大型企业能源调度网络系统的研究.doc

大型企业能源调度网络系统的研究祁耀斌，杨艳（武汉理工大学 光纤传感技术研究中心，湖北 武汉 430070）摘要：提出了基于光纤环网技术的自动化管理模式，并构建了大型企业能源调度网络系统。主要介绍了该系统的总体结构、网络的组建和系统的主要功能等。系统运行稳定，具有应用推广价值。关键词：数据采集；能源调度；环网；数据库中图法分类号： TP273 文献标识码：AResearch of Energy Controlling Network System for big PlantQI Yao-bin, YANG Yan(Optical Fiber Sensing Tech Res Center, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)Abstract: An auto-managing mode based on optic fiber loop net is introduced, the energy controlling network system of big plant is built as well. It mainly introduces the structure, network and the primary function of the whole network system. It is the case that the system is steady-going and generally applicable.Keywords: Data Selection; Energy Control; Loop Net; Database0 引言大型企业生产一线的地理分布广，单靠落后的人工监管是远远不够的，急需建立一个自动化水平高的集中管理系统1。该课题的目的是为了组建一个集办公自动化到生产过程控制、监控、数据采集、生产调度、设备管理等为一体的企业综合信息管理系统。通过该系统可以大大提高企业能源调度信息的自动化管理水平，使得所有管理集中于一个实体中。该系统使生产信息得到自动采集和全面汇集，在生产调度室及其它生产岗位、生产管理部门等多处得到应用2。系统提供现场当前各个环节的生产信息，如管网的阀位、流量、压力、温度等参数，生产调度部门可以进行信息访问、历史数据的查询和统计，随时了解全厂能源管网的动态平衡，因此可以及时地发现问题、解决问题，便于指挥和协调生产。1 系统的构成1.1 系统总体结构由于本系统在地域上分布很广，数据类型多，数据量大，为了保证数据采集和数据处理的实时性、互不干扰和易维护性，数据采集和数据处理采用分区域集中管理方式，即在各个站点设立一个缓存服务器，将采集到的数据通过交换机传送至主服务器，再由主服务器将数据进行归纳整理、分档分类、处理分析，形成各种报表供各个用户使用。整个系统划分为两个层次，即数据管理层和数据采集层。下层为数据采集层，通过SuiteLink、DDE、OPC、NMX、DI Object等接口与各DCS系统和PLC系统进行连接，将采集到的数据传送到缓存服务器。上层为数据管理层，该层又分为两部分：一是开发端数据管理层；二是能源调度数据管理层。开发端数据管理层通过建立数据远程传输网络的采集管理及服务系统，将从各子站缓存服务器传输上来的数据进行归纳整理、分档分类、处理分析，形成各种报表、打印及刻录存储光盘，所有资源信息均传到Industrial SQL服务器数据库中进行存储。能源调度数据管理层可通过交换机从Web服务器中获得更多及更高精度的历史信息以实现过程分析、故障查找、过程改善、事故分析及跟踪和生成各种报表等多项任务。系统功能架构如图1所示。图1 系统功能架构图1.2 光纤环网的组成网络结构采用工业流行的环形结构，主干网采用光纤进行连接，以保证通讯的容量和速度。由于厂区中需要接入网络的站点分布较散，因此构建两个光纤冗余单环网，通过一个中心交换机进行连接。采用单环网作为主体架构，其自身具备介质冗余的特点，若环中的某个节点因模块故障或线路中断，都可以通过另外一条路径将数据传送出去，因而提高了整个系统的可靠性，如图2所示。另外，以太网的环形连接方式相对于点对点的连接大大减少了光缆的使用总量3。图2 光纤环网自愈功能示意图本系统根据工厂的地理特点设计有两个单环，每个单环都连接十多个子站缓存服务器，而每个子站服务器通过一个防火墙与PLC/DCS控制系统连接。在各缓存服务器端配备节点先进的分站交换机，通过其10/100M单模光纤接口与中心交换机相连。各环网分别通过工业网管型交换机向上接入汇聚层交换机。 主站中配置的中心交换机采用的是CISCO的智能交换机，接入层交换机采用GarrettCom公司工业以太网交换机，通过汇聚层交换机的1000M端口连接到调度控制中心的新增千兆以太网接口模块上，主要传输媒介为单模光纤。2 数据存储 在工厂环境中，传统的关系型数据库不十分理想。一个典型的工业环境拥有数以千万计的以不同的速率不断变化的模拟量和开关量，若使用传统数据库，几个月就需要存储几百GB的数据，Oracle，SQL Server这样的传统数据库的处理速度无法满足这样的要求。Wonderware公司的Industrial SQL Server是用于储存工厂和过程数据的开放的关系型数据库管理系统，具有高速数据采集、节省存储空间等特点。它以高分辨率采集并存储过程数据，并把实时数据和历史数据与配置、事件、统计及相关生产数据集成在一起提供给桌面客户程序，真正把办公室和工厂现场连接在一起。采用双机热备份技术建立冗余数据库系统，实现数据冗余功能。在主站中设置两台Industrial SQL服务器，配置一个磁盘阵列和一套cluster软件，构成双机热备份。两台数据库服务器做同样的工作，互为冗余，当一台数据库服务器出现故障，双机中的另一台能够继续工作，使得整个系统不受影响。3 数据采集系统的整体流程 在生产现场中将各种传感器、仪表与PLC系统、DCS系统进行连接，将原始信号转换成采集量。利用SuiteLink、DDE、OPC等接口与DCS、PLC系统及设备进行连接，直接从DCS、PLC系统中读取数据传入子站的缓存服务器。对于待监测点较少的节点采用散点数据采集方式，采用Interbus现场总线将原始信号通过一进二出隔离器接入InterBus模拟量输入模块，再通过InterBus的HMI软件中的OPC接口程序传入子站的缓存服务器。子站的缓存服务器通过光纤环网将数据传输到主服务器即Industrial SQL服务器中存储，两个Industrial SQL服务器互为冗余。在Wonderware提供的强大平台IAS（Industrial Application Server）上建立数据库，每个数据都与Industrial SQL数据库服务器中的数据一一对应。与此同时也实现了IAS sever与Industrial SQL Sever的连接。利用Intouch软件把管网图与IAS数据库有机整合，从而生成最终的监控画面，即建立了监控画面与IAS数据库的连接。 使用Excel2000制作报表，并利用Excel2000的VBA编程环境进行编程，使Excel与Industrial SQL sever数据库连接，并且能够实现数据定时自动刷新的功能。利用Wonderware自带组件将监控画面和Excel报表在Web服务器上发布，用户直接通过浏览器浏览，无需安装客户端软件。监控画面上的重要参数还提供趋势显示功能。Industrial SQL ServerPLC/DCS系统OPC ServerIAS ServerInterbus现场总线子站缓存服务器InTouch人机界面WEB传感器仪表图3 数据采集流程图经过以上的步骤，建立了控制室终端与现场监控点的连接，工作人员可以实时监测现场设备的工作状态，保证生产过程的顺利进行。4 系统主要功能 设备监视功能：集控室根据一个电子数据采集和控制系统来监视和控制氧气车间的设备，包括设备状态，包括流量、压力、阀位开度等 报表功能：利用Excel生成数据报表，既能反应系统实时的生产情况，也能对长期的生产过程进行统计、分析，使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。 报表自动刷新功能：通过在Excel VBA环境下编写程序代码的方法可以成功地访问数据库，并且利用VBA语言实现数据的自动刷新功能，不需要人工干预，给技术人员提供便利。 趋势图功能：监控图上的重要参数均提供趋势显示功能，将实时数据与历史数据整合对比，生成直观的趋势图。 报警和事件记录功能：当变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警。事件记录主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这些报警和事件，操作人员可以方便地监视和查看各个工作站的运行情况。5 结束语 该系统提高了企业管理的自动化水平，帮助管理人员将原来大量花费在搜集数据的时间节省出来用在分析数据上，提高了工作效率。该系统已经投入使用，运行情况良好，可扩充性好，产生了很大的经济效益，具有很好的应用推广价值。参考文献：1 柴树慧,刘军.现代石化企业自动化管理的探讨J，石油化工自动化,2001,(4):59-61.2 文言金.涟钢能源物资计量网络系统的设计与实现J.微计算机信息,2003,19(4):82-83.3 邓文栋,王传启,陈晓苏,金敏.光纤自愈环网在变电站自动化系统中的设计与实现J.电子技术应用,20