鋼鐵企業能源管控系統網絡設計探討

詹少偉南京天溯自動化控制系統有限公司，江蘇南京 210019

鋼鐵企業能源管控系統網絡設計探討

詹少偉
南京天溯自動化控制系統有限公司，江蘇南京 210019

鋼鐵企業實施能源管控系統，是實現鋼鐵企業可持續發展的重要途徑。本文依據鋼鐵企業自身特點，探討了鋼鐵企業能源管控系統的網絡特點、典型網絡結構和設計關鍵點。網絡設計實用、合理的能源管控系統，將為鋼鐵企業的全方位節能提供充分支撐。

能源管控系統；網絡結構；網絡隔離

企業能源管控系統的主要功能是對分散的能源數據采集及控制進行集中地管理調度，在此基礎上實現能源供需平衡及能源預測，為在生產全過程中實現較好的節能、降耗和環保的目標創造條件。具體到鋼鐵企業，其能源管控系統是通過對水、電、風、氣等各種介質進行綜合采集和調度，實現操作、調度和管理一體化，從而達到降低企業綜合能耗，提高市場競爭力的目標。

1 能源管控系統網絡特點

能源管控系統是企業信息化系統的一個重要組成部分，它是企業級的系統，網絡范圍覆蓋全廠。鋼鐵企業內的各生產系統網絡相對獨立，而能源管控系統則需要借助這些生產系統網絡采集到必要的數據，即這些原本相互獨立的各生產系統網絡不可避免地被相互聯系起來，被納入能源管控系統采集網中。能源管控系統網絡設計的重要任務就是確保各生產網絡不受網絡互聯的影響。

另一方面，鋼廠內分散在各現場的網絡設備運行環境相對較為惡劣，網絡通道也較零散，各類分支網絡及主干網的穩定可靠性直接影響采集數據的準確性，在進行相關網絡設計時，需要充分考慮光電轉換設備和通訊采集設備的運行可靠性，綜合考慮其供電可靠性和安裝接線等工程實施因素，并預留備用通道和網絡接口。對于主干網絡，進行架構設計時應采用冗余設計，即遭遇故障時能快速自愈合，一般考慮采用雙網、環形網絡或雙環網設計，具體選擇時依據實際投資情況而定。各生產中心的數據匯聚起來后送往主站系統的前置處理模塊，要求高可靠性、各子網間嚴格隔離。主干網的典型配置一般為1 000Mb/s的光纖環網，對于大型鋼鐵企業，采集數據量非常大的情況下，建議采用雙環網，以便雙網自動優化分配網絡負荷。

2.3 主站網

主站網是能源管控系統的中樞神經，應采用雙網配置，相應地，諸如SCADA服務器、存儲服務器及WEB發布服務器等主站各服務器也應采用主備冗余、自動切換的配置。主站網里需選用高性能的交換機，既要能便利主站系統各應用程序和網絡的切換，又應方便進行網絡管理。對外轉發網絡，一般是連接至企業辦公網，與ERP等系統進行數據交換，主要考慮利用防火墻進行網絡隔離。

典型的鋼鐵能源管控系統網絡結構簡要示意見圖1。從圖中可看出，各采集子網通過光纖環網連接，組成主干網，并經前置交換機聯通至主站的前置服務器，這樣，前置服務器就可以和現場的各采集系統建立通道，進行信號采集，然后將數據轉給主站應用程序進行處理、分析、展示以及發布。

2 能源管控系統網絡結構設計

依據能源管控系統數據采集、處理、展示及轉發的一系列功能需求，在網絡結構設計時，從下到上一般應遵循三層網絡架構：采集子網、主干網、主站網。其中，主站網包含對外轉發網絡。

2.1 采集子網

采集子網分布在各具體的生產車間內，以PLC控制器或遠動機為核心，采集各工藝數據和能源介質管網數據。考慮現場通信的負載需求，一般采用10/100Mb/s自適應網絡，以便與生產網絡接合。設計中需按照因地制宜、光電網絡相互配合、就近接入的原則，盡可能保持各生產車間的原有網絡結構不變。

2.2 主干網

主干網以防火墻和環網交換機為典型代表，將來自

圖1 鋼鐵能源管控系統網絡結構示意

3 能源管控系統網絡設計關鍵點

3.1 采集子網與主干網間的隔離和地址轉換

采集子網分布在鋼廠的各個分廠里，如高爐、煉鋼廠、棒材廠、軋鋼廠、燒結廠等處。一般每個分廠設置一個采集子站，采取就近原則將此分廠內的各類信號通

過光、電網絡匯集至該采集子站。因各采集子站的網絡復雜多樣，網段不統一，采集子網需安裝防火墻或工業防護網關，且它們需配置足夠的光電轉換模塊。各工藝現場的PLC系統以及變電站的遠動機經各自通道連至防火墻，距離較遠就采用光通道，距離近則直接用網線。這樣，不論采集子網的網絡如何復雜多樣，最終各類信號匯集至防火墻，由防火墻對各通道進行地址映射、轉換并實施網絡隔離，即將現場不同網段轉變為同一網段后，經工業環網交換機繼續上送數據。因當下的工業防護網關還具有多協議分析和過濾功能，建議用它來替代傳統的防火墻。

3.2 主干網的冗余模式設計

各分廠的工業環網交換機及分廠間的光纖通道共同構筑起主干環網。主干環網需進行冗余設計和配置，以確保發揮環網的故障自愈和故障定位功能。在完整的光纖環網鏈路中，指定一臺環網交換機為冗余管理機，則會產生一條冗余鏈路。冗余管理機自始至終都在向環網發送診斷幀，正常情況下冗余鏈路上只傳遞診斷幀而無數據幀，見圖2中的上側圖示意。一旦環網出現一處斷點，冗余管理機收不到診斷幀，則它會在300ms內愈合冗余鏈路，讓數據幀從冗余鏈路繼續傳遞，以保證數據通訊的正常，見圖2中的下側圖示意。當斷點修復后，冗余鏈路又會自動恢復至原來的冗余狀態。經有效配置后，主干環網的這種冗余模式，能充分保證能源管控系統龐大采集網絡運行的可靠性。

4 結論

鋼鐵能源管控系統的采集大網，由能源控制中心延伸至整個鋼廠的各個角落，在能源管控網絡設計及施工中，確保主生產流程平穩運行是關鍵前提，即需有效隔離各類網絡、盡量保持原有各生產工藝網絡結構。在建立了安全可靠的采集網基礎上，繼續考慮網絡架構的冗余設計和網絡負載均衡，實現網絡整體可靠性和穩定性，進而為能源數據優化奠定堅實基礎，最終達到為企業實現降本增效、節能減排之目標。

圖2 主干環網冗余模式的原理

［1］張德欽.大型鋼鐵企業能源管理系統的設計與實現［J］.化工自動化及儀表，2013：390-394.

［2］楊曉帆.基于環網冗余工業以太網技術的鋼鐵能源管控系統［J］.大理學院學報，2012，11（10）：97-100.

［3］羅先喜，苑明哲，徐化巖，等.面向鋼鐵企業的先進能源管理系統研究新進展［J］.信息與控制，2011，40（6）：819-828.

TP3

A

1674-6708（2016）168-0128-01

詹少偉，工程師，研究方向為信息系統集成項目的管理。