研華能耗安全環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

研華（中國(guó)）有限公司

研華能耗安全環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

研華（中國(guó)）有限公司

為適應(yīng)節(jié)能減排及安全生產(chǎn)形式發(fā)展的新變化，能耗與安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵也正逐步延伸。實(shí)踐證明，建立有效的能耗與安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于提高能效、推進(jìn)節(jié)能減排、促進(jìn)安全生產(chǎn)作用明顯。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蔓延與普及，我國(guó)能耗安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)有著不同程度的改善，但依然存在各種問(wèn)題，亟待完善。

項(xiàng)目介紹

某大型制造企業(yè)下屬的時(shí)代新材彈性元件本部、時(shí)代新材絕緣事業(yè)部、時(shí)代新材風(fēng)機(jī)葉片事業(yè)部、半導(dǎo)體3號(hào)產(chǎn)線、半導(dǎo)體4號(hào)產(chǎn)線、時(shí)代電動(dòng)事業(yè)部6個(gè)事業(yè)部的能耗、安全、環(huán)保等運(yùn)行參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，各個(gè)事業(yè)部存在不同的流水產(chǎn)線，而在不同的流水產(chǎn)線上則裝有各種不同類型的控制器、傳感器及數(shù)據(jù)服務(wù)器。

如此，則需要建設(shè)新的系統(tǒng)將所有的生產(chǎn)及能耗參數(shù)進(jìn)行完整的采集與數(shù)據(jù)歸納，并及時(shí)遞送至中央服務(wù)器，以供生產(chǎn)控制中心把控全局，同時(shí)提供簡(jiǎn)潔易于規(guī)劃的數(shù)據(jù)源給各事業(yè)群?jiǎn)为?dú)處理。該公司投資2000萬(wàn)元委托其下屬子公司湖南株洲某軌道交通集團(tuán)公司實(shí)施能耗安全環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案，其中底層設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行多年，在本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，原則上不允許影響原有系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要在不擾動(dòng)不切換原有系統(tǒng)的前提下進(jìn)行。

該企業(yè)下屬6個(gè)事業(yè)部分別是獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)單位，且地理上分布在不通的區(qū)域，最近距離1km，最遠(yuǎn)距離5km。其中時(shí)代新材彈性元件事業(yè)部有5個(gè)子站，時(shí)代新材風(fēng)機(jī)葉片事業(yè)部有一個(gè)監(jiān)測(cè)站，時(shí)代新材絕緣事業(yè)部有一個(gè)監(jiān)測(cè)站，半導(dǎo)體3號(hào)線有8個(gè)監(jiān)測(cè)站，半導(dǎo)體4號(hào)線有12個(gè)監(jiān)測(cè)站，時(shí)代電動(dòng)有18個(gè)監(jiān)測(cè)站。其中各個(gè)監(jiān)測(cè)站的類別各不相同，典型的有用水監(jiān)測(cè)、用電監(jiān)測(cè)、污水監(jiān)測(cè)、安全巡檢、電泳、空壓機(jī)房、鍋爐房、涂裝烘房、污水處理站、消防池監(jiān)測(cè)等等。設(shè)備信號(hào)有兩種情況，一種是RS-485總線，Modbus RTU協(xié)議；另一種是開(kāi)關(guān)量輸入或者4～20mA輸入。因此，該企業(yè)希望現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備均實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，各事業(yè)部工程師均可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)所有設(shè)備的狀態(tài)及運(yùn)行情況，而集團(tuán)總部亦可實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)。

項(xiàng)目實(shí)施

面對(duì)該企業(yè)如此復(fù)雜、龐大的應(yīng)用需求，首先我們需要布置一套完整的通訊系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用了2層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)，分別為各事業(yè)部底層局域網(wǎng)和事業(yè)部之間的骨干網(wǎng)。通過(guò)網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)EKI-7659C及EKI-7656C構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定可靠的冗余光纖環(huán)網(wǎng)，以此作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓歉删W(wǎng)，保障其系統(tǒng)的高穩(wěn)定性數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)事業(yè)部信息中心機(jī)房均部署一臺(tái)EKI-7659C或EKI-7656C工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，同時(shí)采用單模光纖以達(dá)到遠(yuǎn)距離通信的目的。各個(gè)事業(yè)群間使用交換機(jī)進(jìn)行VLAN劃分，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn)行分割區(qū)域管理，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)布局更加簡(jiǎn)潔明了。各個(gè)事業(yè)群間則因距離較遠(yuǎn)而采用光纖來(lái)進(jìn)行有效傳輸。事業(yè)群內(nèi)設(shè)備使用網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，光纖網(wǎng)線之間通過(guò)靈活方便的光電轉(zhuǎn)換模塊EKI-2541M進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外，集團(tuán)總部監(jiān)控中心以及未在現(xiàn)場(chǎng)的高階主管也需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)本系統(tǒng)，由于IP分屬不同的地址段，普通的二層交換機(jī)無(wú)法滿足用戶需求，因此，客戶選擇了3層交換機(jī)EKI-9428G，通過(guò)其核心交換功能實(shí)現(xiàn)了跨IP地址的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。

事業(yè)部監(jiān)控中心的工程師站及車間監(jiān)控站均需配置上位機(jī)，最初的方案中采用了某品牌的商業(yè)PC。然而，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾過(guò)大導(dǎo)致通信故障頻發(fā)，電源供電電壓不穩(wěn)導(dǎo)致PC經(jīng)常性重啟，而狹小的電控柜也非常不便于安裝。經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，事業(yè)群技術(shù)組認(rèn)為應(yīng)該采用具有良好電磁兼容性、具備寬電源輸入特性，以及結(jié)構(gòu)緊湊的工控機(jī)才可滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。最終選定研華最新型UNO-283G工控機(jī)，該系列IPC采用2U高度、19寸標(biāo)準(zhǔn)上架式設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高等特點(diǎn)，電源寬輸入特性。此外，還為每臺(tái)工控機(jī)配置研華19寸標(biāo)準(zhǔn)支架式顯示器。

與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的I/O信號(hào)分散，且存在較惡劣的電磁干擾，很多測(cè)點(diǎn)沒(méi)有空調(diào)且季節(jié)溫差大。因此，需要寬溫型高環(huán)境適應(yīng)性的工業(yè)I/O模塊才可完成相關(guān)數(shù)據(jù)采集功能。本方案中I/O均采用研華ADAM-4000系列堅(jiān)固型分布式I/O模塊。其中ADAM-4051 為16DI模塊，ADAM-4015為熱電阻（PT100），ADAM-4117為8AI模塊，均支持Modbus協(xié)議。現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊通過(guò)經(jīng)濟(jì)可靠的RS-485總線輸出至現(xiàn)場(chǎng)電控柜內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，而數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的組態(tài)軟件則將串口傳輸?shù)腎/O信號(hào)采集并存儲(chǔ)到本機(jī)。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)經(jīng)過(guò)相關(guān)預(yù)處理及協(xié)議轉(zhuǎn)換后透過(guò)以太網(wǎng)信號(hào)向上傳至事業(yè)部服務(wù)器或集團(tuán)監(jiān)控中心服務(wù)器。

由于現(xiàn)場(chǎng)I/O數(shù)量各不相同，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)根據(jù)I/O數(shù)量規(guī)模的不同，選用不同的嵌入式工控機(jī)。在串口少于8個(gè)的小規(guī)模I/O測(cè)控柜內(nèi)配置UNO-2178（8串口），在串口高于8個(gè)的中等規(guī)模的I/O測(cè)控柜內(nèi)配置1個(gè)或多個(gè)ECU-4674（16串口）。研華數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)均內(nèi)置數(shù)據(jù)采集軟件WebAccess（400點(diǎn)）。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)分散，體現(xiàn)在測(cè)控柜分布在不同的車間、泵站、消防間，且調(diào)試工期短，需要人機(jī)界面顯示。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)需要2個(gè)星期的暫存數(shù)據(jù)，事業(yè)部監(jiān)控中心及集團(tuán)監(jiān)控中心則需更長(zhǎng)時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及歷史曲線回放。本方案中數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)均內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)采集軟件WebAccess（400點(diǎn)），監(jiān)控中心軟件則采用無(wú)限點(diǎn)WebAccess SCADA軟件，該系列軟件基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)且適合分層、分級(jí)、分布式應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)立即進(jìn)行斷點(diǎn)續(xù)傳，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)及長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，使二次開(kāi)發(fā)更加靈活方便，可迅速完成項(xiàng)目調(diào)試和施工。

研華產(chǎn)品在項(xiàng)目中的應(yīng)用如下：

系統(tǒng)架構(gòu)圖

能耗安全環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總圖

彈性元件事業(yè)部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架圖

項(xiàng)目總結(jié)

研華在能耗安全環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域擁有多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并已為眾多大型工廠提供了相關(guān)解決方案。以該汽車制造企業(yè)為例，其原有設(shè)備及既有能耗系統(tǒng)仍處于運(yùn)行中，且涉及數(shù)據(jù)龐大多樣，如何以低成本布建，準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高效地進(jìn)行監(jiān)控成為關(guān)鍵所在。此外，在既有應(yīng)用中涉及到的品牌眾多，接口及協(xié)議多樣，如何無(wú)縫整合、靈活配置亦成為不可或缺的關(guān)鍵。而研華開(kāi)放式架構(gòu)、無(wú)邊界整合的I/O數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)通訊、中心監(jiān)控工控機(jī)、遠(yuǎn)程監(jiān)控SCADA軟件等解決方案為用戶提供一站式整體解決方案，同時(shí)以調(diào)試高效和運(yùn)行可靠的特性幫助客戶快速完成項(xiàng)目編程、實(shí)施與應(yīng)用。