能源管理數(shù)據(jù)采集平臺搭建的探究范文

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摘要：從技術(shù)角度分析在工廠中搭建能源數(shù)據(jù)采集平臺需要進行哪些調(diào)研，需要如何從設(shè)備的角度去選擇所采用的硬件、軟件，從RTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備、能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、上位機綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫軟件三個角度闡述。

關(guān)鍵詞：能源管理；數(shù)據(jù)采集；平臺搭建

1平臺需求分析能源

在工廠生產(chǎn)管理中的地位十分重要。生產(chǎn)過程需要的能源介質(zhì)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(yīng)，是能源管理中的重要任務(wù)之一。但工業(yè)生產(chǎn)中，能源介質(zhì)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(yīng)的問題。因此，應(yīng)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(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)異常報警等功能，為能源的運行調(diào)度手段、能源計劃安排、實績分析及平衡預(yù)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。

2系統(tǒng)整體規(guī)劃

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(shè)備、能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、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(shè)備用于現(xiàn)場終端能源計量設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)用于采集后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器,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(dǎo)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。

2.1RTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備

現(xiàn)代工廠現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，所以要求現(xiàn)場采集設(shè)備需要工業(yè)級選型，能適應(yīng)復(fù)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(yīng)性和可應(yīng)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(zhì)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(shè)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(shè)備應(yīng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，具有靈活的可擴展性，便于設(shè)備更換擴展及維修。現(xiàn)場采集模塊通道數(shù)為8或16通道，并在實際設(shè)計中，保證一定余量，特別是對于通訊模塊，下掛儀表應(yīng)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(shè)備應(yīng)支持以太網(wǎng)，上位機能通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場所有設(shè)備進行遠程編程、監(jiān)控及管理。在設(shè)計時，根據(jù)現(xiàn)場能源計量點的位置，設(shè)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。

2.2能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

RTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的能源數(shù)據(jù)，通過能源數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器進行保存，編輯，網(wǎng)絡(luò)的合理架設(shè)，決定了整體數(shù)據(jù)的準確性及完整性。與一般網(wǎng)絡(luò)不同，能源網(wǎng)絡(luò)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(luò)設(shè)備的穩(wěn)定性及適應(yīng)性要求相對較高，建議采用工業(yè)級的網(wǎng)絡(luò)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(nèi)能源計量點的分散，一般采用在采集箱內(nèi)設(shè)置交換機，再通過光電轉(zhuǎn)換，用光纖進行網(wǎng)絡(luò)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(luò)設(shè)計中，安全問題必須重點考慮。在服務(wù)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(luò)隔離；在數(shù)據(jù)服務(wù)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(luò)架設(shè)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。

2.3上位機綜合監(jiān)控軟件/數(shù)據(jù)庫軟件

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(yīng)使用完全基于Client/Server的HMI/SCADA軟件，具有C/S分布式架構(gòu)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)畫面直接到Web門戶上；數(shù)據(jù)庫應(yīng)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(yīng)支持存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，當采集器和服務(wù)器發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷時，數(shù)據(jù)采集器應(yīng)能自動緩存數(shù)據(jù)到本地硬盤，一旦恢復(fù)通訊后，應(yīng)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(shè)置訪問級別及內(nèi)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(chǎn)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。

2.3.3WEB服務(wù)器上的能源采集信息通過WEB后，使生產(chǎn)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(quán)限查看現(xiàn)場不同的生產(chǎn)信息。利用企業(yè)局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡(luò)，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(chǎn)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(nèi)部函數(shù)，可以和SQLSERVER、ORACLE等關(guān)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(shè)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(luò)采用底層網(wǎng)絡(luò)接入，遠程光纖傳輸，采用的是H3C網(wǎng)絡(luò)交換機S1024R。同時配置力控ISG-SC202防火墻。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器及SCADA服務(wù)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。

作者：史磊；來葉剛 單位：中策橡膠（集團）有限公司