吳海平，金巍銘，吳順鍬

（萬(wàn)科思自動(dòng)化（上海）有限公司，上海 200135）

隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)的全球化趨勢(shì)越來(lái)越明顯，即使在工業(yè)領(lǐng)域，瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)也讓企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。與此同時(shí)，國(guó)家戰(zhàn)略性提出《中國(guó)制造2025》，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開啟新工業(yè)革命，為了適應(yīng)多變市場(chǎng)的需求，流程工業(yè)企業(yè)都在積極地投身到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮中。

流程工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有相當(dāng)重要的地位，但這些工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、發(fā)展水平參差不齊是目前面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。有些企業(yè)自動(dòng)化基礎(chǔ)比較薄弱；有些企業(yè)雖然有比較完善的自控系統(tǒng)，但都是針對(duì)具體的工藝段，控制室分散在各個(gè)工藝現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境相對(duì)比較惡劣，噪聲粉塵等危害操作人員健康；有些企業(yè)已經(jīng)完成局部的小集控，但并沒(méi)有徹底解決自動(dòng)化孤島，以及信息共享交互、信息集成、信息分析等問(wèn)題。因此，如何做好流程工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)目標(biāo)是什么，依舊在摸索和探討之中。

1 流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)

在流程工業(yè)的典型代表如鋼鐵工業(yè)中，不少企業(yè)在智慧制造、智慧服務(wù)中全力探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐，并取得了初步成效。在智慧鋼廠的打造中，遍布現(xiàn)場(chǎng)的操作室一律集中到中心，操作崗位一律機(jī)器人，設(shè)備監(jiān)測(cè)運(yùn)維一律遠(yuǎn)程，服務(wù)環(huán)節(jié)一律上線。四個(gè)“一律”很好地詮釋了流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)目標(biāo)，明確了流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)目標(biāo)就是管控一體化及設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維。管控一體化可以面向業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)全流程的集中遠(yuǎn)控，大幅度提高工序間協(xié)同性、生產(chǎn)穩(wěn)定性，有效提高操作人員的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理模式的創(chuàng)新，從而提高企業(yè)的智能化水平。通過(guò)遠(yuǎn)程集中操作監(jiān)控和遠(yuǎn)程運(yùn)維可以實(shí)現(xiàn)減員增效，使操作人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)源，本質(zhì)化解決安全問(wèn)題；同時(shí)集中分析設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做到事前預(yù)警、事先預(yù)防、提前處置，從而確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 數(shù)據(jù)中臺(tái)

管控一體化平臺(tái)是以“云+邊”為構(gòu)架的智慧制造基礎(chǔ)設(shè)施，是對(duì)信息化架構(gòu)的優(yōu)化演變，打破了“信息孤島”［1］?；诠芸匾惑w化平臺(tái)完成的數(shù)據(jù)整合，可進(jìn)一步打造面向服務(wù)的全流程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中臺(tái)，從而打造應(yīng)用互聯(lián)的數(shù)字生態(tài)，帶動(dòng)流程工業(yè)的智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打造面向未來(lái)的數(shù)字工廠。

數(shù)據(jù)中臺(tái)是指通過(guò)數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算、存儲(chǔ)和加工，同時(shí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和口徑。數(shù)據(jù)統(tǒng)一后會(huì)形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行存儲(chǔ)，形成大數(shù)據(jù)資產(chǎn)層，進(jìn)而為客戶提供高效服務(wù)。支持海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算和產(chǎn)品化包裝過(guò)程，為前臺(tái)基于數(shù)據(jù)的定制化創(chuàng)新及為業(yè)務(wù)中臺(tái)基于數(shù)據(jù)反饋的持續(xù)演進(jìn)提供強(qiáng)大支撐。

與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)工具相比，數(shù)據(jù)中臺(tái)是一種新的理念，以“技術(shù)+業(yè)務(wù)”為雙驅(qū)動(dòng)，是企業(yè)開展新型運(yùn)營(yíng)的中樞系統(tǒng)，是一套可持續(xù)“讓企業(yè)的數(shù)據(jù)用起來(lái)”的機(jī)制，一種戰(zhàn)略選擇和組織形式，是依據(jù)企業(yè)特有的業(yè)務(wù)模式和組織架構(gòu)，通過(guò)有形的產(chǎn)品和實(shí)施方法論支撐，構(gòu)建一套持續(xù)不斷把數(shù)據(jù)變成資產(chǎn)并服務(wù)于業(yè)務(wù)的機(jī)制［2］。數(shù)據(jù)是每一個(gè)企業(yè)最寶貴的無(wú)形資產(chǎn)，數(shù)據(jù)中臺(tái)對(duì)企業(yè)的剛需價(jià)值在于能把企業(yè)擁有的“生產(chǎn)資料”轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“數(shù)據(jù)生產(chǎn)力”。當(dāng)企業(yè)的數(shù)據(jù)中臺(tái)搭建起來(lái)之后，能夠把所有內(nèi)部數(shù)據(jù)有機(jī)整合、串聯(lián)起來(lái)，形成企業(yè)高管、員工、伙伴共同參與和使用的完全數(shù)字化 “工作臺(tái)”。數(shù)據(jù)中臺(tái)示意圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中臺(tái)示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Data Center

管控一體化平臺(tái)為數(shù)據(jù)中臺(tái)提供重要數(shù)據(jù)源，為自動(dòng)化層向數(shù)據(jù)中心過(guò)渡的重要平臺(tái)；數(shù)據(jù)中臺(tái)為企業(yè)未來(lái)業(yè)務(wù)的應(yīng)用提供精準(zhǔn)、全面、快捷的數(shù)據(jù)服務(wù)，為數(shù)據(jù)中心向業(yè)務(wù)應(yīng)用的重要平臺(tái)。兩者為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要組成部分，缺一不可。

3 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)目標(biāo)，即管控一體化和設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維，需要從數(shù)據(jù)采集、傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程監(jiān)視、集中遠(yuǎn)控等方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造升級(jí)。應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備如下：

（1）邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)首先要解決高頻數(shù)據(jù)的采集，部分工藝數(shù)據(jù)的分析需要達(dá)到毫秒級(jí)的采集頻率。毫秒的高頻采集和存儲(chǔ)將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)需要在現(xiàn)場(chǎng)端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行初步判斷，過(guò)濾出有效數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)清洗。因此，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)一般采用多核CPU，并自帶大容量存儲(chǔ)，從而能在本地（邊緣端）完成分布式計(jì)算存儲(chǔ)。同時(shí)，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)還需具備協(xié)議轉(zhuǎn)換和IP重新規(guī)劃的功能。目前國(guó)內(nèi)外主流的PLC和DCS廠家有西門子、羅克韋爾、施耐德、萬(wàn)科思、浙江中控等，這些廠家產(chǎn)品都有各自的通信協(xié)議。接入管控一體化平臺(tái)時(shí)，均需轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的modbus協(xié)議，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)接入。

（2）5G 技術(shù)

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)采集到數(shù)據(jù)后，通常通過(guò)就近的有線網(wǎng)絡(luò)接入，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到管控中心。但可能存在部分現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)不方便布線的情況，這就需要考慮無(wú)線技術(shù)。大量的工藝數(shù)據(jù)及設(shè)備診斷數(shù)據(jù)，再加上高頻采集的需求將在現(xiàn)場(chǎng)端形成局部的海量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)3G/4G的傳輸不能滿足要求。5G技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)有帶寬高、網(wǎng)速快，滿足大數(shù)據(jù)量的快速傳輸；更低的時(shí)延，滿足實(shí)時(shí)性的需求；更廣的連接，滿足多站點(diǎn)并發(fā)采集的需求［3］。因此，基于5G技術(shù)的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)將成為高效可靠的數(shù)采遠(yuǎn)傳的一體化解決方案。

（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

隨著企業(yè)的發(fā)展，各個(gè)相關(guān)工藝段均有集中實(shí)現(xiàn)管控一體化的需求，SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控規(guī)模從之前的幾千點(diǎn)，發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)萬(wàn)點(diǎn)甚至數(shù)十萬(wàn)點(diǎn)的規(guī)模，傳統(tǒng)的監(jiān)控軟件已滿足不了大數(shù)據(jù)量的采集和查詢的需求，需自帶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)控軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的采集、存儲(chǔ)和分析。

（4）斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)

對(duì)于偶發(fā)的不可避免的通信中斷情況，為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，SCADA系統(tǒng)需支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能，即通信故障時(shí)，數(shù)據(jù)暫時(shí)緩存在現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)關(guān)控制器中，當(dāng)通信恢復(fù)后，可對(duì)緩存的帶時(shí)標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行召喚，并回補(bǔ)到SCADA系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。

（5）負(fù)載均衡及多重冗余技術(shù)

傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)為了保證可靠性，一般采取的是雙機(jī)熱備的冗余技術(shù)。在流程行業(yè)完成管控一體化后，SCADA系統(tǒng)中海量的數(shù)據(jù)將是企業(yè)數(shù)字化綜合展示和分析的基礎(chǔ)和唯一來(lái)源，因此對(duì)數(shù)據(jù)可靠性的要求將更高。所有遍布現(xiàn)場(chǎng)的操作室一律集中到管控中心，對(duì)SCADA軟件平臺(tái)的安全、穩(wěn)定和可靠的要求，將達(dá)到前所未有的高度，因此需考慮應(yīng)用分布式的多重冗余技術(shù)，使數(shù)據(jù)可以分布地存儲(chǔ)在多臺(tái)服務(wù)器上，服務(wù)器甚至可以在異地分布。同時(shí)，幾個(gè)服務(wù)器可以共同分擔(dān)負(fù)荷，達(dá)到負(fù)載均衡的效果，并完成多重冗余。

4 管控一體化系統(tǒng)應(yīng)用案例

以某鋼鐵企業(yè)能源精益管控一體化系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐為例進(jìn)行介紹。

4.1 實(shí)踐方案

能源精益管控一體化系統(tǒng)主要由管控中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件平臺(tái)、管控中心服務(wù)器集群、管控中心工作站、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、邊緣計(jì)算采集網(wǎng)關(guān)等組成，系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。

圖2 能源精益管控一體化系統(tǒng)構(gòu)架圖Fig.2 Architecture Diagram for Energy Lean Integrated Management and Control All-in-one System

4.1.1 管控中心

管控中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，采用Linux操作系統(tǒng)，部署了自帶分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的SCADA軟件，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和1:4重冗余功能，即任何一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，其負(fù)責(zé)的工作任務(wù)可以根據(jù)配置好的策略自動(dòng)切換到其他正常的服務(wù)器上運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)高可靠性。

分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件通過(guò)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)PLC控制站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、趨勢(shì)記錄、控制指令下發(fā)、操作記錄和歷史數(shù)據(jù)歸檔等功能。

操作員站由燃?xì)獠僮髡尽⒔o水操作站、空壓操作站、調(diào)度長(zhǎng)站、工程師站和圖形工作站組成，部署在控制中心，作為管控系統(tǒng)的操控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管控系統(tǒng)下屬站點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。

操作員站安裝Windows 10中文專業(yè)版操作系統(tǒng)和SCADA客戶端軟件，完成操作畫面、工藝流程及數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)曲線、參數(shù)設(shè)定、事件報(bào)警、潮流監(jiān)視、設(shè)備狀態(tài)顯示等功能；還可進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表查詢、報(bào)表打印等工作。

4.1.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)接入層網(wǎng)絡(luò)、匯聚層網(wǎng)絡(luò)、核心層網(wǎng)絡(luò)、桌面操作層網(wǎng)絡(luò)組成。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從接入層到桌面操作層都能實(shí)現(xiàn)冗余，以保障管控系統(tǒng)的可靠性。其中，匯聚層網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)千兆光纖雙環(huán)網(wǎng)建設(shè)，每個(gè)匯聚站由一對(duì)冗余的千兆工業(yè)光纖交換機(jī)組成，與相鄰的匯聚站之間通過(guò)2路光纖相連；管控中心的核心交換機(jī)通過(guò)光纖分別與環(huán)網(wǎng)中相鄰的兩個(gè)匯聚站相連。

光纖雙環(huán)網(wǎng)的特點(diǎn)如下：

（1）光纖雙環(huán)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)上具有多重冗余功能，能確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

（2）光纖雙環(huán)網(wǎng)僅2個(gè)主干節(jié)點(diǎn)與核心交換機(jī)有連接，相比于星型網(wǎng)絡(luò)，核心交換機(jī)的光口數(shù)量無(wú)需太多，成本更低，維護(hù)更簡(jiǎn)單。

針對(duì)部分有線網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)不便的站點(diǎn)或現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備，通過(guò)5G邊緣網(wǎng)關(guān)采集后，直接構(gòu)建5G通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)VPND技術(shù)，接入核心交換機(jī)。

4.1.3 邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集端采用邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)能源精益管控軟件平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)的不停機(jī)接入，能源管控站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程控制、無(wú)線遠(yuǎn)傳與網(wǎng)絡(luò)隔離功能，以及關(guān)鍵能耗設(shè)備,運(yùn)行參數(shù)的采集和分析。

（1）高頻數(shù)據(jù)采集

選用的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)采用了多核1.2 GHz的CPU，能勝任高頻海量數(shù)據(jù)采集需求，數(shù)據(jù)采集頻率達(dá)到毫秒級(jí)別。邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)自帶1G內(nèi)存和8 Gflash，大容量存儲(chǔ)配置可使網(wǎng)關(guān)在邊緣端完成分布式計(jì)算存儲(chǔ)，同時(shí)支持通信中斷后的斷點(diǎn)續(xù)傳，即通信中斷時(shí)數(shù)據(jù)可以帶時(shí)間標(biāo)簽存儲(chǔ)在本地的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)中，當(dāng)通信恢復(fù)，數(shù)據(jù)可帶時(shí)標(biāo)回補(bǔ)到管控中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，保證數(shù)據(jù)的完整性。

（2） 網(wǎng)絡(luò)隔離

鋼廠的能源動(dòng)力部下屬的站點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上都是相互獨(dú)立的，各個(gè)站所的本地監(jiān)控計(jì)算機(jī)和PLC的IP地址都是隨機(jī)的，能源管控系統(tǒng)需把所有站點(diǎn)匯聚到一個(gè)軟件平臺(tái)上，通過(guò)網(wǎng)關(guān)的方式進(jìn)行隔離。通過(guò)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，IP可重新規(guī)劃。邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)有3個(gè)以太網(wǎng)口，3個(gè)以太網(wǎng)口之間相互隔離，每個(gè)網(wǎng)口可以單獨(dú)配置IP地址。網(wǎng)關(guān)的第1個(gè)網(wǎng)口用于連接能源管控系統(tǒng)，對(duì)IP地址進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。第3個(gè)網(wǎng)口用于連接現(xiàn)場(chǎng)的PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的IP地址段進(jìn)行設(shè)置，使得能源管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)隔離，避免兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的交叉影響；同時(shí)，不需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)修改IP地址，所有站點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)接入。第2個(gè)網(wǎng)口用來(lái)做冗余或用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。

（3）數(shù)據(jù)采集與協(xié)議轉(zhuǎn)換

通過(guò)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)場(chǎng)的PLC采用原有的協(xié)議通信，在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部再統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成modbus TPC/IP協(xié)議，并重新編制與管控系統(tǒng)的通訊地址，減少通訊數(shù)據(jù)包數(shù)量，提高與管控系統(tǒng)的通信效率。

（4）集成5G通信

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)作為一體化設(shè)備，集成了5G通信模塊，可方便地接入到5G網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)可靠和高效的數(shù)據(jù)傳輸。5G的高帶寬和低時(shí)延的特性，使得管控中心的集中遠(yuǎn)控時(shí)效性和可靠性得到了保證。

（5）邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)針對(duì)高頻采集到的設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的振動(dòng)、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、流量、電流電壓等參數(shù)，通過(guò)邊緣計(jì)算功能如快速傅里葉變換、故障特征數(shù)據(jù)提取等，在本地完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，僅將計(jì)算結(jié)果上傳到服務(wù)器中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和瀏覽。同時(shí)，可通過(guò)圖譜分析軸承特征頻率等信息，提前預(yù)知軸承的損傷程度，并做出預(yù)警，讓維護(hù)人員及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，從而避免故障的產(chǎn)生。

4.2 主要功能和特點(diǎn)

4.2.1 跨平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)架

能源管控系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用Linux+Windows系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用Linux操作系統(tǒng)，相比Windows操作系統(tǒng)，Linux操作系統(tǒng)不會(huì)感染病毒，執(zhí)行效率更高，穩(wěn)定性更好，確保了系統(tǒng)核心部件的安全性、高效性和可靠性?？蛻舳瞬捎肳indows操作系統(tǒng)，人機(jī)交互更友好，便于操作人員使用。

4.2.2 負(fù)載均衡多重冗余

能源管控系統(tǒng)配置4臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，能源動(dòng)力部下屬的近100個(gè)站所根據(jù)專業(yè)和點(diǎn)數(shù)分?jǐn)偟?臺(tái)服務(wù)器上，使得每臺(tái)服務(wù)器所承擔(dān)的工作負(fù)荷相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的負(fù)載均衡功能。負(fù)載均衡原理如圖3所示。

圖3 負(fù)載均衡原理圖Fig.3 Schematic Diagram for Load Balancing

能源管控系統(tǒng)的4臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間還同時(shí)實(shí)現(xiàn)1:4的多重冗余，任何1臺(tái)或幾臺(tái)服務(wù)器故障，其所承擔(dān)的任務(wù)會(huì)根據(jù)提前配置好的優(yōu)先級(jí)策略把故障服務(wù)器的任務(wù)切換到優(yōu)先級(jí)較高的服務(wù)器上運(yùn)行，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的完整性和可靠性。

4.2.3 4分屏技術(shù)

能源管控系統(tǒng)1個(gè)席位要監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)4～6個(gè)站點(diǎn)，之前傳統(tǒng)的方案是采用1個(gè)席位配置6臺(tái)計(jì)算機(jī)和6塊顯示屏，配置6個(gè)鼠標(biāo)和鍵盤，操作人員操作起來(lái)比較麻煩，操作時(shí)容易選錯(cuò)鼠標(biāo)。針對(duì)上述問(wèn)題，系統(tǒng)做了優(yōu)化，采用1個(gè)高分辨率（3 940×2 160）大尺寸顯示器，在大顯示器上切分成4個(gè)分辨率為1 920×1 080的顯示區(qū)域，相當(dāng)于4塊顯示屏。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件平臺(tái)可通過(guò)配置支持4分屏功能。

4分屏技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）1個(gè)席位只用1臺(tái)計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)站所的界面監(jiān)控，只占用1個(gè)客戶端授權(quán)；

（2）一個(gè)席位只配置1個(gè)鼠標(biāo)和鍵盤，方便操作人員操作；

（3）不需要額外的硬件支持來(lái)4分屏功能；

（4）支持4分屏界面放大到全屏顯示，方便操作人員操作和重要數(shù)據(jù)監(jiān)控。

4.2.4 三級(jí)報(bào)警及視頻聯(lián)動(dòng)

能源管控系統(tǒng)軟件對(duì)所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)按一、二、三級(jí)報(bào)警做了分類：一級(jí)報(bào)警為嚴(yán)重報(bào)警，報(bào)警發(fā)生時(shí)，能源管控軟件平臺(tái)對(duì)應(yīng)的席位會(huì)播報(bào)錄制好的對(duì)應(yīng)的報(bào)警聲音，并把報(bào)警數(shù)據(jù)推送給視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)彈出相應(yīng)的攝像頭進(jìn)行報(bào)警設(shè)備的視頻監(jiān)控。二級(jí)報(bào)警為重要報(bào)警，報(bào)警發(fā)生時(shí)，能源管控軟件平臺(tái)對(duì)應(yīng)的席位會(huì)播報(bào)錄制好的對(duì)應(yīng)的報(bào)警聲音。三級(jí)報(bào)警為一般報(bào)警，不播報(bào)報(bào)警聲音，僅在報(bào)警界面進(jìn)行顯示。

能源管控系統(tǒng)的一、二、三級(jí)報(bào)警按優(yōu)先級(jí)劃分了255個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)優(yōu)先級(jí)可以關(guān)聯(lián)指定的報(bào)警聲音文件，一、二級(jí)報(bào)警的報(bào)警聲音可以細(xì)化到機(jī)組報(bào)警，方便操作人員快速定位報(bào)警和及時(shí)處理。

能源管控系統(tǒng)每個(gè)席位要同時(shí)監(jiān)控多個(gè)站所，當(dāng)有報(bào)警觸發(fā)時(shí)，操作人員馬上打開對(duì)應(yīng)的監(jiān)控界面有一定難度。能源管控平臺(tái)軟件對(duì)每個(gè)報(bào)警配置了關(guān)聯(lián)的工藝界面，當(dāng)報(bào)警觸發(fā)時(shí)，可以通過(guò)雙擊或右鍵單擊報(bào)警條，在彈出的菜單里選擇 “示意圖”，快速打開報(bào)警信息所在的工藝監(jiān)控界面。

4.2.5 智慧遠(yuǎn)程運(yùn)維

能源管控系統(tǒng)根據(jù)專業(yè)劃分，開發(fā)了對(duì)應(yīng)專業(yè)所有站點(diǎn)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)的監(jiān)控界面。運(yùn)維人員可以在管控中心實(shí)時(shí)了解分布在全廠的所有邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)，其監(jiān)控界面包含如下功能：

（1）用1個(gè)界面監(jiān)控本專業(yè)的所有網(wǎng)關(guān)工作狀態(tài)及通訊狀態(tài)；

（2）顯示主輔兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行、故障及冗余狀態(tài)；

（3）顯示管控軟件平臺(tái)跟網(wǎng)關(guān)的通訊狀態(tài)；

（4）顯示管控軟件平臺(tái)跟網(wǎng)關(guān)通過(guò)哪條通訊鏈路進(jìn)行通訊；

（5）顯示網(wǎng)關(guān)跟PLC的通訊狀態(tài)。

通過(guò)邊緣技術(shù)網(wǎng)關(guān)采集到重點(diǎn)能耗設(shè)備及關(guān)鍵計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，網(wǎng)關(guān)在進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)清洗后，實(shí)時(shí)上傳到管控平臺(tái)，運(yùn)維人員可以方便地在管控中心對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，同時(shí)，配合故障診斷分析系統(tǒng)和相關(guān)知識(shí)庫(kù)，可以事前預(yù)知潛在的故障，做到事前處置，并提供優(yōu)化的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。相比于之前的設(shè)備定期檢測(cè)或在線監(jiān)測(cè)離線分析檢測(cè)方式，現(xiàn)有的方式可以極大地減少運(yùn)維人員，同時(shí)提供了更科學(xué)準(zhǔn)確的運(yùn)維方案，減少事故的發(fā)生［4］。

5 結(jié)語(yǔ)

流程工業(yè)中的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是全球數(shù)字化進(jìn)程的一個(gè)子部分，也被視為第四次工業(yè)革命。流程工業(yè)要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最基本的前提就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)整合，而管控一體化的解決方案是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和落地的重要實(shí)現(xiàn)方式，它能很好地幫助企業(yè)完成數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)整合，最終形成企業(yè)自身的數(shù)據(jù)湖，為數(shù)據(jù)中臺(tái)的搭建提供數(shù)據(jù)源。隨著大數(shù)據(jù)，云計(jì)算，人工智能等一系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)也將被越來(lái)越多的企業(yè)視為核心資產(chǎn)，是企業(yè)數(shù)字化過(guò)程中積累的財(cái)富。因此，在流程工業(yè)中如何做好全廠的管控一體化將是一個(gè)值得深思的問(wèn)題。