技术文章您的位置:网站首页 >技术文章 > 风力发电场集中监控系统解决方案
风力发电场集中监控系统解决方案
更新时间:2023-08-31   点击次数:894次

.       风力发电场的电气设备

每台发电机组的顶部机仓配备有一个涡轮发电机,前端是可调整角度的风叶,系统可根据不同的风力状况来调整风叶的倾斜角度,风叶一般的转速1015/分,通过变速箱可调节1500/分的转速驱动发电机。在机仓里同时也配置一台工 PLC用于控制及相关数据采集,通PLC采集风速、风向、转速、发电有功功率及无功功率等相关数据,并通过采集的数据对发电机进行实时控制。陆上在风机塔底端还设置箱变负责升压和汇流,根据功率和地理条件,多台风机一次升压后并联汇流接入升压变电站,通过升压变压器进一步提升电压后并入大电网为电网输送电能。风力发电场的电气接线示意图如1所示。风机发出的电压一般0.69kV,经过箱变升压10kV35kV,多台并联汇流后接入升压变电站的低压侧母线,再次经过主变压器升压110kV或者更高电压等级后接入电网。

不同于陆上风电,海上风电由于环境恶劣(高湿度、高盐密度),用于一次升压的干式变压器集成在风机的机仓内,这样既解决了整个机组的占地面积问题,又避免了将变压器安装在较低位置所带来的防护困难问题。img1

1 风力发电场电气接线示意图

.       风力发电场的保护和测控设备

风力发电场从风机发-升压箱--升压站中压母线--主变压-升压站高压母线--高压出线--电网并网,中间需要经过两次升压后并入电网,电气设备的数量和种类比较多,任意环节出现故障都会影响风力发电场的正常运行。因此需要在风力发电场的各个环节设置保护和测控装置,监测风电场的运行状态。2为风力发电场的保护和测控装置配置示意图。

img2 

2 风力发电场保护测控装置配置图

 

.       箱变测控装置

在陆上风力发电场为降低线路损耗,一般在风机旁配0.69/35(10)kV箱式升压站。风电场各风机间距达数百米,离集控室较远;升压变均处于空旷的野外,自然环境比较恶劣,不方便人工巡视,使得箱变测控成为风电场的监控难点。箱变测控装置是风电场监控系统的核心部分,对箱变实现智能化管理。箱变测控装置能够对风电箱变进行保护和远程监控,实遥信、遥测、遥控、遥"功能,大大提高风电场的运维效率。

img3 

3 风力发电场箱变测控装置

AM6-PWC箱变保护测控装置针对风电及光伏升压变不同要求的集保护、测控、通讯一体化装置,其功能配置如下表所示。

img4 

 

.       低压侧线路和母线保护测控

多台风机经*一次升压35(10)kV后并联为一个回路接入升压变电站低压侧母线,当风电场风机数量比较多时,汇入升压变电站低压侧母线的线路也比较多。为了实现监测,线路配置线路保护装置、多功能测控仪表、电能质量监测装置、无线测温装置,实现对线路电气保护、测量以及温度的实时监测,低压侧母线设置弧光保护装置

名称

图片

型号

功能

应用

线路保护

img5 

AM6-L

3510kV回路的电流电压保护、非电量保护、测量和自动控制功能。

升压站低压侧线路保护和测控

电能质量监测装置

img6 

APView500

实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量,记录各类电能质量事,定位扰动源。

智能仪表

img7 

APM520

具有全电量测量,谐波畸变率、电压合格率统计、分时电能统计,开关量输入输出,模拟量输入输出。

母线弧光保护

img8 

ARB6

适用于开关柜弧光信号和电流信号的采集,并控制进线、母联或母线上所有开关柜分闸

升压站低压侧母线保护

无线测温传感器

img9 

ATE400

35kV及以下电压等级配电系统母排、线缆连接点温度和温升预警。

升压站低压侧线路接点、母线测温

1 低压侧线路、母线保护测控配置

 

.       主变压器保护测控

风机发电在低压侧母线汇流后经过主变压器升压110kV并入电网。主变压器配置差动保护、高后备保护、低后备保护、非电量保护、测控装置及变压器温控、档位变送器,实现对主变压器的保护测控功能,集中组屏安装。

名称

图片

型号

功能

应用

差动保护装置

img10 

AM6-D2

主变两侧差动保护

升压站主变压器

高、低压侧后备保护

AM6-TB

三段相间过流,两段零序过流,两段间隙过流保护、复合电压闭锁、两段零序过压保护,断路器控制

非电量保护

AM6-FD

重瓦斯、轻瓦斯、超温、过温、压力释放保护和告警

测控装置

AM6-K

遥测、遥信、遥控

档位变送器

 

监测和调节主变档位

温度变送器

ARTM-8L

监测主变绕组和油温

2 主变保护测控配置

 

.       高压线路保护测控

风力发电场发出的电能经过两次升压110kV后并入电网110kV线路配置光纤纵差保护、距离保护、防孤岛保护、测控装置等。

名称

图片

型号

功能

应用

保护装置

img11 

AM6-LD

线路光纤纵差保护装置

线路两侧

AM6-L2

/接地距离、零序过流、故障测距等

本侧

AM6-K

遥测、遥信、遥控

AM5SE-IS

防孤岛保护装置,当外部电网停电后断开和电网连接

电能质量监测装置

img12 

APView500

实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量,记录各类电能质量事,定位扰动源。

本侧

3 110kV线路保护测控配置

.       风力发电场监控系统

风力发电场监控平台实现对风电场的运行状态和风机的实时数据进行监测、控制和管理,提高风电场的可靠性和运行效率,降低维护成本,实现智能化管理。

风力发电场占地面积比较大,设备分散,系统对数据通讯可靠性和实时性要求比较高。在具备条件的情况下采用光纤冗余环网进行数据采集和通讯,也可以采LORA无线方式进行数据传输。img13

4 风力发电场监控系统图

风机机PLC和箱变测控装置数据通过光纤环网上传至控制室数据服务器,升压站综合自动化系统数据通过以太网上传数据服务器,多功能仪表、无线测温、温度变送器、档位变送器、直流系统以及其它智能设备接入通讯管理机上传数据服务器,如4所示。

img14 

5 风力发电场监控界面

 

.       风场监控

对整个风电场风机的基本参数(包括风速,功率,转速等)的综合展示,并且可通过远程控制单个或多个风机的启停,实现对每个风机的日发电量,月发电量,年发电量的监控,便于实时监视风机的运行状况。

 

.       机组监控

对机组内的各个控制模块的参数以及控制状态的监控,模块包括:变桨,偏航,齿轮箱,发电机,液压站,机舱,变流器,电网,安全链,转矩,主轴,塔基,测风仪等。实现对每个模块的参数、故障及趋势图的综合展示。

 

.       实时数据显示

风电场内的风机、变电站等设备都配备传感器和监测设备,能够实时采集设备的运行电气数据、温度、振动等参数,异常时及时预警。

 

.       功率管理

对有功参数和无功参数的展示、有功与无功的控制调节等功能,切实可行的降低企业的运营成本,为实现节能减排的目标提供数据支撑。

 

.       生产报表

对风电量、风场性能指标、机组新能等重要参数进行报表功能的显示和,支持按照时间维度(日、月、年)统计各风电场设备的运行情况。按日、月、年的查询方式,对重要参数进行分类分项统计,并生成报表。

 

.       统计分析

支持多种统计分析功能,充分挖掘数据潜在价值,提供节能优化方案,为管理者提供决策依据,切实可行的提高企业的管理水平,并且实现节能减排、科学生产的目标。分析方式包括:故障统计,功率曲线,可利用率统计,风玫瑰图,风速功率报表,月日利用率以及停机时间统计等。

 

随着这些年引进技术以及自主研发,国内钢铁企业的自动化和信息化水平有了长足的进步,各种新的信息化、自动化技术在钢铁企业中得到了广泛的应用。随着大数据技术的发展,企业对采集和管理全生产过程中的生产、运营数据有着迫切的需求,以改善企业生产管理,改进生产工[1]。但各种不同的技术、产品被部署到企业现场后,出现了一些问题:

1)设备种类多,地域分布广,通讯链路比较复杂;

2)传输标准多样化,不同的通讯技术,通讯协议并存;

3)部署、调试与维护管理的成本剧增。

钢铁企业的能源消耗直接决定了其生产成本,因而降低能耗对提升企业竞争力有着非常重要的意义。同时,钢铁企业污染排放量大,如果能合理使用与平衡调配能源,对环境保护也有作用。能源管理系统(以下简EMS")对全厂能源介质计量实行集中监视,其主要功能是实现高炉煤气、转炉煤气、天然气、水蒸气、氧氮氩、水、电等数据计量采集,对在公司层面优化煤气平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低吨钢能耗、提高劳动生产率和能源管理水平将起到十分明显的促进作用。

但是钢铁企业过程控制层控制设备繁杂,通信协议繁多,难以实现数据的集成和共享。本文提出了一种基于工业网关的数据采集系统,作为一个数据采集平台,实现对多源异构的数据进行采集,为能源管理系统EMS)以及后续企业管理系统ERP)提供统一的数据。

1多源异构数据实时采集系统

根据钢EMS系统的特点,对数据采集子系统提出了以下几个要求:

1)可靠性。需要能够在比较严酷的工业现场长时间可靠地工作,保证过程数据不丢失。

2)适应性。要求系统能提供企业现场多传感器、多协议的统一数据接口,开放式可扩展的数据采集框架,为数据后续的系统提供统一、实时的数据。

3)可扩展性。考虑到能源系统随主系统不断拓展的特点,数据采集的接口也需要能够相应地拓展,以便将新的数据源接入到系统中来。

4)可维护性。系统要能够实现在线诊断、远程维护等功能,方便找出有问题的采集结点并及时修复,减少人工巡检的成本。

5)安全性。一方面要确保采集到的数据能够安全地传送EMS上层系统,另外一方面也要确保企业过程控制系统不受外部网络威胁。

目前,企业需要接ERP系统的各个现场控制系统现状如1所列。

img1 

1某钢铁企业现场控制系统现状

对原PLCDCS的系统,通过数据采集系统接入到上层系统即可。对空压系统和水系统,则需要对其进行相应的改造,实现系统PLC控制或DCS控制,并用智能仪表来代替传统仪表。

1.1异构数据采集系统框架设计

能源管理系统的构架如1所示,在组网方式上,考虑到各个厂区距离较远,所以采用环形加心形的方式:各个工厂组成一个环网,而工厂里各个采集点采用心形连接接入到环网中。将各个子系统采集到的数据通过交换机传输到服务器中。

img2 

1某钢铁企EMS系统

1.2多源异构数据采集系统标准化方案

为了满足网络和互联网络贯通,面对大范围的介入,提供一种标准、可用、易用、易维护的方案。针对企业RTUPLC等厂家众多,在EMS系统交互时,没有统一的数据接口的问题,数据采集系统通过使用工业网关来实现对各个系统数据的采集和标准化,从而将统一的数据上传EMS系统,方便实时数据服务器对数据进行处理。对于1所示的系统中就采用SymLink智能工业网关。

该网关与一些只支持单一通信协议的网关相比,它能支持多种通信链路,比RS-232/485CAN总线、以太网WiFi等,可以非常方便地实现与现场设备进行交互;支持采集工业现场的多种工业设备协议,并以多种工业设备协议向其他系统或设备提供数据分发服务,如OPCModbusIEC61850IEC60870PLC等;支持众多功能,如脚本系统、数据存储、设备报警等,并能通过互联网进行应用开发、在线调试、技术支持;图形化的操作配置也相对比较方便操作。SymLinkXM4101为例,其支410/100Mb/s自适应以太网接口10RS232/485串口,在与下层设备,比PLC连接后,并在与网关配套的配置软SymLink开发系统中,进行对设备和相应通信协议的配置,从而实现数据的采集与转发。在配置软件中新建工程后,系统严格的按照项/装置工/应用三级进行分类管理,同时在磁盘上按树状结构创建文件夹。

2数据采集

数据采集系统需要从工业现场的设备上,比PLCRTU或者智能仪表上获EMS系统所属的数据。要完成这个过程,需要在连接好网关和采集设备的基础上,明确与挂载设备的通信协议,同时建立起采集点SymLinkIO中的映射关系,从而在系统读出现场采集、控制设备上的信息。利Modbus工具和虚拟串口工具来对数据采集过程进行仿真。

2.1采集通道的建立

建立工程后,在采集服务下可以选择新建通道,按提示对通道进行设置。以燃气系统为例,其采用西门子S7-300PLC,所以在通道配置下选择S7-300通信的规约,厂家和规约信息会自动填入到软件中。规约库里内容非常丰富,基本涵盖了目前常用的通信规约,对于一些特殊的通信协议,也可以根据协议开发出相应的规约驱动,加载到规约库中。配置好通信规约后,继续配置通讯所需要的主端口参数。建立通道后可以在通道下挂载设备,一个通道下可以挂载多个设备,可以定义每个设备的名称,描述设备型号等信息。如2所示,建立采集通C1并在通道配置中选择通信规约,ModbusRTU,然后配置串口参数。

img3 

 2 建立采集通道

2.2采集点的建立

系统中IO点是对所采集的底层设备(PLC,智能设备,仪表等)中的信号映射。通IO点的名称、描述等属性,可以准确表达所采集的底层设备(PLC,智能设备,仪表等)中的信号(如温度,压力等)。在数据属性中,我们可以定义有关该数据的描述、数据类型以及在目标设备中的寄存器地址如3所示。该数据的类型包括模拟量、数字量、字符量、数据块、信号量等类型,IO点类型中我们可以选择所采集IO点对应的数据类型。

img4 

 3 数据参数设置

系统通过树状结构来管理、展现采集点信息,对数据点采用的是分组管理的方式。这也体现IO点的命名规则上,如在通chn1PLCS7-300下有一个G1中的信TAG1,那该数据所对应的名称db.chn1.PLCS7-300.G1.TAG1。在采集通道下新建设B1后,即可以在里面添加采集点。简单地采集燃气流量、温度压力等信息,设置其信号类型,以及PLC中的数据地址,数据类型等。采集到的数据可以在数据监视工SymLink网关软件中查看,只要在设备列表中添加设备,填SymLink工业网关IP,就可以查看其采集到的数据信息。同时还包括转发服务、通信报文、设备状态、日志信息等。工程师可以利用这款软件监控工业网关的工作状态,进行远程的诊断维护等。系统监控画面如4所示。

img5 

4系统监视画面

2.3数据服务

采集到的数据要传送到实时数据服务器中去,这个通过网关的数据服务来实现。类似数据采集,在数据服务下新建通道,选择好通信协议后,在通道配置界面下选择加载采集信息。在数据采集中定义IO采集点会被加载到该界面下。采集点添加完成后,还需要将采集点与转发通道的协议进行地址信息关联,否则,第三方系统还是无法获取采集点的数据。

3控制系统安全隔离

PCSERPMES系统之间需要通过网络进行必要的互通互联,完成经营、生产管理层对过程控制层的双向信息交互,保证企业对生产情况的掌握和控制。但是确保过程控制网络的安全性不受外部通过企业管理网络对控制网络进行攻击,控制网络一旦受到病毒、蠕虫等攻击,可能导致整个工厂的自动化生产线停[6]。目前主要采用物理隔离或者防火墙的方式来对系统进行隔离。但是物理隔离的方式往往需要通过人工来进行数据拷贝、抄表等比较低效的方式。我们采SymLink-GAP工业网关,硬件上利用两个单独的主机与内网SCADA控制网络相连接,两台主机之间采用一块隔离通信卡实现数据从内网向外网的单向传输。通过这种硬件上的设计,既可以实现数据通过网络上传,又能够确保过程控制系统的安全。

4 安科瑞网关介绍

4.1通信管理机

4.1.1概述

本系列智能通信管理机是一款采用嵌入式硬件计算机平台,具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口,用于将一个目标区域内所有的智能监/保护装置的通信数据整理汇总后,实时上传主站系统,完成遥信、遥测等能源数据采集功能。

同时,本系列智能通信管理机支持接收上级主站系统下达的命令,并转发给目标区域内的智能系列单元,完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定,实现遥控和遥调功能,以达到远动输出调度命令的目标。

4.1.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

通信管理机

ANet-1E1S1

img6 

通用网关1路网口1RS485,可选4G通讯LORA通讯

ANet-1E2S1

通用网关1路网口2RS485,可选4G通讯LORA通讯

ANet-2E4S1

通用网关2路网口4RS485

ANet-2E8S1

通用网关2路网口8RS485

ANet-2E4SM

img7 

通用网关2路网口4RS485,可选LORA通讯,断电告警

4.2数据转换模块

4.2.1概述

AF-GSM是安科瑞电气推出的新型4G远程无线数据采集设条,采用嵌入式设计。内TCP/IP协议栈,同时采用了功能强大的微处理芯片,配合内置看门狗,性能可靠稳定。

本产品提供标RS485数据接口,可以方便的连RTUPLC、工控机等设备,仅需一次性完成初始化配置。就可以完成MODBUS设备的数据采集,并且与安科瑞服务器进行通讯。

5.2.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

AF-GSM数据转换模块

AF-GSM300

img8 

通用版1路网口1LORA,可选4GCE通讯

AF-GSM400

通用版1路网口1LORA,可选4GCENB2G通讯

 

AF-GSM500

img9 

点阵液晶显示4G通讯、全网7LORA通讯、断点续传U盘拷贝、内8G SD卡、事件记录,可选2路串口6路串口

 

4.3 无线通讯转换器

4.3.1概述

AEW110系列无线通讯转换器主要用于辅RS485设备进行无线组网,通过将通讯数据RS485信号与无线信号之间互转,完成普RS485设备的无线通讯。降低用户通讯组网的施工成本与改造时间。可RS485通讯设备灵活安装,实现局部通讯的无线组网。

4.3.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

AEW110无线通讯转换器

AEW110-LX

img10 

RS485通讯接口470MHz无线通讯、红外通讯,用于辅RS485设备进行无线组网或充当无线通讯中继器使用

4.4无线通讯终端

4.4.1概述

AWT100数据转换模块是安科瑞电气推出的新型数据转DTU,通讯数据转换包 2G4GNBLoRaLoRaWANGPS,WiFi,CE,DP 等通讯方式,下行接口提供了标RS485数据接口,可以方便的连接电力仪表RTUPLC、工控机等设备,仅需一次性完成初始化配置,就可以完成MODBUS设备的数据采集;同AWT100系列无线通讯终端采用了功能强大的微处理芯片,配合内置看门狗技术,性能可靠稳定。

AWT200数据通讯网关应用于各种终端设备的数据采集与数据分析。实现设备的监测、控制、计算,为系统与设备之间建立通讯纽带,实现双向的数据通讯。实时监测并及时发现异常数据,同时自身根据用户规则进行逻辑判断,大大的节省了人力和通讯成本。

4.4.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

AWT100无线通讯终端

AWT100-4G

img11 

4G通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-4GHW

4G通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-NB

NB-IoT通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-LoRa

LoRa通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-LW

LoRaWAN通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-LW868

海外,下RS485,上LoRaWAN无线通讯

AWT100-LW923

海外,下RS485.LoRaWAN无线通讯

AWT100-CE

RS485通讯接口,以太网通讯双向透明传输

AWT100-GPS

RS485通讯接口GPS定位

AWT100-WiFi

RS485通讯接口WiFi无线双向透明传输

AWT100-DP

RS485通讯接口Profibus通讯双向透明传输

AWT200无线通讯终端

AWT200-1E4S

 

4路串口,不带显示按键

AWT200-1E4S-4G

4路串口,不带显示按键4G通讯

AWT200-1E4S-4G/K

4路串口,不带显示按键4G通讯、开关量功能

AWT200-1E4S-4G/LR

4路串口,不带显示按键4G通讯LORA通讯

img12AWT200-1E4SL

4路串口,带显示按键

AWT200-1E4SL-4G

4路串口,带显示按键4G通讯

AWT200-1E4SL-4G/K

4路串口,带显示按键4G通讯、开关量功能

AWT200-1E4SL-4G/LR

4路串口,带显示按键4G通讯LORA通讯

AWT200-1E8SL

8路串口,带显示按键

AWT200-1E8SL-4G

8路串口,带显示按键4G通讯

5结语

本文研究了目前钢铁企业建设能源管理系统时面临的企业现场不同设备,多传输协议的复杂现状,提出了利用工业网关作为一个统一的平台来实现对工业现场数据采集。同时,还可以将采集的数据用于企业的生产管理、产品工艺改进等过程,对企业的生产有较大的经济价值。由于企业经营状况的变动,需要采集点的数量可能会相应增加或者减少,不同的现场对接口的需求可能也有所不同。所以模块化的工业网关也会成为一个可能的发展趋势。

参考文献

[1]王永川,陈光.钢铁企业能源管理系统方案研[J].冶金能源20032265-8.

[2]郭蓝.数据采集网关的研制及其在中型热电厂运行管理系统中的应[D].青岛:青岛科技大学2012.

[3]智能电网用户端电力监/电能管/电气安全(产品报价手册.2023.01

[4]企业微电网设计与应用手.2022.05.

作者简介

随着这些年引进技术以及自主研发,国内钢铁企业的自动化和信息化水平有了长足的进步,各种新的信息化、自动化技术在钢铁企业中得到了广泛的应用。随着大数据技术的发展,企业对采集和管理全生产过程中的生产、运营数据有着迫切的需求,以改善企业生产管理,改进生产工[1]。但各种不同的技术、产品被部署到企业现场后,出现了一些问题:

1)设备种类多,地域分布广,通讯链路比较复杂;

2)传输标准多样化,不同的通讯技术,通讯协议并存;

3)部署、调试与维护管理的成本剧增。

钢铁企业的能源消耗直接决定了其生产成本,因而降低能耗对提升企业竞争力有着非常重要的意义。同时,钢铁企业污染排放量大,如果能合理使用与平衡调配能源,对环境保护也有作用。能源管理系统(以下简EMS")对全厂能源介质计量实行集中监视,其主要功能是实现高炉煤气、转炉煤气、天然气、水蒸气、氧氮氩、水、电等数据计量采集,对在公司层面优化煤气平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低吨钢能耗、提高劳动生产率和能源管理水平将起到十分明显的促进作用。

但是钢铁企业过程控制层控制设备繁杂,通信协议繁多,难以实现数据的集成和共享。本文提出了一种基于工业网关的数据采集系统,作为一个数据采集平台,实现对多源异构的数据进行采集,为能源管理系统EMS)以及后续企业管理系统ERP)提供统一的数据。

1多源异构数据实时采集系统

根据钢EMS系统的特点,对数据采集子系统提出了以下几个要求:

1)可靠性。需要能够在比较严酷的工业现场长时间可靠地工作,保证过程数据不丢失。

2)适应性。要求系统能提供企业现场多传感器、多协议的统一数据接口,开放式可扩展的数据采集框架,为数据后续的系统提供统一、实时的数据。

3)可扩展性。考虑到能源系统随主系统不断拓展的特点,数据采集的接口也需要能够相应地拓展,以便将新的数据源接入到系统中来。

4)可维护性。系统要能够实现在线诊断、远程维护等功能,方便找出有问题的采集结点并及时修复,减少人工巡检的成本。

5)安全性。一方面要确保采集到的数据能够安全地传送EMS上层系统,另外一方面也要确保企业过程控制系统不受外部网络威胁。

目前,企业需要接ERP系统的各个现场控制系统现状如1所列。

img13 

1某钢铁企业现场控制系统现状

对原PLCDCS的系统,通过数据采集系统接入到上层系统即可。对空压系统和水系统,则需要对其进行相应的改造,实现系统PLC控制或DCS控制,并用智能仪表来代替传统仪表。

1.1异构数据采集系统框架设计

能源管理系统的构架如1所示,在组网方式上,考虑到各个厂区距离较远,所以采用环形加心形的方式:各个工厂组成一个环网,而工厂里各个采集点采用心形连接接入到环网中。将各个子系统采集到的数据通过交换机传输到服务器中。

img14 

1某钢铁企EMS系统

1.2多源异构数据采集系统标准化方案

为了满足网络和互联网络贯通,面对大范围的介入,提供一种标准、可用、易用、易维护的方案。针对企业RTUPLC等厂家众多,在EMS系统交互时,没有统一的数据接口的问题,数据采集系统通过使用工业网关来实现对各个系统数据的采集和标准化,从而将统一的数据上传EMS系统,方便实时数据服务器对数据进行处理。对于1所示的系统中就采用SymLink智能工业网关。

该网关与一些只支持单一通信协议的网关相比,它能支持多种通信链路,比RS-232/485CAN总线、以太网WiFi等,可以非常方便地实现与现场设备进行交互;支持采集工业现场的多种工业设备协议,并以多种工业设备协议向其他系统或设备提供数据分发服务,如OPCModbusIEC61850IEC60870PLC等;支持众多功能,如脚本系统、数据存储、设备报警等,并能通过互联网进行应用开发、在线调试、技术支持;图形化的操作配置也相对比较方便操作。SymLinkXM4101为例,其支410/100Mb/s自适应以太网接口10RS232/485串口,在与下层设备,比PLC连接后,并在与网关配套的配置软SymLink开发系统中,进行对设备和相应通信协议的配置,从而实现数据的采集与转发。在配置软件中新建工程后,系统严格的按照项/装置工/应用三级进行分类管理,同时在磁盘上按树状结构创建文件夹。

2数据采集

数据采集系统需要从工业现场的设备上,比PLCRTU或者智能仪表上获EMS系统所属的数据。要完成这个过程,需要在连接好网关和采集设备的基础上,明确与挂载设备的通信协议,同时建立起采集点SymLinkIO中的映射关系,从而在系统读出现场采集、控制设备上的信息。利Modbus工具和虚拟串口工具来对数据采集过程进行仿真。

2.1采集通道的建立

建立工程后,在采集服务下可以选择新建通道,按提示对通道进行设置。以燃气系统为例,其采用西门子S7-300PLC,所以在通道配置下选择S7-300通信的规约,厂家和规约信息会自动填入到软件中。规约库里内容非常丰富,基本涵盖了目前常用的通信规约,对于一些特殊的通信协议,也可以根据协议开发出相应的规约驱动,加载到规约库中。配置好通信规约后,继续配置通讯所需要的主端口参数。建立通道后可以在通道下挂载设备,一个通道下可以挂载多个设备,可以定义每个设备的名称,描述设备型号等信息。如2所示,建立采集通C1并在通道配置中选择通信规约,ModbusRTU,然后配置串口参数。

img15 

 2 建立采集通道

2.2采集点的建立

系统中IO点是对所采集的底层设备(PLC,智能设备,仪表等)中的信号映射。通IO点的名称、描述等属性,可以准确表达所采集的底层设备(PLC,智能设备,仪表等)中的信号(如温度,压力等)。在数据属性中,我们可以定义有关该数据的描述、数据类型以及在目标设备中的寄存器地址如3所示。该数据的类型包括模拟量、数字量、字符量、数据块、信号量等类型,IO点类型中我们可以选择所采集IO点对应的数据类型。

img16 

 3 数据参数设置

系统通过树状结构来管理、展现采集点信息,对数据点采用的是分组管理的方式。这也体现IO点的命名规则上,如在通chn1PLCS7-300下有一个G1中的信TAG1,那该数据所对应的名称db.chn1.PLCS7-300.G1.TAG1。在采集通道下新建设B1后,即可以在里面添加采集点。简单地采集燃气流量、温度压力等信息,设置其信号类型,以及PLC中的数据地址,数据类型等。采集到的数据可以在数据监视工SymLink网关软件中查看,只要在设备列表中添加设备,填SymLink工业网关IP,就可以查看其采集到的数据信息。同时还包括转发服务、通信报文、设备状态、日志信息等。工程师可以利用这款软件监控工业网关的工作状态,进行远程的诊断维护等。系统监控画面如4所示。

img17 

4系统监视画面

2.3数据服务

采集到的数据要传送到实时数据服务器中去,这个通过网关的数据服务来实现。类似数据采集,在数据服务下新建通道,选择好通信协议后,在通道配置界面下选择加载采集信息。在数据采集中定义IO采集点会被加载到该界面下。采集点添加完成后,还需要将采集点与转发通道的协议进行地址信息关联,否则,第三方系统还是无法获取采集点的数据。

3控制系统安全隔离

PCSERPMES系统之间需要通过网络进行必要的互通互联,完成经营、生产管理层对过程控制层的双向信息交互,保证企业对生产情况的掌握和控制。但是确保过程控制网络的安全性不受外部通过企业管理网络对控制网络进行攻击,控制网络一旦受到病毒、蠕虫等攻击,可能导致整个工厂的自动化生产线停[6]。目前主要采用物理隔离或者防火墙的方式来对系统进行隔离。但是物理隔离的方式往往需要通过人工来进行数据拷贝、抄表等比较低效的方式。我们采SymLink-GAP工业网关,硬件上利用两个单独的主机与内网SCADA控制网络相连接,两台主机之间采用一块隔离通信卡实现数据从内网向外网的单向传输。通过这种硬件上的设计,既可以实现数据通过网络上传,又能够确保过程控制系统的安全。

4 安科瑞网关介绍

4.1通信管理机

4.1.1概述

本系列智能通信管理机是一款采用嵌入式硬件计算机平台,具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口,用于将一个目标区域内所有的智能监/保护装置的通信数据整理汇总后,实时上传主站系统,完成遥信、遥测等能源数据采集功能。

同时,本系列智能通信管理机支持接收上级主站系统下达的命令,并转发给目标区域内的智能系列单元,完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定,实现遥控和遥调功能,以达到远动输出调度命令的目标。

4.1.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

通信管理机

ANet-1E1S1

img18 

通用网关1路网口1RS485,可选4G通讯LORA通讯

ANet-1E2S1

通用网关1路网口2RS485,可选4G通讯LORA通讯

ANet-2E4S1

通用网关2路网口4RS485

ANet-2E8S1

通用网关2路网口8RS485

ANet-2E4SM

img19 

通用网关2路网口4RS485,可选LORA通讯,断电告警

4.2数据转换模块

4.2.1概述

AF-GSM是安科瑞电气推出的新型4G远程无线数据采集设条,采用嵌入式设计。内TCP/IP协议栈,同时采用了功能强大的微处理芯片,配合内置看门狗,性能可靠稳定。

本产品提供标RS485数据接口,可以方便的连RTUPLC、工控机等设备,仅需一次性完成初始化配置。就可以完成MODBUS设备的数据采集,并且与安科瑞服务器进行通讯。

5.2.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

AF-GSM数据转换模块

AF-GSM300

img20 

通用版1路网口1LORA,可选4GCE通讯

AF-GSM400

通用版1路网口1LORA,可选4GCENB2G通讯

 

AF-GSM500

img21 

点阵液晶显示4G通讯、全网7LORA通讯、断点续传U盘拷贝、内8G SD卡、事件记录,可选2路串口6路串口

 

4.3 无线通讯转换器

4.3.1概述

AEW110系列无线通讯转换器主要用于辅RS485设备进行无线组网,通过将通讯数据RS485信号与无线信号之间互转,完成普RS485设备的无线通讯。降低用户通讯组网的施工成本与改造时间。可RS485通讯设备灵活安装,实现局部通讯的无线组网。

4.3.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

AEW110无线通讯转换器

AEW110-LX

img22 

RS485通讯接口470MHz无线通讯、红外通讯,用于辅RS485设备进行无线组网或充当无线通讯中继器使用

4.4无线通讯终端

4.4.1概述

AWT100数据转换模块是安科瑞电气推出的新型数据转DTU,通讯数据转换包 2G4GNBLoRaLoRaWANGPS,WiFi,CE,DP 等通讯方式,下行接口提供了标RS485数据接口,可以方便的连接电力仪表RTUPLC、工控机等设备,仅需一次性完成初始化配置,就可以完成MODBUS设备的数据采集;同AWT100系列无线通讯终端采用了功能强大的微处理芯片,配合内置看门狗技术,性能可靠稳定。

AWT200数据通讯网关应用于各种终端设备的数据采集与数据分析。实现设备的监测、控制、计算,为系统与设备之间建立通讯纽带,实现双向的数据通讯。实时监测并及时发现异常数据,同时自身根据用户规则进行逻辑判断,大大的节省了人力和通讯成本。

4.4.2产品介绍

名称

型号

图片

功能

AWT100无线通讯终端

AWT100-4G

img23 

4G通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-4GHW

4G通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-NB

NB-IoT通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-LoRa

LoRa通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-LW

LoRaWAN通讯RS485通讯接口,用于辅RS485设备无线通讯

AWT100-LW868

海外,下RS485,上LoRaWAN无线通讯

AWT100-LW923

海外,下RS485.LoRaWAN无线通讯

AWT100-CE

RS485通讯接口,以太网通讯双向透明传输

AWT100-GPS

RS485通讯接口GPS定位

AWT100-WiFi

RS485通讯接口WiFi无线双向透明传输

AWT100-DP

RS485通讯接口Profibus通讯双向透明传输

AWT200无线通讯终端

AWT200-1E4S

 

4路串口,不带显示按键

AWT200-1E4S-4G

4路串口,不带显示按键4G通讯

AWT200-1E4S-4G/K

4路串口,不带显示按键4G通讯、开关量功能

AWT200-1E4S-4G/LR

4路串口,不带显示按键4G通讯LORA通讯

img24AWT200-1E4SL

4路串口,带显示按键

AWT200-1E4SL-4G

4路串口,带显示按键4G通讯

AWT200-1E4SL-4G/K

4路串口,带显示按键4G通讯、开关量功能

AWT200-1E4SL-4G/LR

4路串口,带显示按键4G通讯LORA通讯

AWT200-1E8SL

8路串口,带显示按键

AWT200-1E8SL-4G

8路串口,带显示按键4G通讯

5结语

本文研究了目前钢铁企业建设能源管理系统时面临的企业现场不同设备,多传输协议的复杂现状,提出了利用工业网关作为一个统一的平台来实现对工业现场数据采集。同时,还可以将采集的数据用于企业的生产管理、产品工艺改进等过程,对企业的生产有较大的经济价值。由于企业经营状况的变动,需要采集点的数量可能会相应增加或者减少,不同的现场对接口的需求可能也有所不同。所以模块化的工业网关也会成为一个可能的发展趋势。

参考文献

[1]王永川,陈光.钢铁企业能源管理系统方案研[J].冶金能源20032265-8.

[2]郭蓝.数据采集网关的研制及其在中型热电厂运行管理系统中的应[D].青岛:青岛科技大学2012.

[3]智能电网用户端电力监/电能管/电气安全(产品报价手册.2023.01

[4]企业微电网设计与应用手.2022.05.


分享到:

返回列表返回顶部

安科瑞电气股份有限公司 热门搜索:电力托管云平台,电力运维管理平台,电力运维管理系统,安科瑞运维云平台
地址:上海市嘉定区育绿路253号