湘钢自动化部能源数据采集系统的方案

重庆横河川仪有限公司二零零四年八月湘钢能源计量数据计算机管理系统方案基于对“湘钢能源计量数据计算机管理系统招标技术要求”的分析以及对用户实际情况的了解，我们按照国际标准工业控制系统规程，采用目前世界上最先进的三层体系网络结构（远程管理层/网络传输层/现场采集层），以高性能数据采集终端为依托，以分布式实时数据库为核心构建本实时能源数据采集管理系统。

本方案拟采用25台DX100/200型数据采集站与数台DAQSTAR监控软件的计算机配合，构成一个中小型的SCADA系统，对各个分厂及子站的132个能源计量点进行集中检测和监视。

由于各个子站距离主站较远（最近400米，最远2000米），故本方案采用采用光纤以太网、无线数传电台两种方式进行通讯，供用户选择。

(系统拓扑图见附页)本系统的SCADA软件部分采用日本横河电机株式会社的DAQSTAR 软件1.0版。

硬件采集部分采用日本横河电机株式会社的DX测量控制站。

DAQSTAR是日本横河电机株式会社开发的具有成熟现场经验的SCADA系统。

DAQSTAR运行在WINDOWS2000/XP操作系统上，以分布式实时数据库为核心，集数据采集、控制、管理于一体，非常适合天然气输配管监控这种典型的分布式应用。

DX100/200系列是日本横河电机株式会社为顺应现代自动化控制网络化、数字化、信息化的发展而推出的开放式数据采集站。

它集计算机技术、通讯技术、智能仪表和信号传感器技术于一体，既可作为带本地显示的数采站单独使用，更可与DAQSTAR软件配合，构建出各种复杂的SCADA系统，及时、准确、完整的生产和统计信息，为企业信息化提供完整的解决方案。

现场概貌湘钢现有能源测量点230多处，主要能源测量点132点。

其中煤气计量68点，蒸汽计量28点，空气计量10点，水计量10点，氧气、氮气、氩气计量16点，分布在公司各生产工艺点上，其特点是点多、面广且数据时刻都在变化，各能源测量点数据完全靠人工抄报。

现拟通过能源计量数据计算机管理系统的建立，实现数据实时采集，利用网络通讯、数据库等技术，实现能源计量数据采集、统计、分析、存储、处理及上传。

系统方案说明1．现场采集层本层主要采用DX系列作为数据采集站。

重庆横河川仪公司的DX系列是日本横河公司推出的新一代数据采集系统。

该系统吸纳了九十年代末在微处理器、TFT图形显示和网络通讯等领域的最新技术，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术及现场总线技术，采用了日立高性能的微处理器(2片32位CPU)和横河专利的高耐压固态半导体继电器(SSR)及单片信号调节器(SCC)。

DX有如下特点和功能：●具有多通道、高精度的万能输入●配备3.5英寸软盘或CF快闪存储卡，数据可在上位机上打印分析●不借助上位机软件，在现场就能进行棒图、趋势图、纯数字、历史曲线、历史数据、信息总览、报警一览等多种方式的显示●具有强大的数学、逻辑运算功能，能完成各种复杂的运算如流量温压补偿及累积●内部采用FLASH MEMORY，即使掉电也能对现场数据进行安全、长时间备份。

安全性高，可设定双重密码权限●标准配备Ethernet接口，标准支持TCP/IP协议，不需任何设定或转换，可以立即接入LAN/WAN●内嵌WEB服务器、FTP服务器、FTP客户机、Email客户机●支持RS-232C、RS-422/485接口、支持MODBUS、OPC协议●支持FF现场总线本层中DX主要完成蒸汽、煤气等能源数据的采集，同时在现场完成流量的温压补偿和累积，然后通过通讯网络传给上位机进行集中监控。

2．网络传输层由于现场计量点较多、较分散，我们提出了两种网络通讯体系，用户可根据实际情况选用。

网络体系一光纤以太网方式（见图一）由于DX标准配备以太网接口,并支持TCP/IP通讯协议,所以采用光纤以太网方式是最直接、最简单的方式。

采用本方式，25台DX作为子站与控制中心的上位机通过主干光纤环网连接在一起，并利用上位机上的DAQSTAR软件，对25台DX上的瞬时值和累计值等进行实时采集和管理。

图一、光纤以太网方式这种方式的优点是维护方便，通信速度快，可靠性高，抗干扰强，不易遭雷击。

同时，采用这种方式还可进行双机冗余备份，进一步提高系统的可靠性，我们推荐采用这种方式。

网络体系二无线数传电台方式（见图二）如果现场环境不便于布线，可考虑用无线数传电台方式实现远程数据采集、监视。

相对于架设专用电缆（或光缆）、无线数传电台具有造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单等优点。

本方案采用美国MDS公司EL7052系列数字电台。

EL7052数传电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，电台提供标准232数据口可直接与计算机、智能仪表等连接，传输速率达19200bps，误码低于10-6（接收电平-110dBm时），发射功率0.5～25瓦可调节，任何型号电台可设置为主站或子站使用，无中转通信距离达50公里以上，能适应室内或室外的恶劣工作环境。

电台数据和话音兼容，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式，收发同频或异频中转组网，并具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。

用数传电台组网有多种形式，本方案采用“点对多点主从通讯方式”。

中心站设在计控中心，电台RS232数据口直接与上位机相连；每个子站与各分厂的DX相连。

系统采用轮询或CDT工作方式，传输速率可达9600bps。

图二、数传电台方式本层完成把DX收集的数据向计算机传送的任务。

由于DX与DAQSTAR都具有极强的开放性，事实上，无论本层采用何种通讯介质，甚至如RS485、CDMA、GPRS等，都可完成数据的正常传送。

3．远程管理层本层的核心是用日本横河电机的DAQSTAR软件作为监控管理软件(见图三)。

DAQSTAR是自动控制系统监控管理层一级的软件平台和开发环境，能够以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备。

与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。

使用DAQSTAR，用户可以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监图三、DAQSTAR软件控系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济实用、开发周期短等优点。

DAQSTAR体系结构DAQSTAR主要特点➢以分布式实时数据库RTDB为核心, 访问远程数据和访问本地数据，对用户完全透明。

➢HMI与实时数据库相分离，增加了构建系统的灵活性。

➢领先的网络体系构架，支持B/S和C/S访问方式，用户既可以使用HMI/SCADA组态软件作为客户端，也可以使用标准的IE浏览器作为客户端。

➢网络节点支持多种通讯方式，包括GPRS、CDMA等移动通讯功能。

➢开放的对外接口，方便地实现与其它第三方厂商的应用程序进行数据交换。

➢基于PC控制的“软逻辑”功能，轻松构建基于PC的复杂控制系统。

➢通过DAQSTAR实时、历史数据库，可以实现对实时数据和历史数据的快速访问，通过高比例的数据压缩，可实现对海量历史数据的存储，实时地为企业信息管理系统提供基础数据服务。

➢领先的内置式"万能报表",可制作任意格式报表。

➢提供面向对象编程方式，内置间接变量、对象变量、模板变量，方便用户构造强大的企业级运行系统。

➢优化的分布式实时数据库管理工具，使工程管理更轻松。

➢支持多层次系统冗余及故障切换。

支持IO设备冗余、网络冗余，数据库冗余。

➢同步信息包括：时钟同步、实时数据库信息同步、View变量同步、历史数据同步。

➢集成化的开发环境、增强的图形功能➢丰富的图形元素及超级子图精灵图库集，提供子图精灵开发工具，用户可以方便地生成自己的图库➢丰富的函数的和设备驱动程序使您集成更容易➢增强的项目管理功能、制作运行包功能更完善➢强大的报警计数器和报警控件➢灵活的安全管理、提供节点级的安全➢直接支持实时数据的关系查询➢脚本类型和触发方式多样，支持数组运算和循环DAQSTAR软件由以下几个主要部分组成：☐工程管理器工程管理器用于创建工程、工程管理等。

☐开发系统（Draw）开发系统是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动DAQSTAR其他程序组件等。

☐运行系统（View）运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面。

☐实时数据库（Db）实时数据库是DAQSTAR软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。

它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。

☐I/O驱动程序I/O驱动程序负责DAQSTAR与I/O设备的通信。

它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到DAQSTAR的数据库，然后在运行系统的画面上动态显示。

☐网络通信程序（NetClient/NetServer）网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上DAQSTAR之间的数据通信。

☐Web服务器程序（Web Server）Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。

☐控制策略生成器（StrategyBuilder）控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，采用符合IEC1131-3标准的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。

同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。

控制策略生成器与DAQSTAR 的其它程序组件可以无缝连接。

本层作为整个系统的管理监控核心,直接接收现场DX收集的实时数据，并完成存储、整理，统计、汇总、报表生成、查询、WEB数据发布等任务。

本层用一台计算机安装DAQSTAR作为服务器采集数据，用数台装有IE浏览器的计算机作为客户机进行同步监视。

所有的客户机、服务器都可完成画面监视、报表生成、查询、打印等要求。

同时根据具体情况，还可配置双服务器进行数据实时冗余备份。

由于DX系列有强大、完整的网络接口，灵活支持多种通讯协议，所以无论用户采用何种形式的网络体系结构，作为数据采集终端的DX都可无缝接入。

同时由于DAQSTAR软件极好的分布式架构体系，所以本系统的伸缩性很好，可以随时进行软硬件的扩展。

我们认为，这套系统的成功运用将极大地减少能耗，降低环境污染，优化企业资源，降低维护费用和生产成本，提高产品的市场竞争力，获得显著的经济效益和社会效益。