研华能耗安全环保监测系统解决方案

研华（中国）有限公司

研华能耗安全环保监测系统解决方案

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为适应节能减排及安全生产形式发展的新变化，能耗与安全监测的内涵也正逐步延伸。实践证明，建立有效的能耗与安全监测系统，对于提高能效、推进节能减排、促进安全生产作用明显。近年来，随着物联网技术的蔓延与普及，我国能耗安全监测管理系统有着不同程度的改善，但依然存在各种问题，亟待完善。

项目介绍

某大型制造企业下属的时代新材弹性元件本部、时代新材绝缘事业部、时代新材风机叶片事业部、半导体3号产线、半导体4号产线、时代电动事业部6个事业部的能耗、安全、环保等运行参数需要进行实时在线监测，各个事业部存在不同的流水产线，而在不同的流水产线上则装有各种不同类型的控制器、传感器及数据服务器。

如此，则需要建设新的系统将所有的生产及能耗参数进行完整的采集与数据归纳，并及时递送至中央服务器，以供生产控制中心把控全局，同时提供简洁易于规划的数据源给各事业群单独处理。该公司投资2000万元委托其下属子公司湖南株洲某轨道交通集团公司实施能耗安全环保监测系统解决方案，其中底层设备已经运行多年，在本监测系统实施过程中，原则上不允许影响原有系统的正常运行，要在不扰动不切换原有系统的前提下进行。

该企业下属6个事业部分别是独立的运营单位，且地理上分布在不通的区域，最近距离1km，最远距离5km。其中时代新材弹性元件事业部有5个子站，时代新材风机叶片事业部有一个监测站，时代新材绝缘事业部有一个监测站，半导体3号线有8个监测站，半导体4号线有12个监测站，时代电动有18个监测站。其中各个监测站的类别各不相同，典型的有用水监测、用电监测、污水监测、安全巡检、电泳、空压机房、锅炉房、涂装烘房、污水处理站、消防池监测等等。设备信号有两种情况，一种是RS-485总线，Modbus RTU协议；另一种是开关量输入或者4～20mA输入。因此，该企业希望现场所有设备均实现联网，各事业部工程师均可实时在线监测所有设备的状态及运行情况，而集团总部亦可实时监控运行参数。

项目实施

面对该企业如此复杂、庞大的应用需求，首先我们需要布置一套完整的通讯系统。此系统采用了2层网络拓扑架构，分别为各事业部底层局域网和事业部之间的骨干网。通过网管型工业以太网交换机EKI-7659C及EKI-7656C构建一个稳定可靠的冗余光纤环网，以此作为数据传输的骨干网，保障其系统的高稳定性数据传输。每个事业部信息中心机房均部署一台EKI-7659C或EKI-7656C工业以太网交换机，同时采用单模光纤以达到远距离通信的目的。各个事业群间使用交换机进行VLAN划分，在拓扑结构上进行分割区域管理，使整个网络布局更加简洁明了。各个事业群间则因距离较远而采用光纤来进行有效传输。事业群内设备使用网线进行数据传输，光纤网线之间通过灵活方便的光电转换模块EKI-2541M进行转换。此外，集团总部监控中心以及未在现场的高阶主管也需通过网络访问本系统，由于IP分属不同的地址段，普通的二层交换机无法满足用户需求，因此，客户选择了3层交换机EKI-9428G，通过其核心交换功能实现了跨IP地址的网络访问。

事业部监控中心的工程师站及车间监控站均需配置上位机，最初的方案中采用了某品牌的商业PC。然而，经过现场考察发现，现场电磁干扰过大导致通信故障频发，电源供电电压不稳导致PC经常性重启，而狭小的电控柜也非常不便于安装。经过反复讨论，事业群技术组认为应该采用具有良好电磁兼容性、具备宽电源输入特性，以及结构紧凑的工控机才可满足现场需求。最终选定研华最新型UNO-283G工控机，该系列IPC采用2U高度、19寸标准上架式设计，具有结构紧凑，性价比高等特点，电源宽输入特性。此外，还为每台工控机配置研华19寸标准支架式显示器。

与此同时，现场的I/O信号分散，且存在较恶劣的电磁干扰，很多测点没有空调且季节温差大。因此，需要宽温型高环境适应性的工业I/O模块才可完成相关数据采集功能。本方案中I/O均采用研华ADAM-4000系列坚固型分布式I/O模块。其中ADAM-4051 为16DI模块，ADAM-4015为热电阻（PT100），ADAM-4117为8AI模块，均支持Modbus协议。现场I/O模块通过经济可靠的RS-485总线输出至现场电控柜内的数据网关，而数据网关内置的组态软件则将串口传输的I/O信号采集并存储到本机。数据网关经过相关预处理及协议转换后透过以太网信号向上传至事业部服务器或集团监控中心服务器。

由于现场I/O数量各不相同，数据网关根据I/O数量规模的不同，选用不同的嵌入式工控机。在串口少于8个的小规模I/O测控柜内配置UNO-2178（8串口），在串口高于8个的中等规模的I/O测控柜内配置1个或多个ECU-4674（16串口）。研华数据网关均内置数据采集软件WebAccess（400点）。

本系统数据采集现场分散，体现在测控柜分布在不同的车间、泵站、消防间，且调试工期短，需要人机界面显示。同时，现场数据网关需要2个星期的暂存数据，事业部监控中心及集团监控中心则需更长时间的历史数据存储以及历史曲线回放。本方案中数据网关均内设数据采集软件WebAccess（400点），监控中心软件则采用无限点WebAccess SCADA软件，该系列软件基于网络设计且适合分层、分级、分布式应用场景。当网络故障时数据可在网络恢复时立即进行断点续传，实现历史数据的连续及长时间存储，使二次开发更加灵活方便，可迅速完成项目调试和施工。

研华产品在项目中的应用如下：

系统架构图

能耗安全环保监测系统总图

弹性元件事业部监测系统构架图

项目总结

研华在能耗安全环保监测领域拥有多年的实践经验，并已为众多大型工厂提供了相关解决方案。以该汽车制造企业为例，其原有设备及既有能耗系统仍处于运行中，且涉及数据庞大多样，如何以低成本布建，准确、稳定、高效地进行监控成为关键所在。此外，在既有应用中涉及到的品牌众多，接口及协议多样，如何无缝整合、灵活配置亦成为不可或缺的关键。而研华开放式架构、无边界整合的I/O数据采集、数据网关、工业以太网通讯、中心监控工控机、远程监控SCADA软件等解决方案为用户提供一站式整体解决方案，同时以调试高效和运行可靠的特性帮助客户快速完成项目编程、实施与应用。