SIXNET鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)（EMS）解決方案———基于高端RTU產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)
一、概述
能源管理系統(tǒng)（Energy management system，簡稱EMS）是鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析，處理以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源設(shè)備、能源實(shí)績、能源計(jì)劃、能源平衡、能源預(yù)測等方面發(fā)揮著重要的作用。
在企業(yè)信息化系統(tǒng)的架構(gòu)中，把能源管理作為MES的一個(gè)基本應(yīng)用構(gòu)件，作為大型企業(yè)自動(dòng)化和信息化的重要組成部分，如圖示：
能源介質(zhì)種類主要包括：高爐煤氣（BFG）、焦?fàn)t煤氣（COG）、轉(zhuǎn)爐煤氣（LDG）、天然氣（NG）、氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2）、氬氣（Ar）、壓縮空氣（Air）、蒸汽、氫氣（H2）、采暖熱網(wǎng)、生活水、工業(yè)凈環(huán)水、工業(yè)濁環(huán)水、濃鹽水、除鹽水、酚氰水、軟化水、電力等。
能源介質(zhì)信息包括：壓力、流量、溫度、煤氣熱值、供水品質(zhì)（水質(zhì)）、閥門開閉、調(diào)節(jié)閥開度、開關(guān)信號(hào)、動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、主生產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。
環(huán)保信息包括：環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行情況、外排水中主要污染物的濃度、流量、主要廢氣排放點(diǎn)的外排放廢氣中煙（粉）塵、SO2、NOx、CO2 等污染因子的濃度和流量、污染物排放總量、大氣質(zhì)量指標(biāo)、廠區(qū)視頻檢測、廠界噪音。
二、方案設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)架構(gòu)
典型能源系統(tǒng)架構(gòu)包括能源調(diào)度管理中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元等三級(jí)物理結(jié)構(gòu)（如圖示）。
基于基礎(chǔ)自動(dòng)化向信息化建設(shè)發(fā)展的原則，并分析比較了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和SCADA軟件的技術(shù)特點(diǎn)，本方案以SCADA系統(tǒng)為核心構(gòu)建能源管理系統(tǒng)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品和技術(shù)建立一套先進(jìn)的、符合鋼鐵企業(yè)管理應(yīng)用功能的能源管理系統(tǒng)。
系統(tǒng)建立:
- 能源中心：
以SCADA軟件為核心，建立I/O Server實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)監(jiān)視、工藝操作和實(shí)時(shí)的能源管理功能；基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)具有模型背景的能源管理功能并對(duì)外提供接口。
- 通訊網(wǎng)絡(luò)：
采用工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)，建立分區(qū)域的冗余環(huán)網(wǎng)，環(huán)與環(huán)之間采用耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，從而建立高可靠專有的能源數(shù)據(jù)采集通訊網(wǎng)絡(luò)。
- 數(shù)據(jù)采集：
RTU產(chǎn)品為核心，通過信號(hào)采集、通訊、協(xié)議轉(zhuǎn)換等技術(shù)手段，將能源介質(zhì)參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù)、真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
2、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖
能源中由心I/O數(shù)據(jù)服務(wù)器、Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和工作站組成。I/O數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)原始計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、歷史壓縮存儲(chǔ)、二次計(jì)算和為監(jiān)控畫面提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)計(jì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)，作為能源（物資）計(jì)量統(tǒng)計(jì)管理數(shù)據(jù)庫；工作站上運(yùn)行計(jì)量數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理系統(tǒng)軟件，對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、設(shè)備管理、權(quán)限分配、報(bào)表打印以及調(diào)閱等；Web服務(wù)器負(fù)責(zé)將指定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測畫面和動(dòng)態(tài)曲線以網(wǎng)頁的形式在公司網(wǎng)上發(fā)布，供其他部門網(wǎng)上在線查閱，并提供系統(tǒng)與用戶的各種人機(jī)界面。
根據(jù)能源管理系統(tǒng)功能需求及實(shí)際各部門業(yè)務(wù)流程規(guī)定，EMS數(shù)據(jù)流圖可用下圖表示：
3、系統(tǒng)功能
EMS的監(jiān)控系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng)，即供配電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)。
其中動(dòng)力系統(tǒng)包括燃?xì)庀到y(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、氧氮?dú)逑到y(tǒng)，給排水系統(tǒng)包括化學(xué)水、工業(yè)水和生活水。
①、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控
通過建立可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）對(duì)能源潮流數(shù)據(jù)（如電流、電壓、壓力、
溫度、流量、環(huán)境數(shù)據(jù)等）、設(shè)備狀態(tài)（如開、停、閥門開度、報(bào)警信號(hào)等）等進(jìn)行采
集；提供過程監(jiān)視、操作控制、實(shí)時(shí)調(diào)整等畫面,過程曲線及信息顯示等輔助界面、大
屏幕等完成能源中心管轄范圍的能源設(shè)備狀態(tài)及潮流的監(jiān)視功能；提供過程控制和實(shí)時(shí)
調(diào)整,參數(shù)設(shè)定窗口等實(shí)現(xiàn)控制功能；并對(duì)信息進(jìn)行歸檔。
②、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
包括介質(zhì)參數(shù)管理、維護(hù)單位管理、計(jì)量設(shè)備管理、測點(diǎn)耗量關(guān)系、用戶權(quán)限設(shè)置、以及其他需人工錄入的參數(shù)管理界面。
③、能源管理功能
將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、分析和整理，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃和檢修計(jì)劃的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)能源
管理功能，包括能源實(shí)績分析管理、能源計(jì)劃管理、運(yùn)行支持管理、能源質(zhì)量管理、能
源平衡管理、在線預(yù)測分析等。
④、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)
對(duì)環(huán)保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，對(duì)水、煙氣等排放進(jìn)行監(jiān)測、分析和管理。
4、基本配置
能源管理系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，采用C/S 和B/S 混合系統(tǒng)架構(gòu)方式。典型的配置和設(shè)備組成如下：
三、主要產(chǎn)品技術(shù)描述1、SCADA軟件
采用國際主流的SCADA軟件建立I/O Server實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器功能，通過在線的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流程圖、參數(shù)表、趨勢曲線等監(jiān)控功能，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫建立通訊。
技術(shù)特點(diǎn)如下：
— 軟件體系采用真正的客戶/服務(wù)器（C/S）體系結(jié)構(gòu)；
— 能夠完全做到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器以及趨勢、報(bào)警、報(bào)表和文件等功能模塊的冗余；
— I/O通訊冗余，主通訊中斷時(shí)自動(dòng)切換到旁路；
— 支持在線組態(tài)，即在不影響操作的情況下，允許全部或部分應(yīng)用程序進(jìn)行修改；
— 支持ODBC、OPC、API、DDE等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換方式；
— 網(wǎng)絡(luò)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等協(xié)議；
— 支持多種關(guān)系型數(shù)據(jù)，包括Oracle、SQL Server、dBASE等。
— 系統(tǒng)通過設(shè)置不同級(jí)別的用戶操作權(quán)限而防止越權(quán)操作保護(hù)系統(tǒng)的安全。
2、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元—MIPM RTU
遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元采用美國SIXNET公司MIPM系列RTU產(chǎn)品。
SIXNET高端RTU產(chǎn)品（IPM級(jí)）具有32位處理器、大容量存儲(chǔ)空間，不但提供標(biāo)準(zhǔn)串口（RS232/RS485）通訊和IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)編程功能。還提供以太網(wǎng)通訊端口，并具有嵌入式功能，可支持高級(jí)編程和網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用程序，例如Web Server、Internet訪問、高級(jí)C/C++編程及專有通訊協(xié)議的定制等，是最新一代控制器產(chǎn)品。同時(shí)具有多種國際工控產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，提供高可靠品質(zhì)應(yīng)用。其產(chǎn)品主要技術(shù)特點(diǎn)為：
①、同時(shí)提供多種通訊端口：以適應(yīng)分散應(yīng)用和本地的不同通訊要求。
②、提供大容量程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間：適合就地運(yùn)算和大量數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)。
③、更高的適應(yīng)惡劣環(huán)境應(yīng)用：工作環(huán)境溫度為-40 ~ 70ºC、國際品質(zhì)認(rèn)證等。
3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用美國SIXNET公司產(chǎn)品。
SIXNET近30余年的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)，使其充分了解各種工業(yè)場合的應(yīng)用需求。并將其成熟的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念注入工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品中，能夠真正經(jīng)受各種惡劣工業(yè)環(huán)境的長期考驗(yàn)。
SIXNET工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)具有卓越的工業(yè)品質(zhì)，低功耗、無風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)、寬范圍工作環(huán)境溫度（- 40℃ - 85 ℃）、美國軍標(biāo)MIL-STD-1275防浪涌保護(hù)以及嚴(yán)格的國際質(zhì)量認(rèn)證（包括危險(xiǎn)場所2區(qū)防爆認(rèn)證、DNV船級(jí)社認(rèn)證）等特性確保在各種惡劣工業(yè)環(huán)境現(xiàn)場長期穩(wěn)定、可靠、安全使用。
SIXNET實(shí)時(shí)環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)專有Real-time RingTM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速容錯(cuò)環(huán)網(wǎng)冗余，并具有端口配置、端口鏡像、優(yōu)先級(jí)劃分等高級(jí)網(wǎng)管功能，可保證信息交換的實(shí)時(shí)性和確定性，支持Modbus方式監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，可以方便地進(jìn)行故障診斷、報(bào)告和定位。尤其適合如 PLC，DCS，SCADA自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建100/1000Mbps工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)。
四、高端產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)EMS系統(tǒng)采集的信號(hào)分散在工廠的各個(gè)角落，許多能源計(jì)量參數(shù)已納入原有生產(chǎn)控制系統(tǒng)，能源數(shù)據(jù)的采集將面臨繁雜的通訊協(xié)議和接口。采用新一代的自動(dòng)化產(chǎn)品（RTU/Gateway），構(gòu)筑分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將能源介質(zhì)參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù)、真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。RTU/Gateway產(chǎn)品是對(duì)傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)在遠(yuǎn)傳和分布式應(yīng)用的產(chǎn)品補(bǔ)充，提供更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和通訊能力，從而構(gòu)建新一代能源管理系統(tǒng)的架構(gòu)。
MIPM RTU預(yù)集成了PLC、記錄儀、流量計(jì)算機(jī)、通訊網(wǎng)關(guān)等多種功能，其高端產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)如下：
1、預(yù)集成的數(shù)據(jù)記錄功能
MIPM RTU預(yù)集成了數(shù)據(jù)記錄（Datalogging）功能。作為系統(tǒng)工具軟件（I/O Tool Kit）選項(xiàng)之一的Sixlog軟件，提供了工程向?qū)团渲脩?yīng)用，無需編程。
SIXNET的Datalogging功能具有以下優(yōu)點(diǎn)：
— 可按時(shí)間、事件等方式啟動(dòng)數(shù)據(jù)記錄
— 時(shí)間間隔可設(shè)置（10毫秒–49天）
— 大容量、非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（16M）
— 同一控制器支持多個(gè)Datalog配置
— 服務(wù)器/客戶機(jī)式雙向數(shù)據(jù)恢復(fù)方式
— 工程向?qū)团渲媒缑妫瑹o需編程
— 多種通用軟件瀏覽的歷史數(shù)據(jù)文件
— 支持?jǐn)?shù)據(jù)記錄冗余服務(wù)器功能
數(shù)據(jù)記錄可用于實(shí)現(xiàn)SOE功能，用于記錄故障報(bào)警事件發(fā)生的時(shí)間順序；可以實(shí)現(xiàn)重要能源計(jì)量數(shù)據(jù)的備份，防止因?yàn)橥ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)故障等原因?qū)е逻@些重要數(shù)據(jù)的丟失；同時(shí)保證貼有時(shí)間標(biāo)簽的能源采集數(shù)據(jù)的完整性。 RTU取代無紙記錄儀，提供更靈活、更安全的數(shù)據(jù)備份功能！
2、RTU的數(shù)據(jù)補(bǔ)傳和調(diào)用功能
利用數(shù)據(jù)記錄（Datalogging）功能，RTU把數(shù)據(jù)加上精確的時(shí)間標(biāo)簽存儲(chǔ)在非易失的存儲(chǔ)器中。然后按照用戶定義的時(shí)間表或在發(fā)生特定事件（例如遠(yuǎn)程傳輸故障恢復(fù)后）時(shí)把記錄的歷史數(shù)據(jù)傳送到一個(gè)或多個(gè)中心控制站，從RTU傳送上來的數(shù)據(jù)包括控制站地址、時(shí)間標(biāo)簽、紀(jì)錄序列號(hào)等識(shí)別數(shù)據(jù)。多個(gè)站點(diǎn)傳送上來的數(shù)據(jù)堆入輸入數(shù)據(jù)緩存，等待順序處理。
補(bǔ)傳的數(shù)據(jù)可存
