厂家的DCS组态软件都支持Modbus,而且Modbus是一个开放标准,其协议内容可以免费获

随着以太网技术的飞速发展,以太网已经渗透到了DCS系统控制层和设备层,基于TCP/IP和Client/Server架构的分布式监控技术已经日趋成熟。随着用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加,各DCS厂商纷纷提升DCS系统的技术水平,并不断地丰富其远程访问功能。以ABB公司的IndustrialIT、浙大中控公司的WebfieldECS100及和利时公司的MACS等为代表的DCS系统,通过远程拨号、DDN专线、VPN技术或者通过具有Web功能的数据服务器实现通过互联网访问DCS系统。

这种方式比较简单、易于实现,但其致命的弱点是安全性差,,采取了安装防火墙、()相对的,系统的安全问题。因此,DCS系统虽然具有远程监视功能,但其应用仅限于企业局域网内生产控制专网,在局域网内部可实现远程监视。这并不是真正基于Internet意义上的空分设备远程监视系统。212　基于Web服务器的DCS数据集成系统

得,一些小型厂商甚至个人都可根据协议标准开发

出支持Modbus的产品或软件。目前,在自主开发的应用程序中,采用Modbus协议实现DCS数据集成的都取得了比较好的效果。

但是,采用Modbus协议也有其缺点,由于采取RS232串口通讯,其通讯速率受通讯距离(DCS和Web服务器的距离)和采样点数制约,当点数超过255个以后,其通讯速率下降明显。随着空分设备的大型化,测控点越来越多,特别是随着优化操作、优化控制的深入,DCS系统的中间点、软件点越来越多,250多点明显不足。因此在实际应用中,要做到既能保证远程全面地观察空分设备的运行状况,又能保证实时速率,舍弃一些不重要的点非常关键。

21212　采用OPC技术实现DCS系统数据集成

OPC是OLEforProcessControl的缩写,它是微

由于空分设备的重要性,一些软件厂商在开发

远程监视系统时,都将保证DCS系统安全、可靠、稳定的运行放在了首位,因此基本方案都是先将DCS系统数据提取出来,再形成一个实时数据库系统,存放于Web服务器,由Web服务器对外发布,保证了Web服务器与DCS系统的软件隔离。这种远程监视系统技术关键的本身不是Web服务器对外发布信息,而是如何从DCS提取数据。目前常用的有两种方法。

21211　采用Modbus协议实现DCS系统数据集成

Modbus协议包括ASCⅡ、RTU、PLUS、TCP

等,标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。RS232C规定了连接器针脚、接线、信号电平、波特率、奇偶校验等信息,Modbus的ASCⅡ、RTU协议则在此基础上规定了消息、数据

软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。OPC以OLE/COM/DCOM技术为基础,采用客户/服务器模式,为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准。这个标准定义了应用

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Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自

统的控制层和设备层,大大提高了控制网络带宽。另外,为了提高竞争力,有远见的DCS厂商已开始提供OPC服务器软件并进行培训。

动化实时数据的方法,提高了系统的开放性和可互操作性。符合OPC标准的客户可以访问来自任何生产厂商的OPC服务器程序,每个OPC客户可以联机一个或多个OPC服务器。OPC服务器的访问方式与接口如图1所示

。

3　KF2RCS系统介绍

开封空分集团早在20世纪90年代初就开发出了KF2DCS系统,并成功地运用在电厂锅炉控制中。随着石化、冶金等国家大中型企业开始实施CIMS、ERP、MIS等系统,用户对自动化生产过程

的管理提出了更高的要求。1997年,针对鄂钢6000m3/h空分设备配套的MicroTDC3000控制系

统,开发了通过DCS打印接口提取数据用于企业信息化管理,并取得成功。由于早期的DCS系统不开放,不同的DCS系统数据接口也不同,因此适用范围有很大的局限性。近几年来,互联网技术的运用日益普及,其稳定、可靠以及快速的接入速。DCS系统的。正是,图1　OPC,KDON-1875Y/配套DCS系统为浙大中控公司的SUPCONJx2300x)、鄂钢20000m3/h(配套DCS系统为ABB

:OPC客

户应用部分。服务器通过以太网TCP/IP协议采集DCS实时数据,并将这些数据以OPC位号的形式开放给各个客户端应用程序。OPC客户端通过OPC标准接口与OPC服务器通信接收数据。

OPC作为一项逐渐成型的新技术,具有结构先

公司的IndustrialIT)等空分设备,开发出了适用于多个厂家的DCS、支持包括OPC和Modbus等多种通讯协议的基于Internet的空分设备远程监视系统KF2RCS系统。

KF2RCS远程监视系统拓扑结构如图2所示

。

进、速度快、功能强大,可支持1000点以上等许多优点,已得到国内外DCS厂商的高度重视。许多公司的DCS系统,如霍尼韦尔公司的TPS和PlantScape、横河公司的CS1000、ABB公司的Freelance2000、浙大中控公司的Webfield等,都在

原来产品的基础上增加了对OPC的支持。使用OPC技术实现DCS数据集成,将是今后工业数据集成发展的方向。

采用OPC技术也有不足之处,比如:安装OPC服务器的计算机必须作为控制网的网络的一个节点直接进入控制网与控制站进行数据通讯,对整个网络的通讯负荷有影响;OPC比较新颖,许多标准尚未发布;OPC服务器对开发者的要求较高,开发难度较大等等。但是,这些不足正在迅速被弥补,100M甚至1000M以太网已经渗透到了DCS系

图2　KF2RCS远程监视系统示意图

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311　硬件设备功能介绍31111　现场数据采集器

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厂家的DCS进行数据集成,数据接口支持包括OPC、Modbus等多种通讯协议。KF2RCS系统具有

很高的安全性,现场数据采集器(嵌入式计算机系

该设备安装在现场DCS机柜内,主要负责DCS系统数据集成,通过OPC标准数据接口直接读取DCS控制系统的过程参数,或者通过Modbus协议的RS232C串口与DCS控制系统通讯获得过程参数,并将这些数据通过互联网传送至远程中心服务器。该系统采用Linux操作系统构建,用Java语言编写人机界面,通过IE浏览器进行查看和分析,具有很高的可靠性和安全性。31112　远程中心服务器远程中心服务器作为Web服务器,采用Windows2000Sever、SQLSever、IIS系统构建,放置在开封空分集团计算机中心主控室内,将一至多个数据采集器管理起来,接受数据采集器发送的数据存入临时数据文件,并整理成历史数据存入数据库保存。Web服务器中的ASP程序为用户的访问设置了不同的权限。用户通过Web服务器下载Javaapplet程序,下载到用户浏览器的Web服务器交互,312　统)跟DCS系统之间采取单向通讯,通过操作系

统、通讯协议和软件将DCS系统过程控制网络和外网隔离开来,保证了DCS系统无扰运行,从而保证了远程监视系统的安全、稳定、可靠的运行。

KF2RCS系统根据用户实际情况可以采用宽带局域网接入、ADSL接入、GPRS无线和拨号等多种灵活多变的互联网接入方式,无需用户申请固定的IP地址,从而给用户带来了很大便利。

开封空分集团在企业局域网安全规划时已实施了企业级防火墙、入侵检测和网络病毒防范相结合的周密的安全解决方案,并安装了灾难快速恢复系统,保证了中心Web服务器的稳定运行。

4　结束语

,从中,从,尤其是DCS系统的发展过程都是吸取了时代科学技术成果。现代科学技术飞速发展,知识更新如此之快,只有尽快吸取时代气息,才有可能适应市场需求。激烈的市场竞争,使空分设备的利润越来越低,不同厂家产品之间差距越来越小,迫使企业由“制造行为”逐步转向“服务行为”,最终要通过服务质量竞争市场。这就要求厂商除了制定好企业战略方针、加强企业管理,降低消耗与成本之外,还应注意本企业之外的边缘技术发展。※

※

,只需要登陆远程监控中心网站,通过授权的账号密码验证,无论在办公室、家庭、饭店或世界任何地方,都能通过IE浏览器浏览到实时工况参数表、分组流程画面、历史趋势图和报警日志等,随时随地观察了解空分设备生产运行情况。

KF2RCS系统具有良好的开放性,可以和不同

※

杭氧成功承接伊朗卡维集团两套63000m3/h空分设备

2005年8月初,杭氧股份有限公司和北京中国化工建设总公司及伊朗卡维集团的两套63000m3/h空分设备的供货合同正式生效。

这两套空分设备是目前国内自主开发的最大等级的空分设备,其单体设备和压力容器均采用ASME标准,采用国内先进的全低压分子筛净化吸附、中压空气增压透平膨胀机、规整填料上塔和全精馏无氢制氩技术的氧气内压缩

工艺流程。主要技术指标:氧气产量63000m3/h,纯度

9916%,压力4155MPa(G);液氧产量3000m3/h,纯度9916%;氮气产量60000m3/h,纯度≤100×10-6O2;精氩产

量2200m3/h,纯度≤2×10-6O2、≤3×10-6N2。

这两套空分设备是我国目前出口最大的特大型空分设备,已填补国内自主生产60000m3/h等级空分设备的空白。

本刊

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