湘鋼自動化部能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案

1、 重慶橫河川儀有限公司二零零四年八月湘鋼能源計量數(shù)據(jù)計算機管理系統(tǒng)方案基于對“湘鋼能源計量數(shù)據(jù)計算機管理系統(tǒng)招標(biāo)技術(shù)要求”的分析以及對用戶實際情況的了解，我們按照國際標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制系統(tǒng)規(guī)程，采用目前世界上最先進的三層體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（遠程管理層/網(wǎng)絡(luò)傳輸層/現(xiàn)場采集層），以高性能數(shù)據(jù)采集終端為依托，以分布式實時數(shù)據(jù)庫為核心構(gòu)建本實時能源數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)。本方案擬采用25臺DX100/200型數(shù)據(jù)采集站與數(shù)臺DAQSTAR監(jiān)控軟件的計算機配合，構(gòu)成一個中小型的SCADA系統(tǒng)，對各個分廠及子站的132個能源計量點進行集中檢測和監(jiān)視。由于各個子站距離主站較遠（最近400米，最遠2000米），故本方案采用采

2、用光纖以太網(wǎng)、無線數(shù)傳電臺兩種方式進行通訊，供用戶選擇。(系統(tǒng)拓撲圖見附頁)本系統(tǒng)的SCADA軟件部分采用日本橫河電機株式會社的DAQSTAR軟件1.0版。硬件采集部分采用日本橫河電機株式會社的DX測量控制站。DAQSTAR是日本橫河電機株式會社開發(fā)的具有成熟現(xiàn)場經(jīng)驗的SCADA系統(tǒng)。DAQSTAR運行在WINDOWS2000/XP操作系統(tǒng)上，以分布式實時數(shù)據(jù)庫為核心，集數(shù)據(jù)采集、控制、管理于一體，非常適合天然氣輸配管監(jiān)控這種典型的分布式應(yīng)用。DX100/200系列是日本橫河電機株式會社為順應(yīng)現(xiàn)代自動化控制網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、信息化的發(fā)展而推出的開放式數(shù)據(jù)采集站。它集計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、智能儀表

3、和信號傳感器技術(shù)于一體，既可作為帶本地顯示的數(shù)采站單獨使用，更可與DAQSTAR軟件配合，構(gòu)建出各種復(fù)雜的SCADA系統(tǒng)，及時、準(zhǔn)確、完整的生產(chǎn)和統(tǒng)計信息，為企業(yè)信息化提供完整的解決方案。現(xiàn)場概貌湘鋼現(xiàn)有能源測量點230多處，主要能源測量點132點。其中煤氣計量68點，蒸汽計量28點，空氣計量10點，水計量10點，氧氣、氮氣、氬氣計量16點，分布在公司各生產(chǎn)工藝點上，其特點是點多、面廣且數(shù)據(jù)時刻都在變化，各能源測量點數(shù)據(jù)完全靠人工抄報?，F(xiàn)擬通過能源計量數(shù)據(jù)計算機管理系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集，利用網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，實現(xiàn)能源計量數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析、存儲、處理及上傳。系統(tǒng)方案說明1現(xiàn)場采

4、集層本層主要采用DX系列作為數(shù)據(jù)采集站。重慶橫河川儀公司的DX系列是日本橫河公司推出的新一代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)吸納了九十年代末在微處理器、TFT圖形顯示和網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域的最新技術(shù)，充分應(yīng)用了最新信號處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠的軟件平臺和軟件設(shè)計技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)，采用了日立高性能的微處理器(2片32位CPU)和橫河專利的高耐壓固態(tài)半導(dǎo)體繼電器(SSR)及單片信號調(diào)節(jié)器(SCC)。DX有如下特點和功能：l 具有多通道、高精度的萬能輸入l 配備3.5英寸軟盤或CF快閃存儲卡，數(shù)據(jù)可在上位機上打印分析l 不借助上位機軟件，在現(xiàn)場就能進行棒圖、趨勢圖、純數(shù)字、歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)、信息總覽、報警

5、一覽等多種方式的顯示l 具有強大的數(shù)學(xué)、邏輯運算功能，能完成各種復(fù)雜的運算如流量溫壓補償及累積l 內(nèi)部采用FLASH MEMORY，即使掉電也能對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行安全、長時間備份。安全性高，可設(shè)定雙重密碼權(quán)限l 標(biāo)準(zhǔn)配備Ethernet接口，標(biāo)準(zhǔn)支持TCP/IP協(xié)議，不需任何設(shè)定或轉(zhuǎn)換，可以立即接入LAN/WANl 內(nèi)嵌WEB服務(wù)器、FTP服務(wù)器、FTP客戶機、Email客戶機l 支持RS-232C、RS-422/485接口、支持MODBUS、OPC協(xié)議l 支持FF現(xiàn)場總線本層中DX主要完成蒸汽、煤氣等能源數(shù)據(jù)的采集，同時在現(xiàn)場完成流量的溫壓補償和累積，然后通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳給上位機進行集中監(jiān)控。2網(wǎng)

6、絡(luò)傳輸層由于現(xiàn)場計量點較多、較分散，我們提出了兩種網(wǎng)絡(luò)通訊體系，用戶可根據(jù)實際情況選用。網(wǎng)絡(luò)體系一 光纖以太網(wǎng)方式（見圖一）由于DX標(biāo)準(zhǔn)配備以太網(wǎng)接口,并支持TCP/IP通訊協(xié)議,所以采用光纖以太網(wǎng)方式是最直接、最簡單的方式。采用本方式，25臺DX作為子站與控制中心的上位機通過主干光纖環(huán)網(wǎng)連接在一起，并利用上位機上的DAQSTAR軟件，對25臺DX上的瞬時值和累計值等進行實時采集和管理。圖一、光纖以太網(wǎng)方式這種方式的優(yōu)點是維護方便，通信速度快，可靠性高，抗干擾強，不易遭雷擊。同時，采用這種方式還可進行雙機冗余備份，進一步提高系統(tǒng)的可靠性，我們推薦采用這種方式。網(wǎng)絡(luò)體系二 無線數(shù)傳電臺方式（見圖

7、二）如果現(xiàn)場環(huán)境不便于布線，可考慮用無線數(shù)傳電臺方式實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視。相對于架設(shè)專用電纜（或光纜）、無線數(shù)傳電臺具有造價低廉、施工快捷、運行可靠、維護簡單等優(yōu)點。本方案采用美國MDS公司EL7052系列數(shù)字電臺。EL7052數(shù)傳電臺采用數(shù)字信號處理、糾錯編碼、軟件無線電、數(shù)字調(diào)制解調(diào)和表面貼片一體化設(shè)計等技術(shù)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，電臺提供標(biāo)準(zhǔn)232數(shù)據(jù)口可直接與計算機、智能儀表等連接，傳輸速率達19200bps，誤碼低于10-6（接收電平-110dBm時），發(fā)射功率0.525瓦可調(diào)節(jié)，任何型號電臺可設(shè)置為主站或子站使用，無中轉(zhuǎn)通信距離達50公里以上，能適應(yīng)室內(nèi)或室外的

8、惡劣工作環(huán)境。電臺數(shù)據(jù)和話音兼容，可工作于單工、半雙工、時分雙工TDD、全雙工方式，收發(fā)同頻或異頻中轉(zhuǎn)組網(wǎng)，并具有遠程診斷、測試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠方站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。用數(shù)傳電臺組網(wǎng)有多種形式，本方案采用“點對多點主從通訊方式”。中心站設(shè)在計控中心，電臺RS232數(shù)據(jù)口直接與上位機相連；每個子站與各分廠的DX相連。系統(tǒng)采用輪詢或CDT工作方式，傳輸速率可達9600bps。圖二、數(shù)傳電臺方式本層完成把DX收集的數(shù)據(jù)向計算機傳送的任務(wù)。由于DX與DAQSTAR都具有極強的開放性，事實上，無論本層采用何種通訊介質(zhì)，甚至如RS485、CDMA、GPRS等，都可完成數(shù)據(jù)的正

9、常傳送。3遠程管理層本層的核心是用日本橫河電機的DAQSTAR軟件作為監(jiān)控管理軟件(見圖三)。DAQSTAR是自動控制系統(tǒng)監(jiān)控管理層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能夠以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O設(shè)備。與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。使用DAQSTAR，用戶可以方便、快速地構(gòu)造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)圖三、DAQSTAR軟件控系統(tǒng)，它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟實用、開發(fā)周期短等優(yōu)

10、點。DAQSTAR體系結(jié)構(gòu)DAQSTAR主要特點 以分布式實時數(shù)據(jù)庫RTDB為核心, 訪問遠程數(shù)據(jù)和訪問本地數(shù)據(jù)，對用戶完全透明。 HMI與實時數(shù)據(jù)庫相分離，增加了構(gòu)建系統(tǒng)的靈活性。 領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架，支持B/S和C/S訪問方式，用戶既可以使用HMI/SCADA組態(tài)軟件作為客戶端，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)的IE瀏覽器作為客戶端。 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點支持多種通訊方式，包括GPRS、CDMA等移動通訊功能。 開放的對外接口，方便地實現(xiàn)與其它第三方廠商的應(yīng)用程序進行數(shù)據(jù)交換。 基于PC控制的“軟邏輯”功能，輕松構(gòu)建基于PC的復(fù)雜控制系統(tǒng)。 通過DAQSTAR實時、歷史數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的快速訪問，通

11、過高比例的數(shù)據(jù)壓縮，可實現(xiàn)對海量歷史數(shù)據(jù)的存儲，實時地為企業(yè)信息管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。 領(lǐng)先的內(nèi)置式萬能報表,可制作任意格式報表。 提供面向?qū)ο缶幊谭绞?，?nèi)置間接變量、對象變量、模板變量，方便用戶構(gòu)造強大的企業(yè)級運行系統(tǒng)。 優(yōu)化的分布式實時數(shù)據(jù)庫管理工具，使工程管理更輕松。 支持多層次系統(tǒng)冗余及故障切換。支持IO設(shè)備冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余，數(shù)據(jù)庫冗余。 同步信息包括：時鐘同步、實時數(shù)據(jù)庫信息同步、View變量同步、歷史數(shù)據(jù)同步。 集成化的開發(fā)環(huán)境、增強的圖形功能 豐富的圖形元素及超級子圖精靈圖庫集，提供子圖精靈開發(fā)工具，用戶可以方便地生成自己的圖庫 豐富的函數(shù)的和設(shè)備驅(qū)動程序使您集成更容易 增強的

12、項目管理功能、制作運行包功能更完善 強大的報警計數(shù)器和報警控件 靈活的安全管理、提供節(jié)點級的安全 直接支持實時數(shù)據(jù)的關(guān)系查詢 腳本類型和觸發(fā)方式多樣，支持數(shù)組運算和循環(huán)DAQSTAR軟件由以下幾個主要部分組成： 工程管理器工程管理器用于創(chuàng)建工程、工程管理等。 開發(fā)系統(tǒng)（Draw）開發(fā)系統(tǒng)是一個集成環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面，配置各種系統(tǒng)參數(shù)，啟動DAQSTAR其他程序組件等。 運行系統(tǒng)（View）運行系統(tǒng)用來運行由開發(fā)系統(tǒng)Draw創(chuàng)建的畫面。 實時數(shù)據(jù)庫（Db）實時數(shù)據(jù)庫是DAQSTAR軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負責(zé)實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、報警處理、數(shù)據(jù)

13、服務(wù)請求處理等。 I/O驅(qū)動程序I/O驅(qū)動程序負責(zé)DAQSTAR與I/O設(shè)備的通信。它將I/O設(shè)備寄存器中的數(shù)據(jù)讀出后，傳送到DAQSTAR的數(shù)據(jù)庫，然后在運行系統(tǒng)的畫面上動態(tài)顯示。 網(wǎng)絡(luò)通信程序（NetClient/NetServer）網(wǎng)絡(luò)通信程序采用TCP/IP通信協(xié)議，可利用Intranet/Internet實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)點上DAQSTAR之間的數(shù)據(jù)通信。 Web服務(wù)器程序（Web Server）Web服務(wù)器程序可為處在世界各地的遠程用戶實現(xiàn)在臺式機或便攜機上用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)過程。 控制策略生成器（StrategyBuilder）控制策略生成器是面向控制的新一代軟件邏輯自動化

14、控制軟件，采用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形化編程方式，提供包括：變量、數(shù)學(xué)運算、邏輯功能、程序控制、常規(guī)功能、控制回路、數(shù)字點處理等在內(nèi)的十幾類基本運算塊，內(nèi)置常規(guī)PID、比值控制、開關(guān)控制、斜坡控制等豐富的控制算法。同時提供開放的算法接口，可以嵌入用戶自己的控制程序?？刂撇呗陨善髋cDAQSTAR的其它程序組件可以無縫連接。本層作為整個系統(tǒng)的管理監(jiān)控核心,直接接收現(xiàn)場DX收集的實時數(shù)據(jù)，并完成存儲、整理，統(tǒng)計、匯總、報表生成、查詢、WEB數(shù)據(jù)發(fā)布等任務(wù)。本層用一臺計算機安裝DAQSTAR作為服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，用數(shù)臺裝有IE瀏覽器的計算機作為客戶機進行同步監(jiān)視。所有的客戶機、服務(wù)器都可完成畫面監(jiān)視、報表生成、查詢、打印等要求。同時根據(jù)具體情況，還可配置雙服務(wù)器進行數(shù)據(jù)實時冗余備份。由于DX系列有強大、