產(chǎn)品簡(jiǎn)介

AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數據、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺，滿(mǎn)足用戶(hù)或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數、室內環(huán)境溫濕度、電纜及母線(xiàn)運行溫度、現場(chǎng)設備或環(huán)境視頻場(chǎng)景等需求，實(shí)現數據一個(gè)中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶(hù)通過(guò)電腦、手機、PAD等各類(lèi)終端鏈接訪(fǎng)問(wèn)、接收報警，并完成有關(guān)設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

詳情介紹

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1.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業(yè)能源管控平臺、遠程預付費管控云平臺、宿舍預付費管控云平臺、充電樁收費運營(yíng)云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環(huán)保用電監管云平臺；

2.       系統解決方案：變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控系統、配電室綜合監控系統、能耗管理系統、電能管理系統、馬達保護與監控系統、動(dòng)環(huán)監控及能效分析系統、智能照明監控系統、消防設備電源監控裝置、防火門(mén)監控系統、余壓監控系統、消防應急照明和疏散指示系統；無(wú)線(xiàn)測溫系統；

3.       中壓測控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測控裝置、線(xiàn)路保護裝置、配電變保護裝置、電動(dòng)機保護裝置、備自投保護裝置、電容器保護裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護裝置、電流互感器過(guò)電壓保護器、溫濕度控制器、無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫傳感器、CT取電無(wú)線(xiàn)測溫傳感器；

4.       電力監控與保護：弧光保護裝置、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動(dòng)機(馬達）保護器、低壓線(xiàn)路保護器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

5.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、高精度網(wǎng)絡(luò )電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、高海拔儀表、逆電流監測電表、電子式電能表、導軌式電能表、面板表嵌入式電表、預付費表、多用戶(hù)計量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無(wú)線(xiàn)多回路計量交流/直流表、無(wú)線(xiàn)多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無(wú)線(xiàn)通訊轉換器、智能照明控制裝置；

6.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線(xiàn)安防保護器、諧波保護器、靜止無(wú)功發(fā)生器、濾波補償裝置、電力電容補償裝置、集成式諧波抑制電力電容補償裝置、投切開(kāi)關(guān)、功率因數補償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

7.       電氣安全：電氣火災監控探測器、剩余電流探測器、電氣火災監控裝置、在線(xiàn)監控路燈計量、無(wú)線(xiàn)測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、醫用隔離電源絕緣監測裝置、醫療機構絕緣報警顯示儀、醫療醫院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監測裝置、電氣防火限流式保護器；

8.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車(chē)智能充電樁、汽車(chē)充電樁、光伏匯流采集裝置；

9.       數據中心/鐵塔基站：數據采集模塊、機房數據柜監控裝置、多回路電表、母線(xiàn)監控裝置、電力監控屏；

10.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機、無(wú)線(xiàn)通信終端（無(wú)線(xiàn)通訊轉換器）、數據轉換模塊、串口服務(wù)器；

11.       電量傳感器：低壓電流互感器、開(kāi)口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動(dòng)機保護器專(zhuān)用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線(xiàn)圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無(wú)功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

12.       環(huán)保監控：油煙在線(xiàn)監測儀、環(huán)保數據采集傳輸裝置；

摘要：針對目前鋼鐵企業(yè)對能效要求的**，企業(yè)需要建立一套能源管理系統。鋼鐵企業(yè)過(guò)程控制層控制設備繁雜，通信協(xié)議繁多，難以實(shí)現數據的集成和共享。為此，文中提出了一種基于工業(yè)網(wǎng)關(guān)的數據采集系統，該系統作為一個(gè)標準的數據采集平臺，可實(shí)現對多源異構的數據采集，為能源管理系統（EMS）以及后續的企業(yè)管理系統（ERP）提供統一的數據。隨后，利用串口和Modbus工具對數據采集系統進(jìn)行仿真實(shí)驗驗證。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)數據采集；工業(yè)網(wǎng)關(guān)；仿真

0引言

隨著(zhù)這些年引進(jìn)技術(shù)以及自主研發(fā)，國內鋼鐵企業(yè)的自動(dòng)化和信息化水平有了長(cháng)足的進(jìn)步，各種新的信息化、自動(dòng)化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛的應用。隨著(zhù)大數據技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對采集和管理全生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)、運營(yíng)數據有著(zhù)迫切的需求，以改善企業(yè)生產(chǎn)管理，改進(jìn)生產(chǎn)工藝[1]。但各種不同的技術(shù)、產(chǎn)品被部署到企業(yè)現場(chǎng)后，出現了一些問(wèn)題：

（1）設備種類(lèi)多，地域分布廣，通訊鏈路比較復雜；

（2）傳輸標準多樣化，不同的通訊技術(shù)，通訊協(xié)議并存；

（3）部署、調試與維護管理的成本劇增。

鋼鐵企業(yè)的能源消耗直接決定了其生產(chǎn)成本，降低能耗對**企業(yè)競爭力有著(zhù)非常重要的意義。鋼鐵企業(yè)污染排放量大，如果能合理使用與平衡調配能源，對環(huán)境保護也有作用。能源管理系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“EMS”）對全廠(chǎng)能源介質(zhì)計量實(shí)行集中監視，其主要功能是實(shí)現高爐煤氣、轉爐煤氣、天然氣、水蒸氣、氧氮氬、水、電等數據計量采集，對在公司層面優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、**環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗、**勞動(dòng)生產(chǎn)率和能源管理水平將起到十分明顯的促進(jìn)作用。

鋼鐵企業(yè)過(guò)程控制層控制設備繁雜，通信協(xié)議繁多，難以實(shí)現數據的集成和共享。本文提出了一種基于工業(yè)網(wǎng)關(guān)的數據采集系統，作為一個(gè)數據采集平臺，實(shí)現對多源異構的數據進(jìn)行采集，為能源管理系統（EMS）以及后續企業(yè)管理系統（ERP）提供統一的數據。

1多源異構數據實(shí)時(shí)采集系統

根據鋼鐵EMS系統的特點(diǎn)，對數據采集子系統提出了以下幾個(gè)要求：

（1）可靠性。需要能夠在比較嚴酷的工業(yè)現場(chǎng)長(cháng)時(shí)間可靠地工作，保證過(guò)程數據不丟失。

（2）適應性。要求系統能提供企業(yè)現場(chǎng)多傳感器、多協(xié)議的統一數據接口，開(kāi)放式可擴展的數據采集框架，為數據后續的系統提供統一、實(shí)時(shí)的數據。

（3）可擴展性。考慮到能源系統隨主系統不斷拓展的特點(diǎn)，數據采集的接口也需要能夠相應地拓展，以便將新的數據源接入到系統中來(lái)。

（4）可維護性。系統要能夠實(shí)現在線(xiàn)診斷、遠程維護等功能，方便找出有問(wèn)題的采集結點(diǎn)并及時(shí)修復，減少人工巡檢的成本。

（5）安全性。一方面要確保采集到的數據能夠安全地傳送到EMS上層系統，一方面也要確保企業(yè)過(guò)程控制系統不受外部網(wǎng)絡(luò )威脅。

目前，企業(yè)需要接入ERP系統的各個(gè)現場(chǎng)控制系統現狀如表1所列。

表1某鋼鐵企業(yè)現場(chǎng)控制系統現狀

對原有PLC或DCS的系統，通過(guò)數據采集系統接入到上層系統即可。對空壓系統和水系統，則需要對其進(jìn)行相應的改造，實(shí)現系統的PLC控制或者DCS控制，并用智能儀表來(lái)代替傳統儀表。

1.1異構數據采集系統框架設計

能源管理系統的構架如圖1所示，在組網(wǎng)方式上，考慮到各個(gè)廠(chǎng)區距離較遠，采用環(huán)形加心形的方式：各個(gè)工廠(chǎng)組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，而工廠(chǎng)里各個(gè)采集點(diǎn)采用心形連接接入到環(huán)網(wǎng)中。將各個(gè)子系統采集到的數據通過(guò)交換機傳輸到服務(wù)器中。

圖1某鋼鐵企業(yè)EMS系統

1.2多源異構數據采集系統標準化方案

為了滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )貫通，面對大范圍的介入，提供一種標準、可用、易用、易維護的方案。針對企業(yè)中RTU和PLC等廠(chǎng)家眾多，在與EMS系統交互時(shí)，沒(méi)有統一的數據接口的問(wèn)題，數據采集系統通過(guò)使用工業(yè)網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現對各個(gè)系統數據的采集和標準化，從而將統一的數據上傳到EMS系統，方便實(shí)時(shí)數據服務(wù)器對數據進(jìn)行處理。對于圖1所示的系統中就采用了Symlink智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)。

該網(wǎng)關(guān)與一些只支持單一通信協(xié)議的網(wǎng)關(guān)相比，它能支持多種通信鏈路，比如RS-232/485、CAN總線(xiàn)、以太網(wǎng)、WiFi等，可以非常方便地實(shí)現與現場(chǎng)設備進(jìn)行交互；支持采集工業(yè)現場(chǎng)的多種工業(yè)設備協(xié)議，并以多種工業(yè)設備協(xié)議向其他系統或設備提供數據分發(fā)服務(wù)，如：OPC、Modbus、IEC61850、IEC60870、PLC等；支持眾多功能，如腳本系統、數據存儲、設備報警等，并能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行應用開(kāi)發(fā)、在線(xiàn)調試、技術(shù)支持；圖形化的操作配置也相對比較方便操作。以SymlinkXM4101為例，其支持4路10/100Mb/s自適應以太網(wǎng)接口和10路RS232/485串口，在與下層設備，比如PLC連接后，并在與網(wǎng)關(guān)配套的配置軟件Symlink開(kāi)發(fā)系統中，進(jìn)行對設備和相應通信協(xié)議的配置，從而實(shí)現數據的采集與轉發(fā)。在配置軟件中新建工程后，系統嚴格的按照項目/裝置工程/應用三級進(jìn)行分類(lèi)管理，在磁盤(pán)上按樹(shù)狀結構創(chuàng )建文件夾。

2數據采集

數據采集系統需要從工業(yè)現場(chǎng)的設備上，比如PLC，RTU或者智能儀表上獲取EMS系統所屬的數據。要完成這個(gè)過(guò)程，需要在連接好網(wǎng)關(guān)和采集設備的基礎上，明確與掛載設備的通信協(xié)議，建立起采集點(diǎn)和SymlinkIO中的映射關(guān)系，從而在系統讀出現場(chǎng)采集、控制設備上的信息。利用Modbus工具和虛擬串口工具來(lái)對數據采集過(guò)程進(jìn)行仿真。

2.1采集通道的建立

建立工程后，在采集服務(wù)下可以選擇新建通道，按提示對通道進(jìn)行設置。以燃氣系統為例，其采用西門(mén)子的S7-300PLC，在通道配置下選擇和S7-300通信的規約，廠(chǎng)家和規約信息會(huì )自動(dòng)填入到軟件中。規約庫里內容非常豐富，基本涵蓋了目前常用的通信規約，對于一些特殊的通信協(xié)議，也可以根據協(xié)議開(kāi)發(fā)出相應的規約驅動(dòng)，加載到規約庫中。配置好通信規約后，繼續配置通訊所需要的主端口參數。建立通道后可以在通道下掛載設備，一個(gè)通道下可以?huà)燧d多個(gè)設備，可以定義每個(gè)設備的名稱(chēng)，描述設備型號等信息。如圖2所示，建立采集通道C1并在通道配置中選擇通信規約，如ModbusRTU，配置串口參數。

圖 2 建立采集通道

2.2采集點(diǎn)的建立

系統中的IO點(diǎn)是對所采集的底層設備（如PLC，智能設備，儀表等）中的信號映射。通過(guò)IO點(diǎn)的名稱(chēng)、描述等屬性，可以準確表達所采集的底層設備（如PLC，智能設備，儀表等）中的信號（如溫度，壓力等）。在數據屬性中，我們可以定義有關(guān)該數據的描述、數據類(lèi)型以及在目標設備中的寄存器地址如圖3所示。該數據的類(lèi)型包括模擬量、數字量、字符量、數據塊、信號量等類(lèi)型，在IO點(diǎn)類(lèi)型中我們可以選擇所采集的IO點(diǎn)對應的數據類(lèi)型。

圖 3 數據參數設置

系統通過(guò)樹(shù)狀結構來(lái)管理、展現采集點(diǎn)信息，對數據點(diǎn)采用的是分組管理的方式。這也體現在IO點(diǎn)的命名規則上，如在通道chn1設備PLCS7-300下有一個(gè)組G1中的信號TAG1，那該數據所對應的名稱(chēng)是db.chn1.PLCS7-300.G1.TAG1。在采集通道下新建設備B1后，即可以在里面添加采集點(diǎn)。簡(jiǎn)單地采集燃氣**、溫度壓力等信息，設置其信號類(lèi)型，以及在PLC中的數據地址，數據類(lèi)型等。采集到的數據可以在數據監視工具Symlink網(wǎng)關(guān)軟件中查看，只要在設備列表中添加設備，填入Symlink工業(yè)網(wǎng)關(guān)的IP，就可以查看其采集到的數據信息。還包括轉發(fā)服務(wù)、通信報文、設備狀態(tài)、日志信息等。工程師可以利用這款軟件監控工業(yè)網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)，進(jìn)行遠程的診斷維護等。系統監控畫(huà)面如圖4所示。

圖4系統監視畫(huà)面

2.3數據服務(wù)

采集到的數據要傳送到實(shí)時(shí)數據服務(wù)器中去，這個(gè)通過(guò)網(wǎng)關(guān)的數據服務(wù)來(lái)實(shí)現。類(lèi)似數據采集，在數據服務(wù)下新建通道，選擇好通信協(xié)議后，在通道配置界面下選擇加載采集信息。在數據采集中定義的IO采集點(diǎn)會(huì )被加載到該界面下。采集點(diǎn)添加完成后，還需要將采集點(diǎn)與轉發(fā)通道的協(xié)議進(jìn)行地址信息關(guān)聯(lián)，否則，第三方系統還是無(wú)法獲取采集點(diǎn)的數據。

3控制系統安全隔離

企業(yè)PCS與ERP、MES系統之間需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行必要的互通互聯(lián)，完成經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理層對過(guò)程控制層的雙向信息交互，保證企業(yè)對生產(chǎn)情況的掌握和控制。確保過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )的安全性不受外部通過(guò)企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò )對控制網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行攻擊，控制網(wǎng)絡(luò )一旦受到病毒、蠕蟲(chóng)等攻擊，可能導致整個(gè)工廠(chǎng)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)停產(chǎn)[6]。目前主要采用物理隔離或者防火墻的方式來(lái)對系統進(jìn)行隔離。物理隔離的方式往往需要通過(guò)人工來(lái)進(jìn)行數據拷貝、抄表等比較低效的方式。我們采用Symlink-GAP工業(yè)網(wǎng)關(guān)，硬件上利用兩個(gè)單獨的主機與內網(wǎng)和SCADA控制網(wǎng)絡(luò )相連接，兩臺主機之間采用一塊隔離通信卡實(shí)現數據從內網(wǎng)向外網(wǎng)的單向傳輸。通過(guò)這種硬件上的設計，既可以實(shí)現數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上傳，又能夠確保過(guò)程控制系統的安全。