CN105404287B - 基于心跳协议的数据采集与监控系统的控制切换方法 - Google Patents

基于心跳协议的数据采集与监控系统的控制切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于心跳协议的数据采集与监控(SCADA)系统的控制切换方法，在正常状态下，调控中心SCADA系统进行控制，站场SCADA系统进行监视，由调控中心SCADA系统按照第一预设频率向站场SCADA系统发送心跳信号，该心跳信号内容包括调控中心SCADA系统发送该心跳信号的时间戳信息。站场SCADA系统接收该心跳信号，并按第二预设频率进行计数操作。若该站场SCADA系统在预设时间之内未收到该心跳信号，或者若该心跳信号的发送和接收时间间隔过长，站场SCADA系统自动获取控制权。控制权切换之后，该站场SCADA系统人机界面进行相应提示，屏蔽调控中心SCADA系统的命令，按照第三预设频率向调控中心SCADA系统进行提醒。经过人工干预之后，重新将调控中心SCADA系统和站场SCADA系统恢复到正常状态。

Description

基于心跳协议的数据采集与监控系统的控制切换方法
技术领域
本发明涉及一种基于心跳协议的数据采集与监控系统（Supervisory ControlAnd Data Acquisition system，SCADA系统）的控制切换方法，尤指在石油石化行业的大规模长输管线运行过程中，利用可自定义内容的心跳信号，在站场SCADA系统和调控中心SCADA系统之间，根据对网络连接状态和质量的判断，对控制权的自动切换方法，属于SCADA系统的控制保护技术。
背景技术
随着我国石油石化行业长输管道建设的不断增长，保障运营安全显得越来越重要。油气长输管线一般分布在几百甚至上千公里的区域，配有相应的数个压气站和一个调控中心。压气站是第一线的生产机构，负责某一段的油气运输工作；调度中心总览整条管线的水利系统，负责整条管线的运输监视协调工作。
随着电子技术的发展，整个工艺过程自动化程度越来越高，控制越来越复杂，节约的人力成本越来越多，甚至在一些项目上，硬件上已经可以完全达到自动化控制的水平，具备了无人值守的运行能力。但是实际的运行过程中，由于缺乏合理的控制切换保护技术，在调控中心独立运行的时候，当通信中断或者某节点出现问题之后，无法进行有效的甄别，对安全运行产生了很大的安全隐患，导致实际运行时，无法实现调控中心控制的目的，只能采用站场操作、调控中心监视的方式运行。
发明内容
本发明提供了一种基于心跳协议的数据采集与监控系统（Supervisory ControlAnd Data Acquisition system，SCADA系统）的控制切换方法，该方法针对自动控制切换保护问题，在站场SCADA系统和调控中心的SCADA系统之间加入了可自定义内容的心跳信号，用以自动检测网络状态和链接质量，根据该检测结果进行站场SCADA系统和调控中心SCADA系统的控制权自动切换，保证了在调控中心SCADA系统控制模式下，出现通信中断的情况后，能够及时自动完成控制权的切换，保证了运行稳定性。
本发明所采取的技术方案包括：
在正常状态，由调控中心SCADA系统按照第一预设频率向站场SCADA系统发送心跳信号，该心跳信号，包括时间戳信息，该时间戳信息指示该调控中心SCADA系统发送该心跳信号的时刻。其中，该正常状态，是该调控中心SCADA系统控制现场各工艺设备，该站场SCADA系统只监视现场各工艺设备状态的状态；
该站场SCADA系统按照第二预设频率进行计数操作；
该站场SCADA系统接收该心跳信号；
若该站场SCADA系统在预设时间之内未接收到该调控中心SCADA系统的该心跳信号，即该计数操作的结果超过第一预设阈值，判定该调控中心SCADA系统断线，该站场SCADA系统自动进行控制权切换动作，即从正常状态切换到只接受该站场SCADA系统控制命令的状态；
当该计数操作的结果没有超过该第一预设阈值，该站场SCADA系统接收到该调控中心SCADA系统的该心跳信号时，该站场SCADA系统记录该心跳信号的接收时刻并将该计数操作的结果清零，该站场SCADA系统继续按照该第二预设频率重新进行该计数操作；
若根据该调控中心SCADA系统发送该心跳信号携带的该时间戳信息，和该站场SCADA系统记录的该心跳信号的该接收时间进行比对，得出时间差值，若该时间差值超过第二预设阈值，则判定网络环境出现拥堵，该站场SCADA系统自动进行该控制权切换动作，即从正常状态切换到只接受该站场SCADA系统控制命令的状态；
当现场进入只接受该站场SCADA系统控制命令状态之后，该站场SCADA系统屏蔽该调控中心SCADA系统控制命令，该站场SCADA系统的人机界面弹出提示信息，提示此刻已经进入只接受该站场SCADA系统控制命令的状态，并且按照第三预设频率定时向该调控中心SCADA系统发送提醒信息，通知该调控中心SCADA系统失去控制权限；及
在经过人工干预之后，该调控中心SCADA系统可以通过后台设置，重新将该调控中心SCADA系统和该站场SCADA系统恢复到该正常状态。
该心跳信号的信息还包括，用户定义的内容。
该用户定义的内容还包括，用以进行网络延时测试的信息。
其中，该心跳协议，包括系统之间存在某种或多种格式的定时心跳信号传送的方式。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，基于本发明中的实施例，本领域的的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体参数以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于本实施例的参数或方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例限制。
如附图所示，本发明实施例的一种基于心跳协议的SCADA系统的控制切换方法包括如下步骤。
在正常状态，调控中心SCADA系统进行控制，站场SCADA系统进行监视。
在S101步骤中，该站场SCADA系统按照第二预设频率（例如2秒/次）从0开始进行自加一计数。在S102步骤中，调控中心SCADA系统按照第一预设频率（例如10秒/次）向站场SCADA系统发送心跳信号,该心跳信号包括时间戳信息，用以该指示调控中心SCADA系统发送该心跳信号的发送时刻。该心跳信号的内容还可根据用户需求进行自定义内容，用以更精确的进行网络延时测试。
在S103步骤中，在网络正常的状态下，该站场SCADA系统可以实时接收到该心跳信号，即该站场SCADA系统每次计数操作到某一个低于第一预设阈值（例如30）时，即能够接收到该调控中心SCADA系统发送的该心跳信号，立即将该计数进行清零操作（如S104步骤所示），即重新从0开始计数，同时记录心跳信号接收到的时间。
1）当网络出现中断时
在S103步骤中，由于网络中断，该站场SCADA系统无法接收到该调控中心SCADA系统的该心跳信号，该计数不断增加，当该站场SCADA系统的该计数操作超过该第一预设阈值（例如30），该站场SCADA系统自动进行控制权切换动作，即从只接收该调控中心SCADA系统控制命令的状态，切换到只接受该站场SCADA系统控制命令的状态。
2）当网络延时过大时
在S105步骤中，该站场SCADA系统接收到该调控中心SCADA系统发送的该心跳信号，记录该心跳信号的接收时间，进行该清零操作。然后，该站场SCADA系统将该接收时间同该心跳信号的该时间戳信息进行对比，若超过第二预设阈值（例如30秒），站场SCADA系统即认为网络出现拥堵。
在S106步骤中，当出现步骤1)或者步骤2）的情况时，该站场SCADA系统的人机界面弹出提示信息，提示此刻已经进入只接受该站场SCADA系统控制命令的状态，该站场SCADA系统屏蔽该调控中心SCADA系统的发出的所有控制命令，并在站场SCADA系统的人机界面弹出提示。在S107步骤中，站场SCADA系统按照第三预设频率（例如5秒/次）向该调控中心SCADA系统发送提醒信息，通知该调控中心SCADA系统网络异常失去控制权限。
在S108步骤中，在经过人工干预之后，该调控中心SCADA系统可以通过后台设置，重新将该调控中心SCADA系统和该站场SCADA系统恢复到该正常状态。
也即本发明实施例提供了一种基于心跳协议的SCADA系统的控制切换方法，包括：
在正常状态，由调控中心SCADA系统按照第一预设频率向站场SCADA系统发送心跳信号，该心跳信号，包括时间戳信息，该时间戳信息指示该调控中心SCADA系统发送该心跳信号的时刻。其中，该正常状态，是该调控中心SCADA系统控制现场各工艺设备，该站场SCADA系统只监视现场各工艺设备状态的状态；
该站场SCADA系统按照第二预设频率进行计数操作；
该站场SCADA系统接收该心跳信号；
若该站场SCADA系统在预设时间之内未接收到该调控中心SCADA系统的该心跳信号，即该计数操作的结果超过第一预设阈值，判定该调控中心SCADA系统断线，该站场SCADA系统自动进行控制权切换动作，即从正常状态切换到只接受该站场SCADA系统控制命令的状态；
当该计数操作的结果没有超过该第一预设阈值，该站场SCADA系统接收到该调控中心SCADA系统的该心跳信号时，该站场SCADA系统记录该心跳信号的接收时刻并将该计数操作的结果清零，该站场SCADA系统继续按照该第二预设频率重新进行该计数操作；
若根据该调控中心SCADA系统发送该心跳信号携带的该时间戳信息，和该站场SCADA系统记录的该心跳信号的该接收时间进行比对，得出时间差值，若该时间差值超过第二预设阈值，则判定网络环境出现拥堵，该站场SCADA系统自动进行该控制权切换动作，即从正常状态切换到只接受该站场SCADA系统控制命令的状态；
当现场进入只接受该站场SCADA系统控制命令状态之后，该站场SCADA系统屏蔽该调控中心SCADA系统控制命令，该站场SCADA系统的人机界面弹出提示信息，提示此刻已经进入只接受该站场SCADA系统控制命令的状态，并且按照第三预设频率定时向该调控中心SCADA系统发送提醒信息，通知该调控中心SCADA系统失去控制权限；及
在经过人工干预之后，该调控中心SCADA系统可以通过后台设置，重新将该调控中心SCADA系统和该站场SCADA系统恢复到该正常状态。
该心跳信号的信息还包括，用户定义的内容。
该用户定义的内容还包括，用以进行网络延时测试的信息。
本发明提出的基于心跳协议的SCADA系统的控制切换方法，与现有的长输管线SCADA系统运行方法比，大大提高了在调控中心SCADA系统控制模式下的可靠程度，对于日常的安全运行起到了重要的保障作用。

Claims (3)

1.一种基于心跳协议的数据采集与监控系统的控制切换方法，其特征在于，所述方法包括：
在正常状态，由调控中心数据采集与监控系统(Supervisory Control And DataAcquisition system, SCADA系统)按照第一预设频率向站场SCADA系统发送心跳信号，所述心跳信号，包括时间戳信息，所述时间戳信息指示所述调控中心SCADA系统发送所述心跳信号的时刻，其中，所述正常状态，包括所述调控中心SCADA系统控制现场工艺设备，所述站场SCADA系统只监视现场工艺设备状态的状态；
所述站场SCADA系统按照第二预设频率进行计数操作；
所述站场SCADA系统接收所述心跳信号；
若所述站场SCADA系统在预设时间之内未接收到所述调控中心SCADA系统的所述心跳信号，导致所述计数操作的结果超过第一预设阈值，则判定所述调控中心SCADA系统断线，所述站场SCADA系统自动进行控制权切换动作，从所述正常状态切换到只接受所述站场SCADA系统控制命令的状态；
当所述计数操作的结果没有超过所述第一预设阈值，所述站场SCADA系统接收到所述调控中心SCADA系统的所述心跳信号时，所述站场SCADA系统记录所述心跳信号的接收时刻并将所述计数操作的结果清零，所述站场SCADA系统继续按照所述第二预设频率重新进行所述计数操作；
若根据所述调控中心SCADA系统发送所述心跳信号携带的所述时间戳信息，和所述站场SCADA系统记录的所述心跳信号的所述接收时刻进行比对，得出时间差值，若所述时间差值超过第二预设阈值，则判定网络环境出现拥堵，所述站场SCADA系统自动进行控制权的切换，从所述正常状态切换到只接受所述站场SCADA系统控制命令的状态；
当现场进入只接受所述站场SCADA系统控制命令状态之后，所述站场SCADA系统屏蔽所述调控中心SCADA系统控制命令，所述站场SCADA系统的人机界面弹出提示信息，提示操作员此刻已经进入只接受所述站场SCADA系统控制命令的状态，并且按照第三预设频率定时向所述调控中心SCADA系统发送提醒信息，通知所述调控中心SCADA系统控制权限已经转交至所述站场SCADA系统；及
在经过人工干预之后，所述调控中心SCADA系统可以通过后台设置，重新将所述调控中心SCADA系统和所述站场SCADA系统恢复到所述正常状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于心跳协议的数据采集与监控系统的控制切换方法，其特征在于，所述心跳信号的信息还包括，用户定义的内容。
3.根据权利要求2所述的一种基于心跳协议的数据采集与监控系统的控制切换方法，其特征在于，所述用户定义的内容还包括，用以进行网络延时测试的信息。
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