史磊,來葉剛
(中策橡膠(集團)有限公司,浙江 杭州 310008)
能源在工廠生產管理中的地位十分重要。生產過程需要的能源介質有電力、水、壓縮空氣、蒸汽、氮氣等。日常中對現(xiàn)場各處能源數(shù)據(jù)進行采集、歸納、分析,確保安全連續(xù)和經(jīng)濟的供應,是能源管理中的重要任務之一。但工業(yè)生產中,能源介質管網(wǎng)將遍布整個公司各個車間,線路長,輸配要求高,現(xiàn)場計量儀表分散,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式是人工去往各計量點現(xiàn)場定時檢錄,費時費人工,同時對能源數(shù)據(jù)的實時性和連續(xù)性無法檢測,無法及時的發(fā)現(xiàn)能源供應的問題。因此,應通過搭建能源數(shù)據(jù)采集平臺,對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行遠程采集,實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的實時信息收集、計量設備監(jiān)控、數(shù)據(jù)異常報警等功能,為能源的運行調度手段、能源計劃安排、實績分析及平衡預測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。
數(shù)據(jù)采集平臺的搭建,需在整體上考慮系統(tǒng)的可靠性、兼容性及安全性。整個系統(tǒng)分為三部分:RTU數(shù)據(jù)采集設備、能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、上位機綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫軟件。RTU數(shù)據(jù)采集設備用于現(xiàn)場終端能源計量設備的數(shù)據(jù)采集,能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡用于采集后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌? 上位機綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫軟件用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、整理、歸納、和導出。整體上既要考慮數(shù)據(jù)采集的準確性,又要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性,同時要兼顧最終數(shù)據(jù)存儲的安全性。
現(xiàn)代工廠現(xiàn)場環(huán)境復雜,所以要求現(xiàn)場采集設備需要工業(yè)級選型,能適應復雜的工業(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)境適應性和可應用于各類有防爆要求場合的能力。能源計量采用的儀表根據(jù)介質不同各不相同,如空氣采用渦街流量計,水采用電磁流量計/機械水表,蒸汽采用孔板流量計/渦街流量計,煤采用皮帶秤/稱重皮帶機,電能計量采用電量表等,所以要求所選設備需能接受各種電信號,如流量的脈沖信號或4~20mA模擬量信號,同時必須具有以太網(wǎng)、串口等標準接口,支持Modbus-RTU、Modbus-TCP等標準協(xié)議。采集設備應采用模塊式結構,具有靈活的可擴展性,便于設備更換擴展及維修?,F(xiàn)場采集模塊通道數(shù)為8或16通道,并在實際設計中,保證一定余量,特別是對于通訊模塊,下掛儀表應為最大通道數(shù)的80%,以保證通訊的時效性及準確性。同時,設備應支持以太網(wǎng),上位機能通過網(wǎng)絡對現(xiàn)場所有設備進行遠程編程、監(jiān)控及管理。在設計時,根據(jù)現(xiàn)場能源計量點的位置,設計采集箱,采集附近能源數(shù)據(jù),再通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)上傳。
RTU數(shù)據(jù)采集設備采集的能源數(shù)據(jù),通過能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡上傳到服務器進行保存,編輯,網(wǎng)絡的合理架設,決定了整體數(shù)據(jù)的準確性及完整性。與一般網(wǎng)絡不同,能源網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸量并不大(相對而言),100M以太網(wǎng)已經(jīng)完全滿足數(shù)據(jù)傳輸要求,但是對整個網(wǎng)絡設備的穩(wěn)定性及適應性要求相對較高,建議采用工業(yè)級的網(wǎng)絡交換機,采用接入層交換機即可,并能實現(xiàn)在機房的遠程管理。由于工廠內能源計量點的分散,一般采用在采集箱內設置交換機,再通過光電轉換,用光纖進行網(wǎng)絡連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。由于數(shù)據(jù)平臺需要與管理平臺或外網(wǎng)對接,因此在網(wǎng)絡設計中,安全問題必須重點考慮。在服務器上,需安裝企業(yè)級的軟件防火墻;安裝防病毒軟件,并及時更新病毒庫;在接入交換機上劃分VLAN,實現(xiàn)各接入控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡隔離;在數(shù)據(jù)服務器上裝雙網(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,裝置硬件防火墻,實現(xiàn)硬件隔離。合理的網(wǎng)絡架設不僅可以保證系統(tǒng)的安全,準確的運行,同時也能大大降低施工成本。
上位機綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫軟件是數(shù)據(jù)采集平臺的最終成果展示,所有數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)、處理均由軟件完成。應使用完全基于Client/Server 的HMI/SCADA軟件,具有C/S分布式架構軟件的所有功能,可以監(jiān)視遠程節(jié)點的所有數(shù)據(jù)點;支持基于WEB方式的過程圖,可以將組態(tài)畫面直接發(fā)布到Web門戶上;數(shù)據(jù)庫應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);實時歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集器應支持存儲轉發(fā)功能,當采集器和服務器發(fā)生網(wǎng)絡中斷時,數(shù)據(jù)采集器應能自動緩存數(shù)據(jù)到本地硬盤,一旦恢復通訊后,應能自動將緩存數(shù)據(jù)發(fā)送到實時歷史數(shù)據(jù)庫,保證數(shù)據(jù)不丟失。它主要要實現(xiàn)以下功能。
2.3.1 數(shù)據(jù)實時監(jiān)控
實現(xiàn)用戶對能源數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視,給用戶提供動態(tài)的能耗變化數(shù)據(jù),可以查看到每個測點的屬性以及累計量等信息。提供日報表、月報表、年報表等數(shù)據(jù)整理功能,并能打印輸出。用戶可以通過多種方式進行模糊查詢,根據(jù)測點實時采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和連續(xù)性判斷測點是否正常,及時發(fā)現(xiàn)有問題的測點,以報警的方式提醒用戶,記錄報警(故障)便于查看。設置訪問級別及內容,區(qū)別顯示。
2.3.2 實時/歷史趨勢監(jiān)控
實現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)歷史趨勢的查閱。趨勢圖能夠顯示出某一段時間數(shù)據(jù)變化的情況。實時趨勢能夠反映出當前的數(shù)據(jù)變化情況,歷史趨勢的數(shù)據(jù)從歷史數(shù)據(jù)庫中取出,能夠查看任何時間段數(shù)據(jù)的變化情況。通過歷史趨勢的查看,可以了解長時間的生產情況。當發(fā)生事故時,可以利用歷史趨勢進行事故追憶和事故原因分析。
2.3.3 WEB發(fā)布
服務器上的能源采集信息通過WEB發(fā)布后,使生產管理人員只需通過IE瀏覽器(不需要安裝其他軟件)就可以根據(jù)各自的權限查看現(xiàn)場不同的生產信息。利用企業(yè)局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡,用戶在辦公室隨時都可以通過安全登陸的方式實現(xiàn)遠程實時瀏覽和管理現(xiàn)場生產的功能。
2.3.4 開放數(shù)據(jù)接口
可以為ERP、CRM、OA、MIS等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù),提供豐富的內部函數(shù),可以和SQL SERVER、ORACLE等關系性數(shù)據(jù)方便而可靠的進行通訊。
以上為能源數(shù)據(jù)平臺搭建的整體思路,以我公司數(shù)據(jù)采集平臺為例,需要采集的能源數(shù)據(jù)主要是各分廠二級流量計(用于空氣、蒸汽、氮氣、水計量)共計120點、各分廠變電站電能表共計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)場各計量點及變電站分布分散,RTU采集設備采用了浙大中控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)絡采用底層網(wǎng)絡接入,遠程光纖傳輸,采用的是H3C網(wǎng)絡交換機S1024R。同時配置力控ISG-SC202防火墻。數(shù)據(jù)采集服務器及SCADA服務器均采用三網(wǎng)卡,并安裝金山殺毒軟件企業(yè)版。
上位機綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫軟件采用浙大中控PIMS-Basic及 PIMS-RTDB-S0C(0.5W)數(shù)據(jù)庫軟件。最終實現(xiàn)了全廠能源數(shù)據(jù)遠程采集,實時監(jiān)控,日報表,月報表自動生成,歷史趨勢查看等功能,為我公司的能源管理及分析做出了重大貢獻。
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 氮氣采集