能源管理数据采集系统简介

能源管理数据采集系统简介

GCS-1是我公司控制系统家族的一员，主要面向中小型

的控制和数据采集场合，可以实现过程控制、顺序控制、数

据采集等实时任务。该系统配置灵活、维护简便、符合开放

性标准、性能价格比高，可广泛应用于小型化工，啤酒生产,

污水处理、城市供水、交通、智能楼宇、食品加工、纺织机

械、建筑材料生产等过程的数据采集及控制。

GCS-1控制系统控制器可适用于不同规模的控制对象,

并具有良好的可扩展性，除串行通讯方式外还可采用以太网

方式与上位机及远程通讯模块进行通讯。

人机界面可选用专用与通用监控软件，专用监控软件在

组态软件包中已经包含。

在此项目中每个数据采集站配置1个或多个控制系统。

可编程控制系统逻辑图如下所示：

iriuiiiii

LlSoftPLC系列可编程控制系统的特点

♦系统采用5X86133MHz以上工业级芯片作为主CPU

的核心处理控制器具有具有运行可靠，处理能力强，

运行速度快，以及算法多样等特点。

♦控制系统的各种I/O卡件均依照国际标准IEC61000-5

的抗扰动标准进行设计与验证。具有抗工业现场扰动

性能优异，对恶劣工业环境适应能力强，设备稳定性

好，不易损坏。设备整体通过UL,UL(C),CErated认证。

超过多种国际著名品牌控制系统I/O模件的抗扰动指

标。

♦信号处理采用24位高速AD转化芯片作为核心，具有

16位的信号精度。超过国际大多数控制系统只能到14

位精度的运算水平。

♦制系统I/O远程网络部分采用2.5M高速ARCNet协

议方式。其是现在工控网络中链路技术上最可靠的总

线系统。在控制数据阐述性能上Profitbus-DP的实际

性能（实际子站通讯速度为L5M）。

♦系统在数据处理上采用CDM专利的并行总线方式，

其具有传输速度快、传输容量大、传输带宽稳定、数

据可靠性高、数据容错能力强等特点。是各种高级控

制系统普遍选择的数据处理方式。

♦系统软件采用标准HMI软件系统，具有强大的界面显

示与操作能力，可以设计制作复杂的管理报表系统，

具有强大的数据记录与数据压缩储存，数据管理能力,

能制作出各种工艺曲线与趋势，如时间趋势、工艺趋

势、比较趋势，以及事故报警记录、操作记录、事故

处理记录表等。并且这些数据均可以分段导出，在以

mirosoftEXECL或ACCESS为基础的简单数据库技术

上进行完全独立的查看与修改。

♦系统操作软件不仅仅支持现场的操作与监视，还具有

强大的数据计算与编程能力。可以在操作员站的基础

上实现一些管理数据的计算，为进一步加强工艺操作

优化，预先发现生产中的问题，及时处理故障，以及

在节能降耗方面均具有联好的效果。

♦系统在监控网络方面采用以太网方式，方便接入。并

且以太网协议是世界上最开放的网络协议方式，非常

方便在控制系统的基础上构建生产信息管理网络。

1.2SoftPLC系列可编程控制系统常用模件说明

可编程控制系统采用冗余CPU作为数据采集与监控的

核心。采用双以太网方式通讯构成系统监控网络的双重冗余

结构。I/O部分采用机架电源冗余、I/O卡件不冗余配置。

系统机架部分与主CPU之间采高速冗余数据总线进行连

接。

可编程控制系统不但可采用分散结构实现现场信号接

入与控制的需要，另外还可以采用主控制与就地控制相互协

调的方式实现控制方案提高系统的可靠性。系统的结构如图

1所示：系统冗余结构如图2所示，主CPU性能指标如下:

SPLC-2/HR-LT/SPLC-2/HR-1K/

模件型号

SPLC-2/HR-2K

模件描述冗余型主控制器

主芯片5X86133MHz工业级

存储方式RAM、FLASH、FDISK

用户程序

8M/16M

容量

用户数据

16M/32M

容量

及时掉电

128K

保护

本地信号

1024

容量

总信号容

16384

量

模拟量容

1024

量

PID容量128

远程节点ARCNet2.5M15个

COM1专用设置口

COM2RS232/RS485/RS422

modbusRTU

外接口

Protl10/1OOMTCPDF-1

modbusTCP

Prot22.5MARCNet

处理速度25uS/10000逻■，1mS/10000浮

点步

函数处理600000程序步/逻辑运算步，998个

容量子函数

用户寄存1000file,每file1000兀素，每兀素

器2word

32个站，网路传输最大128K,单站

站间通讯

处理8K

宽X高X深55.5mmX141mmX

外形尺寸

110mm

模件质量575g

防护等级IP20

工作温度-15℃-60℃

存放温度-35℃〜85c

相对湿度5~95%RH（无凝露）

电噪声要250Vp-p,在3cM00Hz中1db的噪

求声

波动允许10~55Hz,60分钟内振幅允许为

范围0.075mm

震动允许在3D方向上，3次10g

范围

操作环境灰尘IP54,无腐蚀性

电备状以以电备状以以

C

源份态太太源C份态太太

P

模模模模模模P模模模模

U

块块块块块块U块块块块

S

P

R

B

EE

P

L

0

A

L

L

W

C

N

S

C

N

1

K

P

K

K

0

L.

1

1

1

K

1

C

0

/

0

。

。

H

S

I/O机架

A通讯网络

工业交换机

B通讯网络

fi

工业交换机

冗余备份电缆

电备状以以电备状以以

Cc

源份态太太源份态太太

Pp

模模模模模模模模模模

UU

块块块块块块块块块块

柜内安装控制系统模件、扫描电源、交换机等设备，柜

门可安装通风扇，使柜内达到微正压，减少柜内的灰尘侵入。

配置系统控制柜以配线柜，方便安装与检修。配线柜与系统

I/O信号的连接线采用61.5规格信号电缆，仪表信号线采用

02.5规格信号电缆。系统柜最多可安装冗余主CPU机架，

以及5个I/O机架，I/O机架可安装8块I/O模件，一个控制

柜至少可配置160点输入输出信号，多可配置640点信号点。

系统模件由机架上的冗余电源供电，此电源采用9A前

后级隔离高抗扰动直流电源。I/O扫描电源与系统工作电源

独立，采用德国MURR生产的MCS850XX系列冗余电源。

最大提高系统供电的可靠性。I/O扫描供电采用智能溢流保

护设备，保障某个区域现场设备出现问题，造成短路等情况

均不会影响系统整体的正常运行。

系统I/O模件部分，考虑到系统分散原则与维护的方便

性，模拟量输入模件为8点，模拟量输出模件为4点，开关

量输入模件为16点，开关量输出模件为16点，脉冲输入模

件为三项3点。I/O模件的规格表如下：

模件型号AD033

模件描述标准电流输入模件

信号容量8路

信号类型4〜20mA两线制/4〜20mA两线制

DC24V供电

隔离方式点点隔离

信号转换40mS/通道，250ms/8通道

24位AD转换，20位细微分辨，16

分辨率

位标称信号精度

输入阻抗250Q

精度最大±0.1%FSR25℃

零飘±0.06uV/℃

全程零飘±30PPM/℃

耗电功率DC5V最大0.2A

宽X高X深38mmX141mmX

外形尺寸

110mm

模件质量395g

防护等级IP20

工作温度-10℃-60℃

存放温度-20℃〜80c

相对湿度5〜95%RH（无凝露）

环境空气无腐蚀性气体

共模抑制比>120db,串模抑制

噪音抑制

比>60db

系统侧：1000Vp-p通道间：

隔离电压

250VAC、250VDC

模件型号DA022

模件描述标准电流输出模件

信号容量4路

。〜10mA、4〜20mA、0〜20mA

信号类型

两线制

隔离方式点点隔离

分辨率16位DA转换，14位标称信号精度

〈1.5KQ(0〜10mA)

输出负载

<750。(0〜20mA,4〜20mA)

精度最大±0.2%FSR25℃

线性度最大±0.2%

零飘±0.1uV/℃

全程零飘±30PPM/℃

耗电功率DC5V最大50mA

外供电源DC24V±0.7V,<180mA

宽x高x深38mmX141mmX

外形尺寸

110mm

模件质量390g

防护等级IP20

工作温度-10℃-60℃

存放温度-20℃〜80c

相对湿度5~95%RH（无凝露）

环境空气无腐蚀性气体

共模抑制比>120db,串模抑制

噪音抑制

比>60db

系统侧：1000Vp-p通道间：

隔离电压

400VAC>400VDC

模件型号XDC10

模件描述开关量输入模件

信号容量16路

隔离方式光耦隔离

公共端配置3点/公共端

工作电压

9VDC〜28VDC

范围

额定输入电

2VDC24VDC

压

额定输入电

3mA7mA

流

ON条件最小8VDC/2mA

OFF条件最大4VDC/1mA

OFFnON最大1ms(24VDC)

信号转换最大1.2ms

ON=>OFF

24VDC)

输入阻抗勾1.3KQ

同步输入点

00%同步ON(28VDC)

数

耗电功率DC5V最大0.1A

宽X高X深38mmX141mmX

外形尺寸

110mm

模件质量255g

防护等级IP20

工作温度-10℃~60℃

存放温度-20℃〜80c

相对湿度5~95%RH(无凝露)

环境空气无腐蚀性气体

共模抑制比>120db,串模抑制

噪音抑制

比>60db

系统侧：10OOVp-p通道间：

隔离电压

250VAC、250VDC

模件型号YDC10

模件描述开关量输出模件

信号容量16路

隔离方式光耦隔离

公共端配置I6点/公共端

输出类型NPN

工作电压

10VDC〜35VDC

范围

额定负载电

2VDC/24VDC

压

最大负载电

).1A/点，0.8A/保险丝

流

最大输出电

).4A/10mS

流

OFF漏出

最大0.1mA

电流

ON电压降最大1.5V

最大1.5ms

OFFnON

24VDC)

信号转换

最大2ms

ONnOFF

24VDC)

耗电功率DC5V最大V1A

外部功耗DC24V0.1A

宽X高X深38mmX141mmX

外形尺寸

110mm

模件质量270g

防护等级IP20

工作温度-10℃-60℃

存放温度-20℃-80℃

相对湿度5~95%RH（无凝露）

环境空气无腐蚀性气体

共模抑制比>120db,串模抑制

噪音抑制

比>60db

系统侧：1000Vp-p通道间：

隔离电压

250VAC、250VDC

1.3控制柜尺寸结构

系统控制柜采用自产的标准控制柜，颜色为驼色。其规

格如下:

内容指标

规格编号OS-202

防护等级IP43

宽度800mm

深度600mm

柜体高度2100mm

地脚高度100mm

开门方式前后开门

承重方式钢架自承重

机柜安装尺寸如图所示:

RTU现场控制柜采用德国RITTAL生产的不锈钢防腐型

防爆柜。其规格如下:

内容指标

规格编号9407600

防护等级IP66

宽度760mm

深度300mm

柜体高度700mm

地脚高度—

开门方式前开门

承重方式钢架自承重

1.4操作站与工程师站构成与功能

操作员站与工程师站均选用DELLPowerEdgeSC430

服务器构架计算机，显示器配置DELLM99319”液晶显示

器。此机型为满足工业环境需求并为用户提供高性价比而定

制的产品，其以效用性、易于创建性及多功能性为设计特点。

其配置如下：

CPUInterPIV2.8GHz/1MB800MHz前

端总线

内存512MBECC双通道DDR2

533MHz1RSDRAM

硬盘80G7200RPMSATA

,____

光驱48XMAXEIDECD-ROMDrive

软驱—

显卡64M独立现存Inter集成显卡

声卡独立AC97声卡

网卡独立D-LINK10/100M自适应

键盘DELLUSB接口104键标准键盘

鼠标DELLUSB接口两键滚轮光电鼠

标

接口USB2.0X4/D9串口X1/并行打印

口X1

机箱塔式44.5Cm高X16.76Cm宽X

45.7Cm深

操作系预装MicrosoftWindows2000操

统作系统

屏幕类活动矩阵TFT液晶

型

VIS对角线19英寸

定位象0.294mm

素

相应时20mS

间

可视角+/-85°竖直+/-85°水平

度

亮度250cd/m2

对比度800:1

面板材Anti-glarewithhard-coating3H

料

背亮4CCFLtype

水平扫30kHz~81kHz（自动）

描

竖直扫56Hz~76Hz（自动）

描

分辨率1280x1024@75Hz

系统服务器均选用DELLPowerEdgePE1900服务器构

架计算机，显示器配置DELLM99319”液晶显示器。此机型

为满足工业环境需求并为用户提供高性价比而定制的产品，

其以效用性、易于创建性及多功能性为设计特点。其配置如

下：

CPUInter至强1.0GHz/2MBEM64T

800MHz前端总线

内存1GBECC双通道DDR2400MHz

1RSDRAM

硬盘73GUltra320(10KRPM,80-pin)

GSCSIHardDrive

光驱16XMAXEIDEDVD-ROMDrive

软驱1.44MB软驱

显卡64M独立现存Inter集成显卡

声卡独立AC97声卡

网卡独立D-LINK10/100M自适应

键盘DELLUSB接口104键标准键盘

鼠标DELLUSB接口两键滚轮光电鼠

标

接口USB2.0X4/D9串口X1/并行打印

口X1

机箱塔式45.0Cm高X32.9Cm宽X

57.41Cm深

操作系预装MicrosoftWindows2000操

统作系统

屏幕类活动矩阵TFT液晶

型

VIS对角线19英寸

定位象0.294mm

素

相应时20mS

间

可视角+/-85°竖直+/-85°水平

度

亮度250cd/m2

对比度800:1

面板材Anti-glarewithhard-coating3H

料

背亮4CCFLtype

水平扫30kHz~81kHz（自动）

描

竖直扫56Hz~76Hz（自动）

描

分辨率1280x1024@75Hz

操作站配置运行版监控软件用于控制数据的监视，以及

操作。工程师站配置组态版监控软件，以及控制系统组态软

件。作为工程师站，其不但具有对监控界面的修改，对控制

系统算法的修改等组态功能，在平时亦可作为普通的操作站

使用，使用非常方便。

作为工程师站，其在对监控界面组态时无需退出监控画

面，即使退出组态画面进行调整也可以不退出监控后台数据

处理组件的运行，这样能够很好的保障即使在修改的同时也

不影响到趋势、报表等功能的连续运行，可提高系统在监控

数据处理上的完整性。界面组态完成后，也不需要将组态拷

贝到磁盘上再在操作站计算机上输入。系统软件具有自动传

输、自动更新、组态提取、组态备份等功能，通过网络完成

操作。在使用时可根据具体的的情况选择自动更新，及在工

程师站在修改的同时，操作站也实时的更新内容，达到同步

的效果；如果修改的内容很多，也可以使用自动传输功能，

在全部更改完成并检验无错误后，工程师使用此功能更新操

作站的信息。如果在更改中发现组态出现错误想恢复到过去

的组态重新开始，若采用的不是自动更新方式，可使用组态

提取功能，从操作站上把正确的组态提取到工程师站上再重

新开始；若觉得组态修改可能会造成原数据的修改不能恢

复，还可以使用组态备份功能，在几个或多个计算机任何盘

幅下备份数据，数据包可加密防止被盗窃。

控制系统组态软件与系统监控软件可同时使用，相互之

间无干扰。系统组态软件支持在线修改、联机修改、在线下

载、分段下载等功能。并支持数据查询，数据牵制置值、数

据寄存定义、数据格式定义等数据操作功能。软件编程全部

采用符合IEC61131-5标准图形编程方式，逻辑情绪，学习

使用方便，支持数百种控制及运算函数，方便控制算法的实

现。另外系统软件不但支持联机的调试与逐步控制程序检查

与调试功能，还支持脱机仿真逻辑分析与运算结果分析功

能，对于工程师使用可提供很大的方便性。配置如下：

操作站点配置软件描述

操作员站SUPView2.运行版监控软件

62-R

SUPView2.组态版监控软件

62-D

工程师站

Nexgen控制系统编程软件

TDNG

工程师移动计算机便携式笔记电脑，考虑到使用的方便

性和坚固耐用，并满足各种系统软件的安装使用，以及工程

师办公的需要。选用迅驰技术的高标准旧M笔记本电脑。其

具有稳定可靠，电池使用时间长，坚固耐用，运行速度高等

特点，非常适合作为工程移动工作站使用。特点如下：

1.凭借随取即用的集成安全解决方案,提供最安全的笔记

本电脑解决方案。

2.ThinkPadT系列笔记本电脑配有英特尔®Core2

DuoT5600处理器。SXGA+TFT显示器显卡选择，

非常适用于观看演示文稿和苛刻的应用程序。

3.使用集成ThinkPad11a/b/g10Wi-Fi®无线技术，具

有可轻松进行高性能无线联网,体验无线联网技术带来

的自由。

4.支持IEEE802.11a、802.11b及802.11g无线技术

的结合设计，可帮助最大程度地提高范围和性能，从而

改进全球范围的无线LAN连接性。

5.专为连接而优化的ThinkPad笔记本电脑具有五种内

置的通信功能：Wi-Fi无线10、Bluetooth®技术、

以太网、56K3调制解调器及红外端口。所有机型上均

标配了RJ-45和RJ-11端口。具有高速千兆以太网

卡，从而有助于快速传输信息及提高生产效率。

6.ThinkPadT60笔记本电脑的数据保护与可靠性有助于

保护数据。APS硬盘保护技术可帮助防止硬盘驱动器

受到撞击。ThinkPad硬盘减震器提供了撞击保护，可

防止硬盘在笔记本电脑正在使用时将其放置在坚硬表

面上而可能造成的撞击。

7.应急与恢复系统(R&R)软件提供了一键式恢复解决

方案，它可使您恢复先前保存的系统映像，包括数据、

应用程序和操作系统。自恢复工具来帮助用户诊断，获

得帮助。

型号IBMThinkPadT602007FT1

CPUCore2DuoT5600

屏幕活动矩阵TFT液晶

1率

1VIS对角线14.1英寸

内存512MPC2-4200533MHzDDR2

SDRAM

硬盘120GB5400RPMATA-100

(EnhancedIDE)

光驱Combo

软驱—

显卡ATIMobilityRadeonXI300

分辨2048x153616777216colors

率

声卡SoundMAX

网卡IntelPRO集成千兆以太网卡

无线IntelPRO/Wireless2200BG

红外4Mbps

线

Mode56KV.92designedmodem

m

电源ThinkPadUltrabay

接口

1.5平均无故障时间及平均故障维修时间

1.5.1平均无故障时间（MTBF）

GCS-1的平均无故障时间MTBF为：15万小时。

MTBF(MeanTimeBetweenFailure)是指各次故障间

隔ti的平均值，即各段连续工作时间的平均值。可用下式表

示:

MTBF=S).._.

〃i=1,2,3---n

MTBF是一个通过多次采样检测，长期统计后求出的平

均值。

152平均故障维修时间(MTTR)

GCS-1的平均故障维修时间MTTR<3分钟。

MTTR(MeanTimeToRepair)是指设备或系统经过维

修，恢复功能并投入正常运行所需要的平均时间。用公式表

示为：

MTBF=㈢—(h)

ni=1,2,3-n

1.6系统环境能力

1.6.1概述

系统要求的环境条件：

工作温度：。〜50c

存放温度：-40〜70c

相对湿度：5%〜95%

高度：海拔〈2000m

1.6.2热负荷

每个控制站最大放热400W,每个操作站最大放热

500W,建议工作条件：15〜30℃,相对湿度50%〜70%,

强制通风，45升/秒。

1.6.3室内照明

控制系统操作室与常规控制室和仪表盘