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一．概述
近年來隨著城市化建設(shè)的推進與深入，伴隨著能源緊張導致居民供熱問題日益凸現(xiàn)。新老用戶居住面積逐年增加，熱源嚴重不足；供熱設(shè)備老化銹蝕，跑、冒、滴、漏現(xiàn)象頻發(fā)，嚴重影響了供熱質(zhì)量。
熱電聯(lián)供是一種熱能和電能聯(lián)合生產(chǎn)的高效能源生產(chǎn)方式，熱電廠不僅可以提供電能，還能提供工業(yè)用蒸汽和住宅暖氣，熱效率高于普通集中供熱。同時，熱電聯(lián)供在節(jié)能和環(huán)保方面都有優(yōu)勢。熱電聯(lián)供的實施，將極大提高城市供熱質(zhì)量，增強供熱的安全性與穩(wěn)定性，大大改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量。
二．現(xiàn)狀與需求
此項目中共有分散在3個主要城市的10個分供熱中心，系統(tǒng)要求這10個分供熱中心的數(shù)據(jù)均要發(fā)往勝利油田熱電聯(lián)供中心調(diào)度平臺。目前每個分供熱中心所配備的控制設(shè)備不盡相同，比如有上海華文PCS-3000 DCS系統(tǒng)、西門子S7-300PLC控制器、西門子S7-200PLC控制器、西門子樓控系統(tǒng)等。其中有8個分供熱中心已經(jīng)配備了監(jiān)控系統(tǒng)，包括：MCGS系統(tǒng)、西門子WINCC系統(tǒng)等。為了便于數(shù)據(jù)匯總，數(shù)據(jù)通信統(tǒng)一設(shè)定為OPC方式。
由于分供熱中心所在地點分散、地域廣闊，各個分供熱中心的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為復雜，只有個別分供熱中心接入了勝利油田的專網(wǎng)，大部分地區(qū)都是采用的民用網(wǎng)絡(luò)或者商用網(wǎng)絡(luò)。如果將數(shù)據(jù)不經(jīng)處理直接接入熱電聯(lián)供中心，就有可能對各分供熱中心的控制系統(tǒng)帶來極大風險，因此需要在各個分供熱中心配備工業(yè)網(wǎng)絡(luò)隔離裝置，以保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)絡(luò)安全。
三．架構(gòu)設(shè)計
根據(jù)上述需求，系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)拓撲圖
如上圖所示，對于不配備監(jiān)控系統(tǒng)的分供熱中心，選擇力控科技的ForceControl系列軟件作為監(jiān)控平臺。由于現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復雜，為了保證整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的安全性，在每個分供熱中心均配備力控的pSafetyLink工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)。該設(shè)備內(nèi)部為雙獨立主機“2+1”架構(gòu)，雙主機之間才用專有網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)PSL，徹底阻斷任何網(wǎng)絡(luò)形式的連接。從而實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)隔離交換。基于PSL的實時數(shù)據(jù)交換技術(shù)，分別解決了安全隔離網(wǎng)閘進行數(shù)據(jù)過濾和擺渡時性能低的業(yè)內(nèi)難題，保證數(shù)據(jù)交換延遲時間低于1ms，從而滿足了用戶對高性能安全隔離網(wǎng)閘的需求。
熱電聯(lián)供中心采用雙網(wǎng)冗余架構(gòu)，配備力控科技pSpace 實時歷史數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)平臺，同樣采用雙機冗余架構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)穩(wěn)定。單獨配備SCADA服務器和WEB服務器，使得聯(lián)供中心內(nèi)部瀏覽和外部遠程瀏覽網(wǎng)絡(luò)相互獨立，保證了數(shù)據(jù)系統(tǒng)不被外部網(wǎng)絡(luò)病毒、黑客等不安全因素攻擊。調(diào)度人員可通過工程師站隨時對分供熱中心系統(tǒng)下達指令，同時可獲取分供熱中心的系統(tǒng)運行狀況，并且將實時數(shù)據(jù)畫面顯示在聯(lián)供中心的大屏幕上。
四．系統(tǒng)功能特性
◆安全性
系統(tǒng)無論是在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計、軟件搭建方面都具備很強的安全性，有效避免了整套系統(tǒng)在運行中所面臨的安全問題。
pSafetyLink工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)以統(tǒng)一安全引擎為基礎(chǔ)，對隔離交換報文進行全文數(shù)據(jù)還原，對用戶登錄、命令請求、文本信息、協(xié)議格式等實施全文深度檢測，并支持特定應用層協(xié)議標簽的檢測控制，實現(xiàn)了對特定信息交換多重內(nèi)容安全管理，為工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交換提供了“綠色通道”。
基于高效的IO調(diào)度模型，多重冗余方案，支持自身端口冗余、鏈路聚合、雙機熱備、多臺安全隔離網(wǎng)閘負載均衡，保障了用戶網(wǎng)絡(luò)和應用的高可靠性。 下圖所示為pSafetyLink工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
圖2 pSafetyLink System架構(gòu)圖
在操作上嚴格權(quán)限管理。系統(tǒng)應提供審計跟蹤功能，記錄所有用戶操作過程，對出現(xiàn)的系統(tǒng)安全問題提供調(diào)查的依據(jù)和手段；系統(tǒng)應具備事務日志功能。
◆實時性
系統(tǒng)具有友好的控制界面。監(jiān)測畫面可顯示各個分供熱中心內(nèi)所有測點數(shù)據(jù)，包括所有模擬量、數(shù)字量。逼真的3D效果畫面，可將現(xiàn)場情況真實直觀的反饋給聯(lián)供中心工作人員。
圖3 現(xiàn)場工藝監(jiān)控畫面
根據(jù)現(xiàn)場要求通信方式全部采用OPC通信方式，為此在實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺pSpace上開通了OPC Tunneller Server組件。它是遠程OPC Server的客戶端組件，又是本地pSpace服務器的數(shù)據(jù)源核心組件，支持采集站與服務器之間通過TCP/IP、UDP/IP方式通訊。該組件的使用使得各個分供熱中心的數(shù)據(jù)可及時、快速、方便的傳輸?shù)铰?lián)供中心。
該組件具備如下功能特點：
1）通過該組件可以實現(xiàn)Server端同時訪問多個OPC Server；
2）第三方軟件OPC Server可以虛擬成設(shè)備，OPC Tunneller Server通過IO驅(qū)動程序來進行訪問第三方軟件OPC server的數(shù)據(jù)；
3）具備故障恢復功能，通訊中斷的時候具備自動恢復功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
◆先進性
建立一個開放的、標準的、可擴充、易管理的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。不僅僅要做到配置上的先進，更主要的是開發(fā)上和應用上的先進。在系統(tǒng)中采用先進的控制策略，對每日的供暖數(shù)據(jù)，水、電、燃料用量等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，根據(jù)天氣狀況和能耗狀況實時動態(tài)對供暖進行調(diào)節(jié)。并且可通過報表、曲線等形式實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況，從而在實現(xiàn)優(yōu)化控制的同時節(jié)約了更多的能耗。
五．結(jié)語
熱電聯(lián)供技術(shù)的應用使得油田生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)實現(xiàn)了恒溫環(huán)保供熱，既提高了能源利用效率，又做到了綠色環(huán)保。力控科技產(chǎn)品的應用，為系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行提供了可靠保障。
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