摘要：針對目前鋼鐵企業(yè)能效要求的提高，企業(yè)需要建立能源管理系統。但鋼鐵企業(yè)過程控制層控制設備復雜，通信協議多，難以實現數據集成和共享。因此，本文提出了一個基于工業(yè)網關的數據采集系統。作為一個標準的數據采集平臺，該系統可以實現多源異構的數據采集，為能源管理系統（EMS）以及后續(xù)的企業(yè)管理系統（ERP）提供統一的數據。隨后，數據采集系統通過串口和Modbus工具進行模擬驗證。

關鍵字：實時數據采集；工業(yè)網關；模擬

引言

隨著近年來技術的引進和自主研發(fā)，國內鋼鐵企業(yè)的自動化和信息化水平取得了長足的進步，各種新的信息化和自動化技術在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛的應用。隨著大數據技術的發(fā)展，企業(yè)迫切需要收集和管理整個生產過程中的生產和運營數據，以改善企業(yè)的生產管理和生產過程[1]。然而，在企業(yè)現場部署了各種技術和產品后，出現了一些問題:

設備種類繁多，地域分布廣泛，通信鏈路復雜；

傳輸標準多樣化，通信技術不同，通信協議并存；

部署、調試和維護管理的成本急劇增加；

鋼鐵企業(yè)的能耗直接決定了其生產成本，因此降低能耗對于提高企業(yè)競爭力具有重要意義。與此同時，鋼鐵企業(yè)污染排放量大，如果能夠合理利用和平衡能源，對環(huán)境保護也有作用。能源管理系統(以下簡稱“EMS)對全廠能源介質的計量進行集中監(jiān)控，其主要功能是實現高爐煤氣、轉爐煤氣、天然氣、水蒸氣、氧氮氬、水、電等數據的計量采集，對公司層面優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質量、降低噸鋼能耗、提高勞動生產率和能源管理水平將起到非常明顯的促進作用。

但鋼鐵企業(yè)過程控制層控制設備復雜，通信協議多，難以實現數據集成和共享。本文提出了一個基于工業(yè)網關的數據采集系統，作為一個數據采集平臺，可以為能源管理系統采集多源異構數據。（EMS）以及后續(xù)的企業(yè)管理系統（ERP）提供統一的數據。、

1實時采集多源異構數據系統

數據采集子系統根據鋼鐵EMS系統的特點，提出了以下要求：

(1)可靠性。要能在較為嚴酷的工業(yè)現場長時間可靠地工作，確保流程數據不會丟失。

(2)適應性。要求系統提供企業(yè)現場多傳感器、多協議的統一數據接口，開放可擴展的數據采集框架，為后續(xù)數據系統提供統一實時的數據。

(3)可擴展性。考慮到能源系統隨主系統不斷擴展的特點，為了將新的數據源連接到系統中，數據采集的接口也需要能夠相應擴展。

(4)可維護性。系統應能實現在線診斷、遠程維護等功能，便于找出有問題的收集點并及時修復，降低人工檢查成本。

(5)安全。一方面要保證收集到的數據能夠安全傳輸到EMS上層系統，另一方面也要保證企業(yè)過程控制系統不受外部網絡的威脅。

當前，企業(yè)需要訪問ERP系統的各種現場控制系統的現狀如表1所列。

表1某鋼鐵企業(yè)現場控制系統現狀

對于原有的PLC或DCS系統，上層系統可以通過數據采集系統連接。對于空氣壓縮系統和水系統，需要進行相應的改造，以實現系統的PLC控制或DCS控制，并用智能儀器代替?zhèn)鹘y儀器。

1.1異構數據采集系統框架設計

能源管理系統的框架如圖1所示。在網絡組裝方式上，考慮到每個工廠之間的距離很遠，采用環(huán)形和心形的方式:每個工廠形成一個環(huán)形網絡，工廠的每個收集點都采用心形連接到環(huán)形網絡。通過交換機將每個子系統收集的數據傳輸到服務器。

圖1某鋼鐵企業(yè)EMS系統

1.2多源異構數據采集系統標準化方案

面對廣泛的介入，為了滿足網絡和互聯網的連接，提供了一個標準、可用性、易用性和易于維護的方案。針對RTU、PLC等眾多企業(yè)，在與EMS系統互動時沒有統一的數據接口問題，數據采集系統利用工業(yè)網關對各系統數據進行采集和標準化，從而將統一的數據上傳到EMS系統，方便實時數據服務器處理數據。SymLink智能工業(yè)網關被用于圖1所示的系統。

與一些只支持單一通信協議的網關相比，該網關可以支持RS-232/485等多種通信鏈接。、CAN總線、以太網、WiFi等。，可以非常方便地與現場設備互動；支持在工業(yè)現場收集各種工業(yè)設備協議，并通過各種工業(yè)設備協議向其他系統或設備提供數據分發(fā)服務，如:OPC、Modbus、IEC61850、IEC60870、PLC等；支持腳本系統、數據存儲、設備報警等多種功能。，并且可以通過互聯網進行應用開發(fā)、在線調試和技術支持；圖形操作配置也相對方便操作。以SymLinkXM4101為例，它支持4路10/100Mb/s自適應以太網接口和10路RS232/485串口，在與PLC等下層設備連接后，在SymLink開發(fā)系統中配置設備和相應的通信協議，從而實現數據的收集和轉發(fā)。新建工程配置軟件后，系統嚴格按照工程/設備工程/應用三個層次進行分類管理，同時根據樹形結構在磁盤上創(chuàng)建文件夾。

2數據采集

數據采集系統需要從PLC、RTU或智能儀器等工業(yè)現場設備中獲取EMS系統所屬的數據。為了完成這一過程，需要在連接網關和采集設備的基礎上明確與裝載設備的通信協議，并在SymLinkIO中建立采集點和映射關系，從而在系統中讀取現場采集和控制設備上的信息。利用Modbus工具和虛擬串口工具模擬數據采集過程。

3控制系統安全隔離

公司PCS和ERP、MES系統需要通過網絡進行必要的互聯互通，完成業(yè)務和生產管理層對過程控制層的雙向信息交互，保證企業(yè)對生產狀況的掌握和控制。然而，為了保證過程控制網絡的安全性，控制網絡的安全性不會受到外部企業(yè)管理網絡的攻擊。一旦控制網絡受到病毒和蠕蟲的攻擊，整個工廠的自動化生產線可能會停止生產[6]。目前系統主要采用物理隔離或防火墻隔離的方式。然而，物理隔離通常需要手動復制數據，我們可以使用相對低效的方式，例如，使用A...

4安科瑞網關介紹

（1）概述

本系列智能通信管理機采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口和一個或多個上行網絡接口。整理匯總一個目標區(qū)域內所有智能監(jiān)控/保護裝置的通信數據后，實時上傳主站系統，完成遙信、遙測等能源數據采集功能。

同時，該系列智能通信管理機支持接收上級主站系統下達的命令，并將其轉發(fā)給目標區(qū)域的智能系列單元，以達到遠程輸出調度命令的目的，完成工廠站內各開關設備的分離、關閉遠程控制或設備參數的整定，實現遙控和遠程調度功能。

（2）產品介紹

5結語

本文研究了目前鋼鐵企業(yè)在建設能源管理系統時面臨的企業(yè)現場不同設備和多傳輸協議的復雜現狀，提出利用工業(yè)網關作為統一的平臺，實現工業(yè)現場數據采集。同時，采集的數據也可用于企業(yè)的生產管理和產品技術改進，對企業(yè)的生產具有很大的經濟價值。由于企業(yè)經營狀況的變化，需要采集點的數量可能會相應增加或減少，不同的現場對接口的需求可能會有所不同。因此，模塊化工業(yè)網關也將成為一種可能的發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1]王永川，陳光明.鋼鐵企業(yè)能源管理系統方案研究[J].冶金能源，2003，22（6）：5-8.

[2]郭藍天.數據采集網關的研制及其在中型熱電廠運行管理系統中的應用[D].青島：青島科技大學，2012.

[3]智能電網用戶端電力監(jiān)控/電能管理/電氣安全（產品報價手冊）.2023.01版

[4]企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版.