陈  锴

（云南昆钢电子信息科技有限公司）

摘  要  如今在国家全面提倡节能减排与环境保护的大形势之下，钢铁企业在生产过程中，能源计量数据对主要能耗设备、能源计划、能源平衡、能源预测等方面发挥着越来越重要的作用。针对钢铁企业在生产过程中存在人工抄表不及时和反馈延迟等问题，本文简要论述了运用GE公司iFix软件搭建的SCADA平台，将分布在现场各个区域的能源计量数据进行统一采集、加工、分析；将iFix组态软件用作上位机的软件平台，进行能源计量数据的可视化展示。

关键词  SCADA  能源管理  计量仪表数据采集  数据可视化展示

1  引言

在钢铁企业生产过程中，能源计量仪表的数据一直受到企业管理部门、生产经营部门、能源管理部门、计划统计部门的高度重视。通过获取能源计量仪表的数据，各级生产管理部门、能源管理部门和计划统计部门可以直截了当地了解企业当前生产的状况，从而便于对生产经营做出快速和正确的指挥、调度。

但实际情况中，能源计量仪表分布在现场的各个区域，给数据的统计、设备的监控带来诸多不便，传统的钢铁企业只能通过电话询问和人工抄表的方式收集能源数据，造成信息反馈不及时。随着信息技术的迅猛发展和两化融合的逐步推进，通过搭建SCADA平台，可以实现对分散的能源计量仪表数据的统一采集、加工、分析，提高能源计量数据的采集效率、准确性和及时性，并通过可视化的形式将能源计量仪表数据展示给企业管理人员、调度人员，从而实现对各能源介质高效管控、企业节能减排的目的。

2  系统的结构与配置

通过GE公司iFix软件搭建的SCADA能源管控平台，能够提供诸如数据采集、过程监控、数据分析和测量以及全面管理等功能；同时运用各级网络硬件设备并依托能源工业环网，实现标准的TCP/IP协议进行数据和信息共享。SCADA能源管控平台硬件主要包括：安全防护网关（或数据采集网关）、网络交换机、SCADA数据采集服务器、历史数据库服务器、操作子站等。通过高速光纤通信，可以获得现场计量仪表数据的高速交互，从而实现计量仪表数据远程传输并且可以集中采集、计量，将采集到的数据通过SCADA平台进行整合、加工、分析后为管理人员和调度人员提供直观的报表、图表、调度信息。系统结构图如图1所示。

现场计量仪表通过RS-485或者RS-232接口与就近无纸记录仪进行通讯，实现多台能源计量仪表的集中监控和数据采集；无纸记录仪利用自身的以太网口接入至分布在现场数据采集站中的安全防护网关或数据采集网关，网关负责将现场计量仪表的数据收集并传输至能源工业环网。采集服务器采用双机冗余热备形式，并通过办公网与SCADA客户端相联。在此架构中，两台SCADA服务器均为盲服务器（即没有人机交互界面），主要是通过能源工业环网与现场计量仪表通信，对所采集的数据进行处理和保存，为分散各处的工作站提供数据。在工作站运行iFIX客户端时，工作站通过办公以太网与SCADA服务器执行人机交互（HMI），实现数据的可视化展示，主要功能包括：实时数据显示、历史趋势线、警报显示、设备状态监控等。

3  SCADA平台计量仪表数据采集

3.1  通信原理

如图2所示，SCADA数据采集服务器通过能源工业环网与现场无纸记录仪通信，该能源工业环网由工业级光纤交换机和光缆组成，通信网络采用双环形拓扑结构。现场计量仪表采用无纸记录仪采集，再通过安全防护网关转换为Modbus TCP/IP协议接入能源工业环网，并将数据传输至数据采集服务器。

3.2  历史数据存储

iFix软件提供了历史数据库工具，可以将SCADA系统采集的数据进行存储，包括历史数据的存储、警报记录等。运用图形化的历史曲线将数据显示在客户端上，可以实时监控系统的运行状态，通过历史曲线分析过程趋势并监控生产效率。历史数据的存储分为两部分：历史定义和历史采集。如图3所示：

历史定义是指收集历史数据的策略，包括：采集数据的标签名称（或数据源）、采集速率、每个历史数据文件的存储阶段和持续时间。

历史采集是依据历史定义的标准和规范，将所需要的数据从过程数据库中抽取至历史数据库。由于需要保存信号量较大，因此有必要根据数据变化速度，以合理的方式定义采样周期和相位，以免历史采集任务超负荷并丢失某些采样。

3.3  报警记录

在企业生产过程中，一些重要指标必须严格控制，例如温度、压力、流速等，生产管理部门可以根据实际情况，设置过程数据库中相应数据块的上限、下限和变化率进行限制。当数据块的当前值超过定义的限制时，SCADA服务器通过报警网络服务以广播方式将相应的警报信息发送给工作站。

警报文件服务每天都会创建一个以当前日期为文件名的文本文件，并将历史报警的记录以文本模式保存在计算机的硬盘上。这种方法可以长时间保存警报记录，方便用户按日期查看历史警报记录。报警报服务将历史警报记录存储在过程数据库中，可以轻松与其他应用程序共享数据。

4  SCADA能源管理系统数据可视化展示

数据时代化是当今时代发展的大趋势，数据化时代就是数据产生价值的时代，代表着先进生产力。能源数据的可视化实现了对稀疏、杂乱、复杂的计量仪表数据深入洞察，挖掘数据背后有价值的信息，无论是在提高工作效率、帮助企业管理者做出精准快速的理性决策等方面都起到了极其重要的作用。

在能源管理系统中，如果仅仅对现场计量仪表数据进行采集，而不把采集的数据进行分析、加工和可视化的展示，那么所采集的数据对企业管理者来说毫无价值。运用iFix提供的客户端可以轻松实现人机交互，达到数据可视化展示的目的，人机交互界面的主要功能包括：实时数据显示、历史趋势线、警报显示、设备状态监控等。架构图如图4所示。

4.1  实时数据的动态展示

在iFIX客户端工作台编辑模式下，通过对交互画面上的对象设置数据连接，可以实时显示数据。iFIX将屏幕对象的属性链接到数据源，交互画面对象数值根据数据源的变化而变化以实现数据的动态展示，数据源主要来自过程数据库。

对象的数据源通过节点的过程数据库的访问，GKSCADA是两台冗余采集服务器的逻辑节点，在逻辑节点下需配置一个主节点和一个备用节点，也就是一台主服务器和一台备服务器。当工作站与SCADA服务器进行数据交换时，首先访问主服务器的过程数据库，如果网络或服务器出现故障主服务器无法正常访问时，将访问备服务器的过程数据库。如图5所示，标签名是要读取的数据块的名称；F_CV是数据块的域名，域名表示数据块的不同属性，其中F_CV表示数据块的当前值，以浮点数表示。当工作站运行iFix客户端时，运行对象将会实时展示该数据块的当前值。

4.2  历史趋势曲线

iFix软件提供了Proficy Historain，是用于实时数据收集的历史数据工具。在服务器端部署Proficy Historain，可以搭建起专属的历史数据库；在工作站部署Proficy Historain，并根据SCU配置文件中定义的历史数据文件的路径，工作站可以从历史数据库服务器获取历史数据以进行处理，并形成历史趋势曲线。如图6所示，可以在该界面中查询具体数据点的历史曲线，并定义历史数据源的时间范围、采样间隔等。历史趋势为用户提供了强大的管理工具，以帮助分析过程趋势、监控生产效率和分析以往的数据。

4.3  报警显示

SCADA服务器根据现场数据收集来分析和判断数据，并根据预定义的上限和下限条件以广播方式发送警报信息。客户端接收到此信息，并通过显示警报列表显示警报时间、警报节点、警报标签、当前值和警报状态。

5  结语

基于SCADA平台的能源计量仪表数据的采集和数据可视化展示，基本上解决了钢铁企业能源计量过程中人工抄数不及时和反馈延迟的问题。通过SCADA服务器与现场能源计量仪表的通信，并处理从计量仪表获得的数据，以实时数据显示、历史趋势线、警报显示的形式呈现给企业管理人员、调度人员，从而大大增加了系统的开放性和扩展性，并且可以与其它应用程序共享数据。

6  参考文献

[1]王树强,高君乐,王君海,宋书龙,李志新,张铭忠.通钢能源计量数据自动采集管理系统研究[J].自动化博览,2013(12):66-67+74.

[2]王云峰.计量数据采集与检测系统的改造及应用[J].机动化与仪器仪表,2015(11):43-45.

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[5]谭忠良.GE Proficy软件在北营钢铁能源管理系统中的应用[C].冶金自动化,2015:384-387.