安科瑞變電所運維云平臺鋼鐵企業(yè)電力實時數(shù)據(jù)采集

產(chǎn)品簡介

AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

詳情介紹

【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

【安科瑞產(chǎn)品說明書、選型手冊、報價本、案例介紹、調(diào)試視頻、上圖資料， 】

【樣機測試、技術(shù)支持、硬件配套選型、電力組網(wǎng)， 】

【儲能群、電力群、光伏群、消防群、建筑群；找供應(yīng)商、找客戶、找圈子， （分享資源 合作共贏）】

【品牌背景】我們安科瑞深耕用電側(cè)市場二十載，為企業(yè)提供微電網(wǎng)能效管理和用能安全的解決方案。電力行業(yè)的老牌企業(yè)，上市公司穩(wěn)重可靠。

【產(chǎn)品優(yōu)勢】從硬件制造商轉(zhuǎn)型，打造“云-邊-端"完整產(chǎn)品生態(tài)體系。實現(xiàn)硬件標(biāo)準化、軟件模塊化?；诋a(chǎn)品平臺可提供定制解決方案，覆蓋能源接入、運用、設(shè)備運維等領(lǐng)域。完整的解決方案，滿足客戶的多方位需求，兼容性好。調(diào)試和售后減少對接方，方便管理；

【經(jīng)驗積累】二十余年的經(jīng)驗積淀，一萬五千余套解決方案遍布海內(nèi)外全球市場。覆蓋電力、環(huán)保、新能源、消防、數(shù)據(jù)中心、智慧樓宇、智慧園區(qū)、智慧工廠、市政工程、高速公路、綠色高校等多個行業(yè)。

【服務(wù)保障】針對用戶側(cè)市場，形成“值銷+經(jīng)銷"、“線上+線下"、“國內(nèi)+國外"營銷體系。在全國各個主要省市都設(shè)立辦事處及系統(tǒng)集成商，為客戶提供當(dāng)?shù)亍⒚鎸γ?、及時卓效的溝通和服務(wù)。售前支撐，售后快速響應(yīng)，覆蓋產(chǎn)品整個生命周期。

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(yù)付費管控云平臺、宿舍預(yù)付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺；

2.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達保護與監(jiān)控系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測溫系統(tǒng)；

3.       中壓測控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、線路保護裝置、配電變保護裝置、電動機保護裝置、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、電流互感器過電壓保護器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

4.       電力監(jiān)控與保護：弧光保護裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(馬達）保護器、低壓線路保護器、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(jiān)測電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費表、多用戶計量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉(zhuǎn)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、中線安防保護器、諧波保護器、靜止無功發(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、投切開關(guān)、功率因數(shù)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(zāi)監(jiān)控探測器、剩余電流探測器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、醫(yī)用隔離電源絕緣監(jiān)測裝置、醫(yī)療機構(gòu)絕緣報警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測裝置、電氣防火限流式保護器；

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

9.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

10.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機、無線通信終端（無線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

11.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機保護器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

12.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測儀、環(huán)保數(shù)據(jù)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(tǒng)。但是鋼鐵企業(yè)過程控制層控制設(shè)備繁雜，通信協(xié)議繁多，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)作為一個標(biāo)準的數(shù)據(jù)采集平臺，可實現(xiàn)對多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)采集，為能源管理系統(tǒng)（EMS）以及后續(xù)的企業(yè)管理系統(tǒng)（ERP）提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。隨后，利用串口和Modbus工具對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行仿真實驗驗證。

關(guān)鍵詞：實時數(shù)據(jù)采集；工業(yè)網(wǎng)關(guān)；仿真

0引言

隨著這些年引進技術(shù)以及自主研發(fā)，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的自動化和信息化水平有了長足的進步，各種新的信息化、自動化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對采集和管理全生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)、運營數(shù)據(jù)有著迫切的需求，以改善企業(yè)生產(chǎn)管理，改進生產(chǎn)工藝[1]。但各種不同的技術(shù)、產(chǎn)品被部署到企業(yè)現(xiàn)場后，出現(xiàn)了一些問題：

（1）設(shè)備種類多，地域分布廣，通訊鏈路比較復(fù)雜；

（2）傳輸標(biāo)準多樣化，不同的通訊技術(shù)，通訊協(xié)議并存；

（3）部署、調(diào)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，因而降低能耗對**企業(yè)競爭力有著非常重要的意義。同時，鋼鐵企業(yè)污染排放量大，如果能合理使用與平衡調(diào)配能源，對環(huán)境保護也有作用。能源管理系統(tǒng)（以下簡稱“EMS”）對全廠能源介質(zhì)計量實行集中監(jiān)視，其主要功能是實現(xiàn)高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣、水蒸氣、氧氮氬、水、電等數(shù)據(jù)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、**勞動生產(chǎn)率和能源管理水平將起到十分明顯的促進作用。

但是鋼鐵企業(yè)過程控制層控制設(shè)備繁雜，通信協(xié)議繁多，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和共享。本文提出了一種基于工業(yè)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，作為一個數(shù)據(jù)采集平臺，實現(xiàn)對多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)進行采集，為能源管理系統(tǒng)（EMS）以及后續(xù)企業(yè)管理系統(tǒng)（ERP）提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。

1多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)

根據(jù)鋼鐵EMS系統(tǒng)的特點，對數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)提出了以下幾個要求：

（1）可靠性。需要能夠在比較嚴酷的工業(yè)現(xiàn)場長時間可靠地工作，保證過程數(shù)據(jù)不丟失。

（2）適應(yīng)性。要求系統(tǒng)能提供企業(yè)現(xiàn)場多傳感器、多協(xié)議的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，開放式可擴展的數(shù)據(jù)采集框架，為數(shù)據(jù)后續(xù)的系統(tǒng)提供統(tǒng)一、實時的數(shù)據(jù)。

（3）可擴展性。考慮到能源系統(tǒng)隨主系統(tǒng)不斷拓展的特點，數(shù)據(jù)采集的接口也需要能夠相應(yīng)地拓展，以便將新的數(shù)據(jù)源接入到系統(tǒng)中來。

（4）可維護性。系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)在線診斷、遠程維護等功能，方便找出有問題的采集結(jié)點并及時修復(fù)，減少人工巡檢的成本。

（5）安全性。一方面要確保采集到的數(shù)據(jù)能夠安全地傳送到EMS上層系統(tǒng)，另外一方面也要確保企業(yè)過程控制系統(tǒng)不受外部網(wǎng)絡(luò)威脅。

目前，企業(yè)需要接入ERP系統(tǒng)的各個現(xiàn)場控制系統(tǒng)現(xiàn)狀如表1所列。

表1某鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

對原有PLC或DCS的系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接入到上層系統(tǒng)即可。對空壓系統(tǒng)和水系統(tǒng)，則需要對其進行相應(yīng)的改造，實現(xiàn)系統(tǒng)的PLC控制或者DCS控制，并用智能儀表來代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表。

1.1異構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架設(shè)計

能源管理系統(tǒng)的構(gòu)架如圖1所示，在組網(wǎng)方式上，考慮到各個廠區(qū)距離較遠，所以采用環(huán)形加心形的方式：各個工廠組成一個環(huán)網(wǎng)，而工廠里各個采集點采用心形連接接入到環(huán)網(wǎng)中。將各個子系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過交換機傳輸?shù)椒?wù)器中。

圖1某鋼鐵企業(yè)EMS系統(tǒng)

1.2多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)標(biāo)準化方案

為了滿足網(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(biāo)準、可用、易用、易維護的方案。針對企業(yè)中RTU和PLC等廠家眾多，在與EMS系統(tǒng)交互時，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口的問題，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過使用工業(yè)網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)對各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和標(biāo)準化，從而將統(tǒng)一的數(shù)據(jù)上傳到EMS系統(tǒng)，方便實時數(shù)據(jù)服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行處理。對于圖1所示的系統(tǒng)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、以太網(wǎng)、WiFi等，可以非常方便地實現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備進行交互；支持采集工業(yè)現(xiàn)場的多種工業(yè)設(shè)備協(xié)議，并以多種工業(yè)設(shè)備協(xié)議向其他系統(tǒng)或設(shè)備提供數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，如：OPC、Modbus、IEC61850、IEC60870、PLC等；支持眾多功能，如腳本系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備報警等，并能通過互聯(lián)網(wǎng)進行應(yīng)用開發(fā)、在線調(diào)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(yīng)以太網(wǎng)接口和10路RS232/485串口，在與下層設(shè)備，比如PLC連接后，并在與網(wǎng)關(guān)配套的配置軟件Symlink開發(fā)系統(tǒng)中，進行對設(shè)備和相應(yīng)通信協(xié)議的配置，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)。在配置軟件中新建工程后，系統(tǒng)嚴格的按照項目/裝置工程/應(yīng)用三級進行分類管理，同時在磁盤上按樹狀結(jié)構(gòu)創(chuàng)建文件夾。

2數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要從工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備上，比如PLC，RTU或者智能儀表上獲取EMS系統(tǒng)所屬的數(shù)據(jù)。要完成這個過程，需要在連接好網(wǎng)關(guān)和采集設(shè)備的基礎(chǔ)上，明確與掛載設(shè)備的通信協(xié)議，同時建立起采集點和SymlinkIO中的映射關(guān)系，從而在系統(tǒng)讀出現(xiàn)場采集、控制設(shè)備上的信息。利用Modbus工具和虛擬串口工具來對數(shù)據(jù)采集過程進行仿真。

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，按提示對通道進行設(shè)置。以燃氣系統(tǒng)為例，其采用西門子的S7-300PLC，所以在通道配置下選擇和S7-300通信的規(guī)約，廠家和規(guī)約信息會自動填入到軟件中。規(guī)約庫里內(nèi)容非常豐富，基本涵蓋了目前常用的通信規(guī)約，對于一些特殊的通信協(xié)議，也可以根據(jù)協(xié)議開發(fā)出相應(yīng)的規(guī)約驅(qū)動，加載到規(guī)約庫中。配置好通信規(guī)約后，繼續(xù)配置通訊所需要的主端口參數(shù)。建立通道后可以在通道下掛載設(shè)備，一個通道下可以掛載多個設(shè)備，可以定義每個設(shè)備的名稱，描述設(shè)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(guī)約，如ModbusRTU，然后配置串口參數(shù)。

圖 2 建立采集通道

2.2采集點的建立

系統(tǒng)中的IO點是對所采集的底層設(shè)備（如PLC，智能設(shè)備，儀表等）中的信號映射。通過IO點的名稱、描述等屬性，可以準確表達所采集的底層設(shè)備（如PLC，智能設(shè)備，儀表等）中的信號（如溫度，壓力等）。在數(shù)據(jù)屬性中，我們可以定義有關(guān)該數(shù)據(jù)的描述、數(shù)據(jù)類型以及在目標(biāo)設(shè)備中的寄存器地址如圖3所示。該數(shù)據(jù)的類型包括模擬量、數(shù)字量、字符量、數(shù)據(jù)塊、信號量等類型，在IO點類型中我們可以選擇所采集的IO點對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。

圖 3 數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)通過樹狀結(jié)構(gòu)來管理、展現(xiàn)采集點信息，對數(shù)據(jù)點采用的是分組管理的方式。這也體現(xiàn)在IO點的命名規(guī)則上，如在通道chn1設(shè)備PLCS7-300下有一個組G1中的信號TAG1，那該數(shù)據(jù)所對應(yīng)的名稱是db.chn1.PLCS7-300.G1.TAG1。在采集通道下新建設(shè)備B1后，即可以在里面添加采集點。簡單地采集燃氣**、溫度壓力等信息，設(shè)置其信號類型，以及在PLC中的數(shù)據(jù)地址，數(shù)據(jù)類型等。采集到的數(shù)據(jù)可以在數(shù)據(jù)監(jiān)視工具Symlink網(wǎng)關(guān)軟件中查看，只要在設(shè)備列表中添加設(shè)備，填入Symlink工業(yè)網(wǎng)關(guān)的IP，就可以查看其采集到的數(shù)據(jù)信息。同時還包括轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、通信報文、設(shè)備狀態(tài)、日志信息等。工程師可以利用這款軟件監(jiān)控工業(yè)網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)，進行遠程的診斷維護等。系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖4所示。

圖4系統(tǒng)監(jiān)視畫面

2.3數(shù)據(jù)服務(wù)

采集到的數(shù)據(jù)要傳送到實時數(shù)據(jù)服務(wù)器中去，這個通過網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)服務(wù)來實現(xiàn)。類似數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集中定義的IO采集點會被加載到該界面下。采集點添加完成后，還需要將采集點與轉(zhuǎn)發(fā)通道的協(xié)議進行地址信息關(guān)聯(lián)，否則，第三方系統(tǒng)還是無法獲取采集點的數(shù)據(jù)。

3控制系統(tǒng)安全隔離

企業(yè)PCS與ERP、MES系統(tǒng)之間需要通過網(wǎng)絡(luò)進行必要的互通互聯(lián)，完成經(jīng)營、生產(chǎn)管理層對過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。但是確保過程控制網(wǎng)絡(luò)的安全性不受外部通過企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)對控制網(wǎng)絡(luò)進行攻擊，控制網(wǎng)絡(luò)一旦受到病毒、蠕蟲等攻擊，可能導(dǎo)致整個工廠的自動化生產(chǎn)線停產(chǎn)[6]。目前主要采用物理隔離或者防火墻的方式來對系統(tǒng)進行隔離。但是物理隔離的方式往往需要通過人工來進行數(shù)據(jù)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)，硬件上利用兩個單獨的主機與內(nèi)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現(xiàn)數(shù)據(jù)從內(nèi)網(wǎng)向外網(wǎng)的單向傳輸。通過這種硬件上的設(shè)計，既可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳，又能夠確保過程控制系統(tǒng)的安全。