張宏利

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

物聯(lián)網(wǎng)(Thc Intcrnct of things)概念是1999年由麻省理工學院自動標識中心(MITAuto-ID Center)提出,早期的定義很簡單：把所有物品通過射頻識別標簽等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,實現(xiàn)智能化識別和管理[1]。通常來說物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成[2]。物聯(lián)網(wǎng)被看作信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革機遇．歐盟委員會認為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用將在未來5～15年中為解決現(xiàn)代社會問題帶來極大貢獻，2009年以來，一些發(fā)達國家紛紛出臺物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃進行相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局我國也將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)予以重點關(guān)注和推進[3]。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)促進了世界上人與機器、與自然、社會之間的交流，讓人們的生活變得更加便捷和美好。

1 應(yīng)急管理系統(tǒng)的組成

應(yīng)急管理系統(tǒng)整體架構(gòu)共分為三層，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)展示層。結(jié)構(gòu)圖如下：

1.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要采集現(xiàn)場PLC、DCS、儀表設(shè)備信息數(shù)據(jù)，可以將所有設(shè)備通過交換機匯總到一起，輸出匯總后連接采集模塊（模塊具備存儲功能，在斷網(wǎng)等異常情況下，本身可以存儲一定量的歷史數(shù)據(jù)），設(shè)備連接到數(shù)據(jù)處理層的實時數(shù)據(jù)庫。

1.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層主要負責對提取上來的儀表數(shù)據(jù)進行處理和存儲，為系統(tǒng)程序的開發(fā)提供基礎(chǔ)信息。對歷史數(shù)據(jù)進行處理，滿足監(jiān)控需求，同時可以根據(jù)信息展示要求頻率，頻率可以達到秒級。

1.3 數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)展示層主要負責對現(xiàn)場設(shè)備及儀表中提取的重要能源數(shù)據(jù)按照用戶要求進行系統(tǒng)頁面開發(fā)最終展現(xiàn)給用戶。其中系統(tǒng)展示層所具備的功能大致劃分分為：設(shè)備及儀表數(shù)據(jù)實時展示、診斷報警、歷史查詢、工藝規(guī)程管理、重大危險源監(jiān)控、數(shù)據(jù)報表、能源消耗、能源調(diào)差、系統(tǒng)日志以及用戶權(quán)限管理等。

2 硬件設(shè)計

2.1 串口服務(wù)器設(shè)計

串口服務(wù)器的作用是將RS485通信轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)通信，通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，突破RS485通信距離最遠1200米的限制。串口服務(wù)器具備RS485和網(wǎng)絡(luò)通信端口，RS485端口接入儀器儀表組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通信端口接入儀表數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)儀器儀表與儀表數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的通信連接和數(shù)據(jù)采集。

2.2 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)設(shè)計

PLC、DCS數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)用于實現(xiàn)PLC、DCS等生產(chǎn)主控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，利用網(wǎng)絡(luò)通過工業(yè)數(shù)據(jù)采集協(xié)議進行采集，具備最大10000點數(shù)據(jù)采集能力。PLC、DCS數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)具備網(wǎng)絡(luò)隔離功能，分為控制端和轉(zhuǎn)發(fā)端，兩端彼此隔離不能通信，以保障生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)安全?？刂贫擞糜诮玉gPLC、DCS等生產(chǎn)主控設(shè)備以及用于網(wǎng)關(guān)的配置調(diào)試，轉(zhuǎn)發(fā)端用于接駁實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)急平臺網(wǎng)絡(luò)的有效隔離。

2.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計通常采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計，環(huán)網(wǎng)設(shè)計方案具備較高的可靠性，可保證網(wǎng)絡(luò)某一節(jié)點的故障不影響系統(tǒng)的整體使用，同時環(huán)網(wǎng)分為單環(huán)與雙環(huán)。雙環(huán)要求兩個環(huán)網(wǎng)走不同的路徑，成本較高。另外，為了加大帶寬，采用鏈路聚合技術(shù)進行管理，以實現(xiàn)高帶寬通道的需求，其目的是將一千兆的帶寬擴展到兩千兆。拓寬帶寬的同時，由于使用兩對光纖，也提高了系統(tǒng)的可靠性[4]。

在網(wǎng)絡(luò)的安全性方面：各類設(shè)備包括DCS、PLC和儀表采用獨立的VLAN隔離，保證了各個系統(tǒng)之間互相不會受到影響。生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)接入到MES網(wǎng)絡(luò)采用防火墻進行隔離。支持豐富的攻擊防范功能。包括IP分片報文、ARP欺騙、ARP主動反向查詢、TCP報文標志位不合法、超大ICMP報文、地址掃描、端口掃描等攻擊防范，保證正常的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)不受影響。

2.4 服務(wù)器設(shè)計

在保障系統(tǒng)運行穩(wěn)定的前提下，充分考慮未來企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展需要，做出合理的規(guī)劃設(shè)計。整個系統(tǒng)平臺物理架構(gòu)由服務(wù)器，前置機，KVM以及服務(wù)器機柜以及附屬PDU構(gòu)成。應(yīng)用服務(wù)器采用VMware-ESXi虛擬化技術(shù)平臺，用于關(guān)系數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)應(yīng)用，主要提供對相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)，采用冗余設(shè)計，1臺服務(wù)器宕機，另1臺服務(wù)器接管，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)服務(wù)器用于實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)。應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)器采用RAID5、數(shù)據(jù)備份等技術(shù)提供安全、穩(wěn)定、可靠的存儲服務(wù)，通過KVM進行切換顯示維護，放置同一個機柜中。前置機用于DMZ區(qū)與外網(wǎng)通信服務(wù)。整個架構(gòu)擴展靈活，能很好地適應(yīng)未來信息系統(tǒng)等業(yè)務(wù)的復雜性。

2.5 數(shù)據(jù)采集方案設(shè)計

數(shù)據(jù)的采集實際上是對冶金企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的儀表數(shù)據(jù)進行采集，有一些儀表采集的介質(zhì)值直接參與生產(chǎn)，這一類的信號往往已經(jīng)進DCS。還有些儀表不參與生產(chǎn)，這類儀表通常是具備4-20MA的電流信號輸出，還有一些儀表具備485通訊功能，針對這些情況需要制定不同的數(shù)據(jù)采集方案。

針對于DCS數(shù)據(jù)采集通常用到OPC數(shù)據(jù)通訊技術(shù)。所用的OPC即OLE for Process Control，是用于過程控制的OLE(Object Linking and Embedding )技術(shù)．它是世界上多個自動化公司、軟硬件供應(yīng)商與徽軟合作開發(fā)的一套工業(yè)標準、是專為在現(xiàn)場設(shè)備、自控應(yīng)用、企業(yè)管理應(yīng)用軟件之間實現(xiàn)系統(tǒng)無縫集成而設(shè)計的接口規(guī)范[5]。OPC所具有的靈活性和機動性使硬件設(shè)備驅(qū)動器的開發(fā)變得單一化，同時用戶可以選用不同的商業(yè)軟件包，使得系統(tǒng)構(gòu)成的成本大為降低[6]。采集DCS數(shù)據(jù)常用的硬件為工業(yè)網(wǎng)閘，網(wǎng)閘是一種具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能的硬件，具備數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定、支持多種儀表通訊協(xié)議與物理隔離等特點。網(wǎng)閘轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)可直接采集進實時庫中。

對于485/232、模擬量、數(shù)字量等接口儀器儀表，此類儀表處于離散的分布狀態(tài)且不具備直接接入條件，對于這一類型數(shù)據(jù)，通過對離散的儀表進行組網(wǎng)，部署串口服務(wù)器和數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議后進行數(shù)據(jù)采集，對于采集的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

3 軟件設(shè)計

應(yīng)用層的主體業(yè)務(wù)模塊分為數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、視頻布防、監(jiān)測點歷史趨勢查詢、報警推送、應(yīng)急指揮、應(yīng)急培訓等模塊。

數(shù)據(jù)實時監(jiān)控：數(shù)據(jù)實時監(jiān)控主要是對采集到的危險源數(shù)據(jù)進行集中展示，如溫度、壓力、流量的瞬時值等，需要保持頁面顯示和現(xiàn)場設(shè)備及儀表顯示同步，使值班人員可在一個平臺上查看全廠危險源數(shù)據(jù)，為安全生產(chǎn)調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐。

歷史趨勢查詢：歷史趨勢查詢主要是對危險源的過程數(shù)據(jù)進行記錄生成歷史數(shù)據(jù)，并以圖形化的方式展示歷史趨勢，用于過程分析或者原因分析。

實時報警功能：系統(tǒng)設(shè)計兩種報警方式，分別為趨勢報警與超閾值報警。趨勢報警為當某一監(jiān)測點的數(shù)據(jù)持續(xù)升高或者降低，系統(tǒng)自動生生一條趨勢報警數(shù)據(jù)，并推送給相關(guān)管理人員。另一種報警方式為超閾值報警，該功能需要用戶提前設(shè)定好每一個監(jiān)測點的報警閾值，當實時數(shù)據(jù)超過或者低于該閾值時系統(tǒng)也會自動產(chǎn)生一條報警信息。系統(tǒng)報警方式為彈出窗口與聲光報警，該方式可將報警信息及時推送給值班員，同時系統(tǒng)會對報警信息進行統(tǒng)計與存儲，便于提示用戶及時處理和事后分析。

風險研判：風險研判是對危險源的過程數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、周邊氣候條件、事故發(fā)展規(guī)律等信息進行匯總并通過數(shù)據(jù)模型進行計算，預測安全生產(chǎn)事件發(fā)生的可能性、規(guī)模、影響范圍從而得出目前企業(yè)風險等級與風險點，為決策者提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

預警信息發(fā)布：當系統(tǒng)綜合研判得出風險等級、影響范圍和嚴重程度等信息后及時通過短信、微信、電話、廣播的形式通知到預判影響范圍內(nèi)的工作人員做好防范措施或者組織撤離等。

應(yīng)急指揮：系統(tǒng)實時掌握應(yīng)急方案建設(shè)情況、應(yīng)急人員、物資分布、視頻對講等情況。當出現(xiàn)應(yīng)急情況時平臺會輔助指揮人員制定應(yīng)急方案以及人員物資調(diào)度，同時會將應(yīng)急情況及時匯報給有關(guān)方面，實現(xiàn)多方面信息共享，應(yīng)急情況聯(lián)合指揮等。

視頻實時監(jiān)控：在危險區(qū)域進行視頻布防，并通過算法對采集到的視頻信號進行分析，一旦出現(xiàn)特殊情況及時報警。

應(yīng)急培訓：按照國家相關(guān)要求，需要對冶金行業(yè)從業(yè)人員定時進行相關(guān)的應(yīng)急培訓，系統(tǒng)為冶金企業(yè)提供網(wǎng)絡(luò)培訓功能。從業(yè)人員可通過已經(jīng)錄制好的應(yīng)急培訓視頻學習也可參加在線的網(wǎng)絡(luò)培訓，從而提高從業(yè)人員對風險認識度以及應(yīng)急處置能力。同時應(yīng)該大力開展實物操作培訓。主要是通過實物或模型建立的用于展示和操練的真實場景。展示部分包括勞保用品展示,冶金實訓裝置的展示,火災(zāi)報警器及消防設(shè)備設(shè)施的展示,施工工器具的展示,直接作業(yè)環(huán)節(jié)中各施工場景的模型展示等。實物操練部分包括勞保用品的正確使用,消防設(shè)備設(shè)施的正確使用,施工工具的正確使用,直接作業(yè)環(huán)節(jié)和設(shè)備本質(zhì)安全模塊中真實設(shè)備設(shè)施的操作練習,現(xiàn)場急救模塊中的心臟復蘇、傷口包扎等救護技能的體驗練習,重物模型的搬運練習等[7]。平臺會根據(jù)不同的培訓類型提供不同的記錄表單，管理人員在表單上記錄培訓的相關(guān)情況，作為應(yīng)急培訓記錄留存，做到了培訓數(shù)據(jù)可追溯。

4 方案優(yōu)勢

4.1 方案高穩(wěn)定性

方案在硬件與軟件設(shè)計方面充分考慮了穩(wěn)定性，保障了系統(tǒng)提供 7×24 小時的連續(xù)運行，低故障率，故障可在最短時間內(nèi)快速修復。

4.2 方案高可用性

方案負載均衡和群集技術(shù)，提供數(shù)據(jù)緩存和負載均衡機制，可服務(wù)于更多的用戶，并獲得良好的執(zhí)行效率。

4.3 方案高安全性

對于信息化系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)的安全性非常重要。對于應(yīng)急管理數(shù)據(jù)通常作為應(yīng)急指揮、事故分析的依據(jù)，因此必須保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。在系統(tǒng)設(shè)計時充分考慮了外部網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)損壞等極端情況，采用了數(shù)據(jù)加密存儲、數(shù)據(jù)異地備份、網(wǎng)絡(luò)隔離等措施。

5 結(jié)語

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)為冶金企業(yè)安全生產(chǎn)提供了新的解決方案，應(yīng)急管理平臺建設(shè)就是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的典型案例。在應(yīng)急管理平臺建設(shè)中要以科技為核心，解決實際問題為目的，讓科技的力量為冶金企業(yè)的安全生產(chǎn)提供更有利的保障。