钢铁企业能源管控系统网络设计探讨

詹少伟南京天溯自动化控制系统有限公司，江苏南京 210019

钢铁企业能源管控系统网络设计探讨

詹少伟
南京天溯自动化控制系统有限公司，江苏南京 210019

钢铁企业实施能源管控系统，是实现钢铁企业可持续发展的重要途径。本文依据钢铁企业自身特点，探讨了钢铁企业能源管控系统的网络特点、典型网络结构和设计关键点。网络设计实用、合理的能源管控系统，将为钢铁企业的全方位节能提供充分支撑。

能源管控系统；网络结构；网络隔离

企业能源管控系统的主要功能是对分散的能源数据采集及控制进行集中地管理调度，在此基础上实现能源供需平衡及能源预测，为在生产全过程中实现较好的节能、降耗和环保的目标创造条件。具体到钢铁企业，其能源管控系统是通过对水、电、风、气等各种介质进行综合采集和调度，实现操作、调度和管理一体化，从而达到降低企业综合能耗，提高市场竞争力的目标。

1 能源管控系统网络特点

能源管控系统是企业信息化系统的一个重要组成部分，它是企业级的系统，网络范围覆盖全厂。钢铁企业内的各生产系统网络相对独立，而能源管控系统则需要借助这些生产系统网络采集到必要的数据，即这些原本相互独立的各生产系统网络不可避免地被相互联系起来，被纳入能源管控系统采集网中。能源管控系统网络设计的重要任务就是确保各生产网络不受网络互联的影响。

另一方面，钢厂内分散在各现场的网络设备运行环境相对较为恶劣，网络通道也较零散，各类分支网络及主干网的稳定可靠性直接影响采集数据的准确性，在进行相关网络设计时，需要充分考虑光电转换设备和通讯采集设备的运行可靠性，综合考虑其供电可靠性和安装接线等工程实施因素，并预留备用通道和网络接口。对于主干网络，进行架构设计时应采用冗余设计，即遭遇故障时能快速自愈合，一般考虑采用双网、环形网络或双环网设计，具体选择时依据实际投资情况而定。各生产中心的数据汇聚起来后送往主站系统的前置处理模块，要求高可靠性、各子网间严格隔离。主干网的典型配置一般为1 000Mb/s的光纤环网，对于大型钢铁企业，采集数据量非常大的情况下，建议采用双环网，以便双网自动优化分配网络负荷。

2.3 主站网

主站网是能源管控系统的中枢神经，应采用双网配置，相应地，诸如SCADA服务器、存储服务器及WEB发布服务器等主站各服务器也应采用主备冗余、自动切换的配置。主站网里需选用高性能的交换机，既要能便利主站系统各应用程序和网络的切换，又应方便进行网络管理。对外转发网络，一般是连接至企业办公网，与ERP等系统进行数据交换，主要考虑利用防火墙进行网络隔离。

典型的钢铁能源管控系统网络结构简要示意见图1。从图中可看出，各采集子网通过光纤环网连接，组成主干网，并经前置交换机联通至主站的前置服务器，这样，前置服务器就可以和现场的各采集系统建立通道，进行信号采集，然后将数据转给主站应用程序进行处理、分析、展示以及发布。

2 能源管控系统网络结构设计

依据能源管控系统数据采集、处理、展示及转发的一系列功能需求，在网络结构设计时，从下到上一般应遵循三层网络架构：采集子网、主干网、主站网。其中，主站网包含对外转发网络。

2.1 采集子网

采集子网分布在各具体的生产车间内，以PLC控制器或远动机为核心，采集各工艺数据和能源介质管网数据。考虑现场通信的负载需求，一般采用10/100Mb/s自适应网络，以便与生产网络接合。设计中需按照因地制宜、光电网络相互配合、就近接入的原则，尽可能保持各生产车间的原有网络结构不变。

2.2 主干网

主干网以防火墙和环网交换机为典型代表，将来自

图1 钢铁能源管控系统网络结构示意

3 能源管控系统网络设计关键点

3.1 采集子网与主干网间的隔离和地址转换

采集子网分布在钢厂的各个分厂里，如高炉、炼钢厂、棒材厂、轧钢厂、烧结厂等处。一般每个分厂设置一个采集子站，采取就近原则将此分厂内的各类信号通

过光、电网络汇集至该采集子站。因各采集子站的网络复杂多样，网段不统一，采集子网需安装防火墙或工业防护网关，且它们需配置足够的光电转换模块。各工艺现场的PLC系统以及变电站的远动机经各自通道连至防火墙，距离较远就采用光通道，距离近则直接用网线。这样，不论采集子网的网络如何复杂多样，最终各类信号汇集至防火墙，由防火墙对各通道进行地址映射、转换并实施网络隔离，即将现场不同网段转变为同一网段后，经工业环网交换机继续上送数据。因当下的工业防护网关还具有多协议分析和过滤功能，建议用它来替代传统的防火墙。

3.2 主干网的冗余模式设计

各分厂的工业环网交换机及分厂间的光纤通道共同构筑起主干环网。主干环网需进行冗余设计和配置，以确保发挥环网的故障自愈和故障定位功能。在完整的光纤环网链路中，指定一台环网交换机为冗余管理机，则会产生一条冗余链路。冗余管理机自始至终都在向环网发送诊断帧，正常情况下冗余链路上只传递诊断帧而无数据帧，见图2中的上侧图示意。一旦环网出现一处断点，冗余管理机收不到诊断帧，则它会在300ms内愈合冗余链路，让数据帧从冗余链路继续传递，以保证数据通讯的正常，见图2中的下侧图示意。当断点修复后，冗余链路又会自动恢复至原来的冗余状态。经有效配置后，主干环网的这种冗余模式，能充分保证能源管控系统庞大采集网络运行的可靠性。

4 结论

钢铁能源管控系统的采集大网，由能源控制中心延伸至整个钢厂的各个角落，在能源管控网络设计及施工中，确保主生产流程平稳运行是关键前提，即需有效隔离各类网络、尽量保持原有各生产工艺网络结构。在建立了安全可靠的采集网基础上，继续考虑网络架构的冗余设计和网络负载均衡，实现网络整体可靠性和稳定性，进而为能源数据优化奠定坚实基础，最终达到为企业实现降本增效、节能减排之目标。

图2 主干环网冗余模式的原理

［1］张德钦.大型钢铁企业能源管理系统的设计与实现［J］.化工自动化及仪表，2013：390-394.

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［3］罗先喜，苑明哲，徐化岩，等.面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展［J］.信息与控制，2011，40（6）：819-828.

TP3

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1674-6708（2016）168-0128-01

詹少伟，工程师，研究方向为信息系统集成项目的管理。