摘 要： 針對儀化公司計量測量點多、分布廣、結(jié)算自動化程度低的問題， 采用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 通過串口服務(wù)器將現(xiàn)場計量數(shù)據(jù)采集并發(fā)送至H iRIS實時數(shù)據(jù)庫中； 同時， 根據(jù)能源計量管理要求， 對實時數(shù)據(jù)進行計算并保存到數(shù)據(jù)服務(wù)器中， 通過數(shù)據(jù)校正軟件自動對數(shù)據(jù)源進行處理， 校正后的信息通過公司內(nèi)部信息網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)算報表的Web發(fā)布。經(jīng)過儀化公司實際應(yīng)用表明， 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、實時性好、布置靈活， 能在線反映整個公司生產(chǎn)能源消耗狀況， 并及時發(fā)現(xiàn)能源輸送過程中設(shè)備出現(xiàn)的突發(fā)故障。

　　0 引言

　　隨著石化企業(yè)面臨國際市場競爭的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)， 企業(yè)精細(xì)化管理已勢在必行， 對能源計量數(shù)據(jù)的實時性、全面性和準(zhǔn)確性也提出了更高的要求。原儀化公司能源計量管理狀況是能源介質(zhì)多（如氮氣、壓空、冷凍水、中低壓蒸汽、天然氣、電、生產(chǎn)水、生活水、低硅水、污水、煤炭、重油等）、計量點分散， 計量平衡采用每月人工抄表的方式， 月底由人工進行數(shù)據(jù)平衡。2009年公司利用其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和串口服務(wù)器， 建立了專用的計量信息虛擬網(wǎng)， 將所有計量數(shù)據(jù)通過計量管理系統(tǒng)采集并實現(xiàn)實時監(jiān)控。

　　1 能源計量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　計量信息管理系統(tǒng)采用全分布開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)分為儀表計量與信息管理兩層。系統(tǒng)利用儀化公司企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)， 將各生產(chǎn)中心處于不同地理位置的采集站連接成為一個總體網(wǎng)絡(luò)； 并采用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 建立了虛擬專用網(wǎng)VPN （ v irtual private network） ，即在儀化內(nèi)部公共網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺上， 構(gòu)建了一個專門供計量管理使用的虛擬網(wǎng)絡(luò)。從網(wǎng)絡(luò)空間來看， 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)在中間， 用戶的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在邊緣。通過虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的連接， 用戶可以根據(jù)自己的意愿分配各個節(jié)點上的地址空間， 也可以自己安排各個節(jié)點之間的路由關(guān)系。公司信息中心為計量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)立了VPN的專用IP地址： 10. 96. 92. 1~ 10. 96.92. 255, 目前使用的IP地址分為兩段， 即10. 96. 92. 1~10. 96. 92. 20（串口服務(wù)器）、10. 96. 92. 100 ~ 10. 96.92. 114（操作員工作站）。

　　根據(jù)現(xiàn)場計量的數(shù)據(jù)形式， 大部分分散的計量儀表選用帶RS??485通信接口的智能積算儀與串口服務(wù)器進行通信， 一臺串口服務(wù)器可同時與1~ 32臺智能積算儀進行通信。串口采集器將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式，再通過虛擬信息專用網(wǎng)發(fā)送至中控室。上述模式用于低壓蒸汽、工藝風(fēng)、儀表風(fēng)和冷凍水等分散在廠區(qū)內(nèi)的數(shù)百臺流量計的實時數(shù)據(jù)采集。

　　此外， 電能計量也采用相同的模式， 選用帶RS??485通信接口的電能表將生產(chǎn)區(qū)內(nèi)幾十個變配電站的電能數(shù)據(jù)連接上網(wǎng)并進行采集。

　　對于天然氣能源計量數(shù)據(jù)， 采用與天然氣門站控制器Siem ens S7300直接通信來實現(xiàn)。串口服務(wù)器與S7300的Profibus-DP 通信接口直接連接， 將S7-300內(nèi)部存儲區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式， 再通過虛擬信息專用網(wǎng)發(fā)送至中控室。

　　對于氮氣能源計量供出系統(tǒng)數(shù)據(jù)， 采用與氮氣供出系統(tǒng)上位機的iF ix組態(tài)軟件進行OPC通信來實現(xiàn)。

　　氮氣供出系統(tǒng)上位機增加以太網(wǎng)卡， 并分配虛擬專用網(wǎng)絡(luò)IP地址； 中控室作為OPC 客戶端讀取現(xiàn)場的氮氣能源計量供出系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

　　對于中、低壓蒸汽能源計量供出數(shù)據(jù)， 利用熱電生產(chǎn)中心目前現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)， 直接與計量信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換。

　　對于生產(chǎn)水、生活水、低硅水和污水系統(tǒng)的能源計量數(shù)據(jù)， 則根據(jù)現(xiàn)場實際情況， 采用上述幾種模式對計量信息管理系統(tǒng)進行擴容； 對于分散的遠(yuǎn)程能源用戶，采用無線GPRS模式進行數(shù)據(jù)采集。計量信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 計量信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

　　在動力生產(chǎn)中心， 中控室設(shè)置了計量服務(wù)器、計量網(wǎng)絡(luò)操作站和Web發(fā)布站， 以供儀表維修、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、生產(chǎn)調(diào)度和管理使用。

　　2 能源計量管理系統(tǒng)軟件

　　能源計量系統(tǒng)軟件采用和利時公司的實時信息系統(tǒng)HiRIS軟件。該軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由七大子系統(tǒng)組成： 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（ FactoryL ive）、組織機構(gòu)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)、組態(tài)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)、發(fā)布系統(tǒng)和離線系統(tǒng)。在供用雙方的能源計量數(shù)據(jù)平衡方面， 我們在H iR IS軟件中嵌入了上海交大自動化工程研究中心開發(fā)的數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)。

圖2 實時信息系統(tǒng)H iR IS軟件結(jié)構(gòu)

　　2. 1 數(shù)據(jù)傳輸

　　H iRIS系統(tǒng)采用用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（ UDP 數(shù)據(jù)包）的方式發(fā)送實時數(shù)據(jù)。所有工作都在內(nèi)存中完成， 這充分保證了數(shù)據(jù)的實時性； 同時， UDP 數(shù)據(jù)包遵循TCP / IP標(biāo)準(zhǔn)的面向數(shù)據(jù)報的運輸層協(xié)議， 以廣播的方式發(fā)送（點對點或點對多點） , 不需要確認(rèn)返回信息， 減輕了網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)的負(fù)載， 并大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。此外， 系統(tǒng)接收UDP 數(shù)據(jù)包時采用CRC 校驗等多種校驗方式， 確保了上傳的實時數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

　　2. 2 數(shù)據(jù)存儲

　　H iRIS系統(tǒng)采用實時數(shù)據(jù)庫FactoryL ive作為實時數(shù)據(jù)的存儲工具， 并通過開放接口與管理系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互， 實現(xiàn)了與管理系統(tǒng)的無縫連接； 同時， 利用FactoryL ive成熟的壓縮、存儲技術(shù)， 使數(shù)據(jù)存儲的容量更龐大、性能更穩(wěn)定、維護也更方便。

　　實時數(shù)據(jù)服務(wù)是整個實時庫系統(tǒng)的。它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的接收、處理和查詢以及系統(tǒng)管理等多項工作； 提供了報表定義器和數(shù)據(jù)導(dǎo)出程序， 將實時庫中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。報表定義器用于定義如何導(dǎo)出數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)導(dǎo)出程序按照這些定義將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

　　定時數(shù)據(jù)保存是定時從實時數(shù)據(jù)庫中獲取各點當(dāng)前數(shù)據(jù)， 并根據(jù)能源計量管理要求的統(tǒng)計方法計算后，直接保存到能源計量管理系統(tǒng)的SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫的定義表內(nèi)。二次開發(fā)可以利用這些表內(nèi)數(shù)據(jù)作為他們報表的直接數(shù)據(jù)源。

　　2. 3 控制系統(tǒng)接口

　　在控制系統(tǒng)的采集器方面， H iRIS 系統(tǒng)提供了OPC采集器、文件采集器和計算采集器等， 可以支持一般標(biāo)準(zhǔn)的通信接口， 如OPC、DDE 等接口方式以及數(shù)值、字符串、浮點等多種數(shù)據(jù)類型； 同時， 系統(tǒng)也支持一些控制系統(tǒng)的專用接口， 在控制系統(tǒng)的HM I中進行直接高效的數(shù)據(jù)采集。

　　2. 4 數(shù)據(jù)的校正

　　數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)軟件嵌入在數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器的客戶端計算機上。該客戶端上備有與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫， 關(guān)系數(shù)據(jù)庫上存儲著數(shù)據(jù)校正模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和各種常數(shù)[ 6], 模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和常數(shù)可以根據(jù)工業(yè)裝置運行的工況變化由人工作相應(yīng)的修改。

　　在指定的時間間隔期末（時間間隔一般取班、日和月）， 數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)自動地從MES主服務(wù)器上讀取數(shù)據(jù)（即校正系統(tǒng)所需的全部時間間隔內(nèi)的流量測量數(shù)據(jù)）并進行相應(yīng)的處理， 如流量測量數(shù)據(jù)的瞬時值在時間間隔內(nèi)的積分、流量測量數(shù)據(jù)的累計值取間隔期末值與期初值的差值， 間隔內(nèi)同一組分的多個測量值取平均值等。對于經(jīng)過處理的流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)的缺損值可以由人工進行補充。

　　在指定時間間隔期末， 數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)軟件自動啟動計算引擎， 讀入數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)服務(wù)器上本間隔期內(nèi)的流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)， 并按配置好的數(shù)據(jù)模型進行校正。校正后的流量測量數(shù)據(jù)和組分測量數(shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫； 同時， 復(fù)制一份至MES主服務(wù)器的歷史數(shù)據(jù)庫， 以供動態(tài)成本、調(diào)度優(yōu)化或技術(shù)報表等后續(xù)用戶調(diào)用。

　　2. 5 W eb服務(wù)功能

　　H iRIS系統(tǒng)內(nèi)置的W eb信息發(fā)布平臺建立在W indow s 2000 IIS服務(wù)器上， 它可提供實時數(shù)據(jù)、結(jié)算數(shù)據(jù)、單位信息查詢、能源表計數(shù)據(jù)查詢、電費數(shù)據(jù)查詢、事件查詢和報表查詢等功能。通過該Web發(fā)布訪問能源計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)時， 需要進行身份， 只有授權(quán)用戶可以訪問指定數(shù)據(jù)， 從而確保了用戶的授限管理與系統(tǒng)安全性設(shè)置的相互統(tǒng)一。

　　3 結(jié)束語

　　儀征化纖計量信息管理系統(tǒng)采用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 并利用公司已建成的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)， 減少了計量管理信息系統(tǒng)項目的投資， 整個系統(tǒng)在設(shè)計結(jié)構(gòu)上符合分散集中的原則。

　　計量信息管理系統(tǒng)投入使用后， 生產(chǎn)管理人員通過瀏覽能源平衡報表， 能快速準(zhǔn)確地掌握企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況； 儀表人員依據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的管路偏差， 有重點地檢查現(xiàn)場表計， 可避免因儀表故障處理不及時帶來的問題。此外， 計量信息管理系統(tǒng)可隨時產(chǎn)生各種需要的報表， 故障時間段的記錄為該時間段人工補償提供了依據(jù)。系統(tǒng)的良好運行進一步提高了能源計量的現(xiàn)代化管理水平。

參考文獻:

[1]. GPRS datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/GPRS_1594650.html.