史磊，來(lái)葉剛

（中策橡膠（集團(tuán)）有限公司，浙江 杭州 310008）

1 平臺(tái)需求分析

能源在工廠生產(chǎn)管理中的地位十分重要。生產(chǎn)過(guò)程需要的能源介質(zhì)有電力、水、壓縮空氣、蒸汽、氮?dú)獾?。日常中?duì)現(xiàn)場(chǎng)各處能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、歸納、分析，確保安全連續(xù)和經(jīng)濟(jì)的供應(yīng)，是能源管理中的重要任務(wù)之一。但工業(yè)生產(chǎn)中，能源介質(zhì)管網(wǎng)將遍布整個(gè)公司各個(gè)車間，線路長(zhǎng)，輸配要求高，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表分散，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式是人工去往各計(jì)量點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)定時(shí)檢錄，費(fèi)時(shí)費(fèi)人工，同時(shí)對(duì)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性無(wú)法檢測(cè)，無(wú)法及時(shí)的發(fā)現(xiàn)能源供應(yīng)的問(wèn)題。因此，應(yīng)通過(guò)搭建能源數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)信息收集、計(jì)量設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)異常報(bào)警等功能，為能源的運(yùn)行調(diào)度手段、能源計(jì)劃安排、實(shí)績(jī)分析及平衡預(yù)測(cè)等各方面提供有效的決策支持，確保在任何情況下能源系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)。

2 系統(tǒng)整體規(guī)劃

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的搭建，需在整體上考慮系統(tǒng)的可靠性、兼容性及安全性。整個(gè)系統(tǒng)分為三部分：RTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備、能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。RTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于現(xiàn)場(chǎng)終端能源計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)用于采集后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器, 上位機(jī)綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫(kù)軟件用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、整理、歸納、和導(dǎo)出。整體上既要考慮數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，又要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，同時(shí)要兼顧最終數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。

2.1 RTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備

現(xiàn)代工廠現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，所以要求現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備需要工業(yè)級(jí)選型，能適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，支持全溫區(qū)工作范圍（-10～60℃），部件采用特殊處理，可抵抗腐蝕性氣體，適用于高海拔區(qū)域；系統(tǒng)具有高可靠的環(huán)境適應(yīng)性和可應(yīng)用于各類有防爆要求場(chǎng)合的能力。能源計(jì)量采用的儀表根據(jù)介質(zhì)不同各不相同，如空氣采用渦街流量計(jì)，水采用電磁流量計(jì)/機(jī)械水表，蒸汽采用孔板流量計(jì)/渦街流量計(jì)，煤采用皮帶秤/稱重皮帶機(jī)，電能計(jì)量采用電量表等，所以要求所選設(shè)備需能接受各種電信號(hào)，如流量的脈沖信號(hào)或4～20mA模擬量信號(hào)，同時(shí)必須具有以太網(wǎng)、串口等標(biāo)準(zhǔn)接口，支持Modbus-RTU、Modbus-TCP等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。采集設(shè)備應(yīng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，具有靈活的可擴(kuò)展性，便于設(shè)備更換擴(kuò)展及維修?，F(xiàn)場(chǎng)采集模塊通道數(shù)為8或16通道，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中，保證一定余量，特別是對(duì)于通訊模塊，下掛儀表應(yīng)為最大通道數(shù)的80%，以保證通訊的時(shí)效性及準(zhǔn)確性。同時(shí)，設(shè)備應(yīng)支持以太網(wǎng)，上位機(jī)能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程編程、監(jiān)控及管理。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)能源計(jì)量點(diǎn)的位置，設(shè)計(jì)采集箱，采集附近能源數(shù)據(jù)，再通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

2.2 能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

RTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的能源數(shù)據(jù)，通過(guò)能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器進(jìn)行保存，編輯，網(wǎng)絡(luò)的合理架設(shè)，決定了整體數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及完整性。與一般網(wǎng)絡(luò)不同，能源網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量并不大（相對(duì)而言），100M以太網(wǎng)已經(jīng)完全滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，但是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定性及適應(yīng)性要求相對(duì)較高，建議采用工業(yè)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，采用接入層交換機(jī)即可，并能實(shí)現(xiàn)在機(jī)房的遠(yuǎn)程管理。由于工廠內(nèi)能源計(jì)量點(diǎn)的分散，一般采用在采集箱內(nèi)設(shè)置交換機(jī)，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，用光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。由于數(shù)據(jù)平臺(tái)需要與管理平臺(tái)或外網(wǎng)對(duì)接，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，安全問(wèn)題必須重點(diǎn)考慮。在服務(wù)器上，需安裝企業(yè)級(jí)的軟件防火墻；安裝防病毒軟件，并及時(shí)更新病毒庫(kù)；在接入交換機(jī)上劃分VLAN，實(shí)現(xiàn)各接入控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)隔離；在數(shù)據(jù)服務(wù)器上裝雙網(wǎng)卡，保證管理網(wǎng)與采集網(wǎng)的隔離；在接入公司局域網(wǎng)時(shí)，裝置硬件防火墻，實(shí)現(xiàn)硬件隔離。合理的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)不僅可以保證系統(tǒng)的安全，準(zhǔn)確的運(yùn)行，同時(shí)也能大大降低施工成本。

2.3 上位機(jī)綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

上位機(jī)綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫(kù)軟件是數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的最終成果展示，所有數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)、處理均由軟件完成。應(yīng)使用完全基于Client/Server 的HMI/SCADA軟件，具有C/S分布式架構(gòu)軟件的所有功能，可以監(jiān)視遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)；支持基于WEB方式的過(guò)程圖，可以將組態(tài)畫(huà)面直接發(fā)布到Web門(mén)戶上；數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該在不犧牲速度及性能的前提下，采集和檢索大量系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)采集器應(yīng)支持存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，當(dāng)采集器和服務(wù)器發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，數(shù)據(jù)采集器應(yīng)能自動(dòng)緩存數(shù)據(jù)到本地硬盤(pán)，一旦恢復(fù)通訊后，應(yīng)能自動(dòng)將緩存數(shù)據(jù)發(fā)送到實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，保證數(shù)據(jù)不丟失。它主要要實(shí)現(xiàn)以下功能。

2.3.1 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，給用戶提供動(dòng)態(tài)的能耗變化數(shù)據(jù)，可以查看到每個(gè)測(cè)點(diǎn)的屬性以及累計(jì)量等信息。提供日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等數(shù)據(jù)整理功能，并能打印輸出。用戶可以通過(guò)多種方式進(jìn)行模糊查詢，根據(jù)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和連續(xù)性判斷測(cè)點(diǎn)是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的測(cè)點(diǎn)，以報(bào)警的方式提醒用戶，記錄報(bào)警（故障）便于查看。設(shè)置訪問(wèn)級(jí)別及內(nèi)容，區(qū)別顯示。

2.3.2 實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)歷史趨勢(shì)的查閱。趨勢(shì)圖能夠顯示出某一段時(shí)間數(shù)據(jù)變化的情況。實(shí)時(shí)趨勢(shì)能夠反映出當(dāng)前的數(shù)據(jù)變化情況，歷史趨勢(shì)的數(shù)據(jù)從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中取出，能夠查看任何時(shí)間段數(shù)據(jù)的變化情況。通過(guò)歷史趨勢(shì)的查看，可以了解長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)情況。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，可以利用歷史趨勢(shì)進(jìn)行事故追憶和事故原因分析。

2.3.3 WEB發(fā)布

服務(wù)器上的能源采集信息通過(guò)WEB發(fā)布后，使生產(chǎn)管理人員只需通過(guò)IE瀏覽器（不需要安裝其他軟件）就可以根據(jù)各自的權(quán)限查看現(xiàn)場(chǎng)不同的生產(chǎn)信息。利用企業(yè)局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡(luò)，用戶在辦公室隨時(shí)都可以通過(guò)安全登陸的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)瀏覽和管理現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的功能。

2.3.4 開(kāi)放數(shù)據(jù)接口

可以為ERP、CRM、OA、MIS等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，提供豐富的內(nèi)部函數(shù)，可以和SQL SERVER、ORACLE等關(guān)系性數(shù)據(jù)方便而可靠的進(jìn)行通訊。

以上為能源數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建的整體思路，以我公司數(shù)據(jù)采集平臺(tái)為例，需要采集的能源數(shù)據(jù)主要是各分廠二級(jí)流量計(jì)（用于空氣、蒸汽、氮?dú)?、水?jì)量）共計(jì)120點(diǎn)、各分廠變電站電能表共計(jì)208塊，以及自備電廠鍋爐能源數(shù)據(jù)采集，總變電站高配電氣能源數(shù)據(jù)采集。我公司現(xiàn)場(chǎng)各計(jì)量點(diǎn)及變電站分布分散，RTU采集設(shè)備采用了浙大中控GCS系統(tǒng)+日本橫河MW100數(shù)據(jù)采集器的方式，具體配置如表1～5。

能源傳輸網(wǎng)絡(luò)采用底層網(wǎng)絡(luò)接入，遠(yuǎn)程光纖傳輸，采用的是H3C網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)S1024R。同時(shí)配置力控ISG-SC202防火墻。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器及SCADA服務(wù)器均采用三網(wǎng)卡，并安裝金山殺毒軟件企業(yè)版。

上位機(jī)綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用浙大中控PIMS-Basic及 PIMS-RTDB-S0C(0．5W)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。最終實(shí)現(xiàn)了全廠能源數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集，實(shí)時(shí)監(jiān)控，日?qǐng)?bào)表，月報(bào)表自動(dòng)生成，歷史趨勢(shì)查看等功能，為我公司的能源管理及分析做出了重大貢獻(xiàn)。

表1 電能耗采集

表2 用水能耗采集

表3 蒸汽能耗采集

表4 壓縮空氣采集

表5 氮?dú)獠杉?/p>