（机械工程专业论文）本钢流体能源计量管理网络的研究与设计.pdf

东北大学硕士学位论炙橇要 摘要 隧着钢铁行韭生产飙模黪扩大、瑷载纯程度的疆离，大燮消耗煤气、氧气、 水蒋能源介质的钢铁企业，对能源介旗的诗蛩与分配撬出受麓的要求，舔有的人 工抄袭、手王统计模式鼹以适应蕊 纯生产的需委。借鉴函内先进锱铁企业滚体 能源计量管理网络的应用经验，结合本钢流体能源计量的蜜际情况与发展要求， 设计开发本钢流体黥源计量蛰邂嘲络。 本钢流体能源计攫管理网络出三部分组成，鄹数援采裳系统、数据管理髑域 溺终和数蓊波稍系统，其主要的功稚是实融采集零镄工源厂区静主罄能源介横的 计燮数据，实慰鉴测备诗瑟检测点豹运零亍状态，道过计算机网络传送剥鼹务器翻 以魑理，生威游足生产管理要求的统计数褥，并通道髑域网实现搽源共事。闰绕 本镧滚侮麓溅计量鹜邂跨络阏主甍功锈，本文着重介绍s h c a n 2 0 0 0 籍戆攫4 控系统 的模块功能、组态方法、缀态净列，实时数据库，f i x 组态软体，系绞瓣调试应胡 与综台效益分析，本阏络的下步发鼹诗烈。 本文着霞进行滚体能源计量管理嬲络的结构设计，数擐采集的缀态设计，数 据餐理髑城阚豹 琶鹦设诗、数握蓐设专r 及褪窿设计，本镭流体爨裔患网功麓设计， 流传爨数攒管理系统功能殴诗，流体量计量数据管理嬲络系绞功熊设计，蓉绕安 全健设计。 关键词计邀数据数器采集数据绫计嘲络 蔓些垄兰婴主兰堡垒查 墅! ! ! ! ! ! a b s t r a c t w i t he x t e n s i o no fp r o d u c ts c a l ea n di n c r e a s eo fm o d e r n i z a t i o nl e v e li ni r o na n d s t e e li n d u s t r y , i r o na n ds t e e lf a c t o r i e st h a tc o n s u m eap l e n t yo fe n e r g ys u c ha sg a s 、 o x y g e n 、w a t e rp u tf o r w a r dh i 曲e rr e q u i r e m e n t st om e a s u r e m e n ta n dd i s t r i b u t i o no f e n e r g y , u s e dp a t t e r no fm a n u a lc o p y i n gm e a s u r e m e n ti n s t r u m e n t sa n dm a n u a ls t a t i s t i c s d i f f i c u l t l yf i t sr e q u i r e m e n t so fm o d e mp r o d u c t u s i n gt h ea p p l i c a t i o ne x p e r i e n c eo f m e a s u r e m e n tm a n a g e m e n tn e t w o r ko ff l u i de n e r g yi n c i v i la d v a n c e di r o na n ds t e e l f a c t o r i e sf o rr e f e r e n c e ，w ed e s i g na n do p e nu pm e a s u r e m e n tm a n a g e m e n tn e t w o r ko f f l u i de n e r yo fb e n x ii r o na n ds t e e lc o m p a n yw i t hp r a c t i c es i t u a t i o na n dr e q u i r e m e n to f f l u i de n e r g ym e a s u r e m e n to fb e n x ii r o na n ds t e e lc o m p a n y m e a s u r e m e n tm a n a g e m e n tn e t w o r ko ff l u i de n e r g yo fb e a mi r o na n ds t e e l c o m p a n yi n c l u d e st h r e ep a r t s ，t h e ya r e ：d a t ac o l l e c t i o ns y s t e m 、d a t am a n a g e m e n tl a n a n dd a t aa p p l i c a t i o ns y s t e m ，i t sm a i nf u n c t i o ni st oc o l l e c tm e a s u r i n gd a t ao fm a i nf l u i d e n e r g yi ng o n g y u a nf a c t o r ya r e ao fb e n x ii r o na n ds t e e lc o m p a n yi nr e a lt i m e ，m o n i t o r t h eo p e r a t i o ns t a t eo fe v e r ym e a s u r i n gp o i n ti nr e a lt i m e ，c o n v e yt ot h es e r v e ra n dd e a l w i t hm e a s u r i n gd a t at h r o u g ht h ec o m p u t e rn e t w o r k , p r o d u c et h es t a t i s t i c sd a t aw h i c h m e e tt h em a n a g e m e n te x p e c t a n c yo fp r o d u c t i o n ，a n dr e a l i z er e s o u r c e - s h a r i n gt h r o u g h t h el a n c e n t r i n go nt h em a i nf u n c t i o no fm e a s u r e m e n tm a n a g e m e n tn e t w o r ko ff l u i d e n e r g yo fb e n x i r o na n ds t e e lc o m p a n y ，t h ep a p e ri n t r o d u c e se m p h a t i c a l l ym o d u l e f u n c t i o n 、c o n f i g u r a t i o nm e t h o da n dc o n f i g u r a t i o na r r a yo fs h c a n 2 0 0 0i n t e l l i g e n c e m e a s u r i n ga n dc o n t r o t i n gs y s t e m ，r e a l - t i m ed a t a b a s e ，f i xc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ， d e s u g g i n ga n da p p l i c a t i o no ft h es y s t e m s ，c o m p r e h e n s i v eb e n e f i ta n a l y s i sa n dn e x t d e v e l o p m e n tp l a no ft h en e t w o r k t h ep a p e rp r o c e e d se m p h a t i c a l l ys t r u c t u r ed e s i g no ft h em e a s u r e m e n tm a n a g e m e n t n e t w o r ko ff l u i de n e r g y , c o n f i g u r a t i o nd e s i g no fd a t ac o l l e c t i o n ，c o d ed e s i g n 、d a t a b a s e d e s i g na n dp r o g r a md e s i g no fd a t am a n a g e m e n tl a n ，f u n c t i o nd e s i g no f f l u i d ，e n e r g y i n f o r m a t i o nn e t w o r ko fb e n x ii r o na n ds t e e lc o m p a n y , f u n c t i o nd e s i g no ff l u i de n e r g y 1 1 1 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t d a t am a n a g e m e n ts y s t e m ，f u n c t i o nd e s i g no ff l u i de n e r ym e a s u r i n gd a t am a n a g e m e n t n e t w o r ks y s t e m ，a n ds e c u r i t yd e s i g no ft h es y s t e m k e y w o r d s ：m e a s u r i n gd a t a ，c o l l e c td a t a ，d a t as t a t i s t i c s ，n e t w o r k 1 v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：【翁弓力椭 日期：。j 辫 8 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同 意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 表悲大学磺士擎谊论文第1 章绪论 第1 章绪论 羔1 国内钢铁纷业麓源计量网络发展概况 国内钢铁企业从上世纪8 0 年代开始计算机管理信息系统的建设工作h 1 ，应用 p l c 、d o s 系统，毽是集成纯瑕度低，馥障率较态，实际应爱效采不蓉毽惩，发 展较慢。上世纪9 0 年代中后期，随着计簿机网络技术的迅猛发展，能源计量管理 稠络在全行羹逐步接广发展。塞铜、鞍钢等金鼗大多整韵萄内藩名信惠公司开发 了能源计量管理网络，麒主要的功能是实时监测能源介质的流嫩、压力等技术参 数，自动采集、存德、鸯稀工舔戆计量数攥，逶避凌都弱域弼实戮数器蘩享，叁渤 形成相应统计报表，为指挥生产、能源调配、分析提供科学准确的依据。 麓澈诗量网络一般蠢骚务器、霜户王俸鼙、传簸奔震、霹卡窭部分组或。其 有传输道率高、支持传输介质种类多、传输质激高、误码率低、有规则的拓扑结 稳等饶点0 3 3 1 。 l 。1 1 鞍钢新钢铁计量信息系统 2 0 0 2 年1 月1 日鞍钢新钢铁计量信息系统正式投入运行，该系统包括2 8 个厂 隧闽能潆莱集予蛄，鼹络覆盖鞍钢1 8 9 令经表黧，1 7 5 2 个致袭测量点。该系统对 企业正常生产、管理中产生的大量计量原始数攒，进行准确、及时的采集，存储、 翔工、提炼，鄹对将产生的共事数据提供绘相关用户。计量售息系统构造豹数据 库系统，设计遂循了层次分明、布局合理，保证数据结构纯、黼范亿、编码标准 化，减少不必要购冗余，保证数据的安念可靠，数据库系统的传输晌廒时阋的原 姗。该系统在设计中，强调戳旗础数据为中心，扶集丽级信怠综合处纛整体 毛的 角度入手，以数据流程和相应的数据关系为分析对象，经综合分析处理形成了多 罄次、多维煎熬毒搴褡关酌计量数箨，著逶_ 遘公司a t m 鬻实疆数据共享，佼企渡资 源得到臌合理的利用。在系统中的任何一个子站均可查看各在线能源仪表的远行 状态，霹直鼹憋显示各测量熹瓣厉雯帮实薅趋势鏊线，霹壹接诗算逡务测量蠢鹣 累计量，实现了对新钢铁公司9 8 以上的能源结算数据进行处理，形成班、日、 弼、訇、年结冀数攥掇表，秘攀、涤攮、准臻靛弼上数撂结雾。实越掇供鞍钢势 购、外销和转移的压力能源计壤数据及雎力系统运行情况的监控平台，为指挥生 产，麓源鞭测亵调配，畿耗分掇秘戆源缝梅调整提供菝攒。服务器数据焱采用s q l 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 s e r v e r 7 0 ，本地数据库采用s y b a s es q la n yw h e r e5 0 ，软件开发用 p o w e r b u i l d e r 6 5 1 1 2 临钢能源计量计算机网络 | i 钢能源t 控网络于1 9 9 2 年1 0 月投运以来，运行稳定、可靠，为公司能源计 最结算提供了可靠依据。但随着公司形势的发展，原来的网络系统己不能满足公 司对能源训量的需要，为方便与公司管理网相连，形成公司分级管理网络体系， 为公司能源数据综合管理提供更为可靠的科学依据，计控中心对网络上位机系统 进行了大规模地改造，构建了能源三级管理体系。我们对上位机系统平台进行了 更换，原先的d o s 系统任务单一，速度较慢，且不易联网，双结点连接事故频发， 多结点更无从谈起。经研究，采用现在先进的b i t 操作平台是一种很好的选择，为 此，着手建成了n t 局域网络，调度室n t 网络由四台计算机组成，通过网卡及同 轴电缆连接成基于n t 下的对等网，四机的作用分别为：采数机负责采集现场各测 点的实时数据，服务器用于存储各种数据文件，t 作站负责打印每口的览表， 每周一的周报及监控现场仪表的运行情况；能源数据机用于对上网的能源数据进 行周分析和月分析，便于中心领导及时了解各级能源量的消耗情况。该网络还可 以简便地与公司管理网相连，作为管理网的一个工作站，使计量数据可以直接进 入总刚，从i 面为将来临钢计算机分级管理网络的形成奠定了坚实的基础。目前， 能源网已通过调制解调器和电话专线与总调计算机实现了联网，使得总值班人员 能够及时了解一些与炼钢t 艺密切相关的如、二套制氧发生量，吹炼氧，球罐 压力等能源数据的使用情况，便于及时协调、指挥生产。 f 位系统总线采用三芯屏蔽电缆，一根作为共用接地，另两根分别是发送和接 收线。l j 2 1 e 为可编程智能流量演算仪，它能采集、计算、显示四路流量信号0 1 、 q 2 、q 3 、q 4 及四路压力或温度补偿信号。计量网的结点是指总线上的接点，即演 算仪与总线的联点，而不是0 1 、q 2 、q 3 、0 4 。转换器的作用是将上位机的标准 r s 2 3 2 信号转换为增强的电流信号发到各结点，将各演算仪送来的电流信号转换 为标准r s 一2 3 2 信号到上位机。上位采数机为工业控制计算机，内部隔离效果好， 抗干扰能力强，连续运行散热好，稳定性非常高。 基于w i n d o w s n r 9 8 多任务操作系统平台下编制的能源工控网络管理系统 可以允许你在打印报表的同时，进行数据设置，实时观测测点等多项工作。目前 使用的能源网络工控软件采用b o d a n d c + + 编制，可运行于w i n d o w s n t 9 8 平台 下，主要功能如下： ( 1 ) 流程图主要包括能源点工艺流程，系统总貌图和网络图，这样更能直 观地看到现场仪表的运行状态。 观地看到现场仪表的运行状态。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 2 ) 动态显示用鼠标左键按动列表框( 窗口内带下箭头的按钮) ，即可从中 查得相应的测点。 ( 3 ) 历史曲线用鼠标左键按动列表框中相应测点可以查看近7 2 小时历史曲 线。它是以图形曲线，光棒及数据三种形式反映出某个测点的情况及对该测点的 一些的参数设定的显示，三条曲线绿色、红色、蓝色，分别对应三种量的历 史变化情况瞬时量、压力、温度。 ( 4 ) 报表 查表或打印某测点这一周的数据。 修改某测点某日的不正确数据。 ( 5 ) 检查 检查数据采集器的运行情况。 检查每仪表运行情况。 ( 6 ) 一览表查看所有测点情况，可以用滚动条上下查看。 1 1 3 新兴铸管公司能源计量网络系统 新兴铸管公司能源计量网络系统自2 0 0 2 年初开始建设，以现场能源计量仪表 为基础，以工业以太网为依托，计算机数据采集系统，加上公司计算机网络形成 公司能源计量信息共享，最后通过i n t e r n e t 发布，达到远程访问、监控的目的。 公司的能源计量网络系统从前级仪表讲由一次智能变送器、配电器、二次智能 积算仪、r s 4 8 5 总线、p r o f i b u s 总线和数据采集工作站组成，网络部分由现场 各个数据采集工作站和公司局域网( t c p i p 协议) 和i n t e r n e t 组成。具体经过 由一次变送器将现场的动力量的流量、压力、温度信号经供配电后送至二次智能 积算仪表，二次积算仪表再将信号送到数据采集工作站，或者不经过二次智能仪 表直接进入数据采集工作站；同时数据采集工作站又接入不同单位的网络交换机， 与企业主干网连成一体，最终到自动化部的两台服务器，一台f i x w e b 服务器把 现场各个工作站数据通过以太网采集到服务器中，经处理后通过公司网进行发布。 公司网上的每一台计算机，经授权后都可以通过浏览器访问f i x w e b 服务器的 i p 地址，浏览公司现场能源动力量的实时生产、使用情况和累计生产、使用情况。 另一台服务器是数据服务器，通过a s e n e t 平台编制相应的程序，完成从f i x w e b 服务器上定时取出动力量的实时和累计数据，而后进行各种误差分析、各种报表 形成，并且最终将分析的结果以w e b 发布的方式实现与公司网上授权用户进行共 享，而且也可以通过i n t e m e t 对外远程发布。 公司大部分工业现场采用工业自动化软件f i x 3 2 ，其主要优点为： ( 1 ) f i x 软件是一套全集成，开放式的，真正基于组件的、支持客户服务器 东靶天擎硪士学位论文 第1 章绪论 灏i n t e m e 瓣n t r a n t 的岛动能软件产潞。 ( 2 ) f i x 3 2 软件包含了大量图形工具，使用户能够快速宜观建立丽向过程的 蜜对赛蠢，麓攀燃嚣发系绞。 ( 3 ) 强大的实时过程功能，饿含膏：邋程溢裰控锖、缀警鞠缀警管瑷、历史 趋势、统计过程控制、基予孀户韵安全系统、方便静系统扩展、礴络等功能。 ( 4 葵潮络优功麓缀容易实现现场实时数攒共享，帮助各屡次管瑗入员更快 受好造作豳决策。 针对公葡不同举位所处的t c p i p 两段不露，髑n e t b i o s 协议联缭f 1 x 3 2 系 统太慢的情况，改为所有现场的数据采集工作站都采用w i n n t 工作站系统，采用 t c p i p 协议联接f l x 3 2 系绞，大大提察了f i x 3 2 之翘数摄传竣麴速度。羧后把所 有工作站的f i x 3 2 能源数据联到f i x w e b 服务器上，对所裔的隧上数掘进行重新 熬缀态，达到了能源计壁网络系统掰规定的性能掰标。 现场数据工作站透过网络交换缀将数攥与土层靛数摇管理诗冀枫想联瀑，从粼 络交换毫霭接瀣的裔：计蟹溺络数据w e b 辍务器、诗量阚络f i x w e b 照务器、馒 瑷室监视计舆税、工程师维护诗籍瓿。计量阐络f x w e b 服务器实琨耩裔计量数 摄集中餐理，嗣对受费将数据传送刘公司主于嗣中，实现数据全公司共窜，该服 务嚣醵w i n d o w sn t 为搽作平务，i n t e l l u t i o n 公霹瓣f x w e b s e r v e r 较传为瘦周 平台，将现场的采集数据实时送到公司主干网中，公司大网上的计算梳均可戳在 授投的翡况下，遇过碱测麓器测蓖公镯的能源数键实时情况，也可根掇辩簧，窿 主干两避避i n t e m e t 实现对步 授权发布。计藿弼络数据w e b 骚务器实聪熙霄计餐 数据的各释分街、掖表建成等功能，嚣对受赛将坐藏瓣分辑结果潮擐袋健送到公 司主于嬲中，实瑷数据金公司共享，该臌务器隧w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 淹揉襻平 鑫，采髑a s e n e t 软馋为应用平台，邋过特定姻驱动程序，将计量网络f i x w e b 暇务嚣中豁历受数据联爨数据w e b 鼹务器中，蔼焉形残误差分攒、能源分辑等壤 袭，最终送到公司主干网中，公闭大嘲上的计算机均w 献在授权的情况下，通遭 臻测焚嚣测览公司豹戆灏数搀的分辑 薄援，瞧可裁据需要，亩主干网通过l q t e r n e t 实现对外授权发稚。工禚厢维护计算税静律餍越；( 1 ) 熊舞监裰掰有现骚豹滚爨 仪表运行清况，菠蕊问舔及时解决。( 2 ) 蝥褫嚣场数据采集工捧瓣瓣运行憾况。( 3 ) 受黉f i x 3 2 软 串缀态，囊黉要改变现滋彼表参数、工兹流程、新增现场仪表等蘩 援对，均囱数程癌缎护诗算枧爨舞实施。系娩螅主要功g 如下； 数据显示，鲡豢积流量、瞬时流羹、盏压、压力、瀣度、密凄等参数； 嬲史曲线追忆，l o o o 点数据，保存时间3 年，h 寸间间隔为1 0 秒钟； 工艺滚程胬显示，酉曼示动态薅图、动态联色、旋转、左右土下位移等元 素，通过组态可生成实际遇真的工艺流稷圈； 擞警功黢，参数趣艰时，霹提援 | l 要给巍声啻壤j 辨缒撼示； 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 网络功能，所有采集工作站均联成网络，其中任何一台工作站均可以实时 看到其他工作站采集的数据： s q l s e r v e r 数据库功能，存储数据或供其它数据库软件共享。 报表功能( 可以根据需要自动生成相关报表) 。 1 2 系统开发背景 近几年，随着我国计算机技术的迅猛发展和广泛应用，仪表智能化和数据采集 技术的不断完善，计算机网络在经济、政治、科学研究等各个领域得到全面的推广 和应用，发挥着越来越重要的作用。国内钢铁企业从上世纪8 0 年代开始计算机管理 信息系统的建设工作，上世纪9 0 年代中后期随着国内重点钢铁企业e r p 的开发建 设，作为e r p 的重要基础子系统，计量管理系统开始在全行业逐步推广发展。 本钢计控处是本溪钢铁( 集团) 有限责任公司的计量管理职能部门，其主要 职责是为公司生产指挥和经营管理及时准确提供计量数据。钢铁企业是耗能大户， 炼铁、炼钢、连铸、连轧、冷轧、镀锌的生产全过程离不开能源的计量。本钢的 流体能源计量存在点多、线长、面广的特点，流体量仪表室达4 0 余处，分布在厂 内的各个单位，需要计量的能源介质有煤气、氧气、氮气、生活水等1 6 种品种。 原始的统计方式是抄表工人定时抄取仪表数据或收取仪表记录纸，计量办流体量 统计员每天到相应的仪表室收集记录纸和抄表单，然后进行统计核算。个别仪表 室由于路途较远，只能采用电话报量方式进行统计核算。由于人工抄量，计算容 易产生误差，计量数据在各部门之间传递不及时等原因，现行的流体能源计量管 理很难及时掌握能源的生产及消耗情况，无法为公司的科学生产指挥提供及时准 确的计量数据，难以适应公司现代化生产的发展要求。同时由于企业多年推行“减 负增效”的政策，仪表维护工人的工作量也较过去有很大提高。 1 3 本文重点研究问题 面对本钢流体能源计量管理的落后局面和集团公司生产、管理对流体能源计量 管理的新要求、新需要，我们迫切需要改变和提升现行的能源计量管理水平。研究 和借鉴同行业能源计量网络管理经验，研制开发本钢流体能源计量网络是改变现行 落后局面的唯一选择。本文围绕流体能源计量数据的实时监测和数据传递及时、准 确可靠，重点研究流体能源计量数据的采集、管理及系统数据库等相关问题： 能源计量管理网络的构成 各系统的功能 数据采集的组态 数据管理局域网的代码设计、数据库设计及程序设计 数据应用系统的功能设计 东北大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 第2 章系统总体设计 2 1 系统总体要求 开发本钢流体能源计量管理网络的目的就是要在现有流体能源计量仪表基础 上，应用数据采集系统，建立计算机网络，并开发多层次的应用软件，为计控处、 公司相关职能部门实时监控指挥生产提供及时准确的数据。为此对本系统做如下 要求： 1 对本钢工源厂区的主要流体能源品种( 高炉煤气、焦炉煤气、氧气、氮气、 氢气、蒸汽) 主要检测点( 共8 6 点) 的计量数据实时采集，通过计算机网络传送 到服务器加以处理，生成满足生产管理要求的统计数据。 2 能够显示各检测点的瞬时值和当前累计量，显示各检测点的当前趋势曲线 和历史数据记录曲线。 3 能够在工控机上对现场采集器进行设置和组态。 4 对事故状态能够报警。 5 按计量办的统计要求，生成各类别台帐、日报表、月报表、平衡表。 6 以网页方式发布实时w e b 数据，显示流体量数据，供各部门使用。 2 2 流体能源计量管理网络的整体构成 流体能源计量管理网络由一个企业的局域网组成。( 参见图2 1 ) 以流体计量车间为中心建立w i n d o w sn t 计算机局域网络。以大连三合仪表 开发公司s h c a n 2 0 0 0 系统组成现场数据采集系统，分别以研华工业控制计算机作 为n t 工作站，各仪表室微机数据采集器( 模块) 的采样数据，处理后分别经c a n 现场总线传入各自工控机”1 ，在工控机上按预定画面显示各点计量数据的瞬时值、 累计量和数据记录曲线，并可在工控机上对现场采集器进行设置和组态，事故状 态报警和数据打印等。同时，自动形成预定格式的文本文件，并在每次采样处理 后自动刷新，供网络实时数据库调用。以i b mn e t f i n i t y 5 0 0 0 服务器为核心组成 w i n d o w s n t 局域网络。在服务器使用s 建立w w w 服务器，选用s q l s e r v e r 建立实时数据库，定时追加文本文件到数据库，定时生成小时量、日量，以触发 方式发布实时w e b 数据，形成历史趋势曲线。燃气厂调度室距离较远，采用光纤 东北大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 为介质经光纤收发器接入局域网，以本地用户身份浏览和调用数据。计控厂计量 办、计算机室和公司总调及各有关厂矿则通过调制解调器和程控电话网以远程用 户身份对网络进行访问。 接c a n 总线仪表 接入i n t e m e t 一本地用户- - h l _ 远程用户， 图2 1 流体能源计量管理网络结构示意图 f i g2 1 s t r u c t u r es k e t c hm a po f f l u i de n e r g ym e a s u r e m e n tm a n a g e m e n tn e t w o r k 2 3 流体能源计量管理网络的结构设计 本钢流体能源计量管理网络需覆盖本钢工源厂区的主要能源计量检测点8 6 点，分别位于9 个仪表室，本系统从结构上看可以划分为三个组成部分： ( 1 ) 数据采集系统 现场数据采集系统利用采集器( 模块) 采集数据，采集器上固化采集软件，可 通过实时组态和参数设置完成不同的功能组合。可在上位机对其进行调试，同时 自动形成预定格式的文本文件，并在每次采样处理后自动刷新，供网络实时数据 东北大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 库调用。 该系统连接8 6 点计量检测点，传送的数据包括高炉煤气量，焦炉煤气量，氧 气量，氮气量，氢气量和蒸汽量，现场总线结构由三条线路组成( 见图2 2 ) 。 连接到n t 网 - a n 压站冷轧煤气站1 0 万煤气大罐四加压站 图2 2 现场总线连接示意图 f j 9 2 2o n t h e - s p o tb u sc o n n e c t i o ns k e t c hm a p ( 2 ) 数据管理局域网络 以本钢计控厂流体计量车问为中心建立w i n d o w s 2 0 s e v e r 局域网络。网络 系统结构选用e t h e r n e t 标准，总线结构为星形，网络连接器为集线器，传输速 率为1 0 0 m b s ，工控机和服务器通过双绞线接入h u b 。在n t 服务器使用i i s 建 立w w w 信息服务器，选用s q l s e r v e r 7 0 建立实时数据库，通过数据管理软件 管理网络数据库。该网络通过a d s l 和专线接入公司的i n t r a n e t 网络1 5 1 o ( 3 ) 数据应用系统 该系统主要完成计量办的流体能源计量统计工作，同时向公司总调度室等单位 提供各计量检测点的瞬时量与累计量等计量信息。 用a s p ( 服务器端动态网页) 发布实时w e b 数据，以气体类别分类，用表格 管网图等形式显示流体量数据，网页采用自动定时刷新。有的用户因为距离较远 而采用光纤为介质，经光纤收发器接入局域网，以本地用户身份浏览流体量数据 发布网页和调用数据。各有关部门可直接询问流体量数据发布网页监测现场情况， 终端 东北大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 及时发现问题，完成调度工作，调用服务器专用数据，利用专用数据管理软件， 完成管理统计等工作。 2 4 流体能源计量管理网络的功能设计 流体能源计量管理网络总体设计要求的各项功能分别在数据采集系统、数据管 理局域网络、数据应用系统完成。 2 4 1 数据采集系统功能设计 现场采集的计量数据经s h c a n 2 0 0 0 系统处理后，经c a n 现场总线传入工控 机，自动形成预定格式的文本文件，并在每次采样处理后自动刷新，供网络实时 数据库调用，以远程显示画面完成相应预定功能。 ( 1 ) 主画面：显示能源流体计量网络全貌，重要数据和网络运行情况，并按 流体种类链接相应的画面。 ( 2 ) 分画面：以各仪表室为单位，分类显示各流体量采集点的瞬时量和累计 量，并按采集点链接各点的数据页。 ( 3 ) 采集点的画面：显示单一选定采集点的瞬时量、累计量和实时趋势曲线 及历史记录曲线。 ( 4 ) 报警画面：判断数据正确与否，短点报警，显示采集点报警历史记录。 ( 5 ) 用户设置画面：按用户要求增加和撤消采集点，修改采集点参数，能够 存放各采集点技术数据，并能调整和更改( 测量点的量程、差压、孔板数据和管 理参数等) 记录，能够进行系统运行状态显示和系统精度测试等。 2 4 2 数据管理局域网络功能设计 以i b mn e t f i n i t y 5 0 0 0 服务器为核心组成w i n d o w s n t 局域网，三台工控 机通过双绞线接入h u b ( 集线器) 。在n t 服务器使用i i s ( 信息服务器) 建立w w w 服务器巧1 ，选用s q l s e r v e r 7 0 建立事实数据库，数据库管理软件的功能为： ( 1 ) 每一分钟从两台工业控制计算机读取文本文件，追加到s q l s e r v e r 数 据库的瞬时量总表中。 ( 2 ) 每一小时以当前时间为标准，从s q l s e r 、，e r 数据库的总表中生成小时 量，并通过d t s 转换成v i s u a l f o x p r 0 6 0 的表。 ( 3 ) 每天9 点1 0 分，从s q ls e r v e r 数据库的总表中生成日量( 9 点到9 点) ，并通过d t s 转换成v i s u a l f o x p r 0 6 0 的表。 东北大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 ( 4 ) 每大凌晨一点，备份流体量数据库，防止突然断电或其他原因造成数据 丢失。 ( 5 ) 每天凌晨1 点2 0 分，清除流体量数据库日志，由于数据库变换频繁，数 据库日志增加较快，及时清除防止磁盘满，数据库不能正常工作。 2 4 3 数据应用系统功能设计 在n t 服务器端用网页发布实时w e b 数据，网页自动定时刷新，网页分主页 和分类页两个层次。 ( 1 ) 主页：显示流体量网络全局，按流体量仪表室链接相应的网页，按类别 链接管网图，趋势曲线图等。 ( 2 ) 分类页：各仪表室用表格的形式按预定的顺序显示各采集点的瞬时量、 小时平均量和累计量。表格网页采用框架网页的形式，便于切换。分类别显示各 气体的管网图，显示高炉煤气和焦炉煤气发生量一天之内瞬时量的趋势曲线，显 示压力瞬时值的柱型图。 计量办流体量数据统计软件利用服务器专门为其生成的数据，完成流体量数据 日常管理工作，其软件的主要功能有： ( 1 ) 原始数据更新、备份、删除和追回备份数据。可更新1 0 天之内的原始数 据。 ( 2 ) 浏览代码、修改代码和增加代码。 ( 3 ) 根据气体类别生成各自的台帐，浏览、修改、打印和备份台帐。设计0 日可修改台帐为其补量用，其余日台帐不能进行修改。 ( 4 ) 根据气体类别生成各自的日报表，打印和删除日报表。日报表中计算出 损失率，小时量。 ( 5 ) 一些小用户不具备连网条件，采取手工输入。分类别录入小用户用量， 增加和删除小用户名称。 ( 6 ) 根据气体类别生成各自的平衡表，浏览和删除平衡表。平衡表根据损失 率计算出表计总量平衡后总量。 ( 7 ) 根据气体类别生成各自的月报表，月报中包含表计量、分配量和总量。 月报中可进行热值输入，自动计算出热量。根据配出单位生成能源消耗月报表。 ( 8 ) 由于现场可能出现故障等问题，导致日量丢失，设计补充日量功能，根 据设备正常后传入的数据计算出平均量。 东北大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 2 5 能源计量网络的主要软硬件设备 2 5 1 主要硬件设备 ( 1 ) 文件服务器：i b m n e t f i n i t y 5 0 0 0p i i i 5 5 0 台。 ( 2 ) 工控机：研华i p v 6 1 0 p i i i ，5 0 0 二台。 ( 3 ) 网卡：3 c o m 3 c 9 0 5 8 1 0 1 0 0 m 自适应，四块。 ( 4 ) 交换机：3 c o m 3 c 1 6 9 4 1 ，8 接口，l o o m ，一台。 ( 5 ) 调制解调器：3 c o mu s r l 0 b o t i c e ，5 6 k 外置式，二台。 ( 6 ) 光纤收发器：1 0 0 m 多模光纤，二台。 ( 7 ) 多模光纤：4 芯，室外型，1 0 0 0 米。 ( 8 ) u p s 电源：一台。 ( 9 ) 现场总线智能测控组件：s h c a n 3 3 0 1 型，八路积算，十二台。 ( 1 0 ) 数据采集模块：一台。 2 5 2 主要软件 ( 1 ) w i n d o w sn t 4 0 0 1 s 4 ( 2 ) w i n d o w s 9 8 ( 3 ) s q l s e r v e r7 0 ( 4 ) v i s u a lf o x p r o6 0 ( 5 ) f i x 3 2 s h c a n2 0 0 0 下载调试程序 1 l 一 东北大学硕士学位论文 第3 章流体能源计量管理网络详细设计 第3 章流体能源计量管理网络详细设计 3 1 数据采集系统详细设计 智能仪表的软件系统，由于在裸机上直接开发，没有任何支撑软件支持，软 件开发的难度很大。二十世纪八十年代由于有w i n d o w s 操作系统和c + + 面向对象 设计语言等的支持，面向对象的程序设计方法能开发出具有良好继承性和易维护 性的软件。用该设计方法设计软件时，模拟客观世界的对象和代表对象间相互作 用的消息序列刻画方法的本质思想，在智能仪表的软件系统中能够充分发挥效能。 应用s h c a n 智能测控组件系统，组态序列反映模块之间的相互作用，具有消 息序列的本质特征，“模块加组态序列形成软件解空间”的方法，在很大程度上类 似于面向对象的程序设计方法，具有良好的软件继承性和易维护性。 3 1 1 系统构成 数据采集系统( s h c a n 2 0 0 0 ) 分为硬件系统和软件系统。硬件系统由上位机、 现场总线和s h c a n 智能测控组件组成。 ( 1 ) 上位机 上位机的硬件包括工控机和c a n 网卡。工控机选用研华工控机，网卡是为实 现c a n 与r s 2 3 2 之间的转化而设计的。一方面网卡为上位机提供高可靠性的 c a n 总线接口，另一方面又为s h c a n 智能测控组件往上位机传送数据提供 r s 2 3 2 接口。 ( 2 ) 现场总线 c a n 总线具有信息集中、控制分散的特点，适合流体计量现场数据采集点的 情况，c a n 总线支持双绞线、同轴电缆、光缆等多种介质，具有较强的抗干扰能 力，特别使用工业自动化的底层监控，因此选用c a n 总线。 ( 3 ) s h c a n 智能测控组件 s h c a n 智能测控组件是直接完成采集和控制功能的智能单元，可单独运行， 作为独立的回路调节器；也可将该组件放在现场附近，通过网络组合成一个完整 的数据采集和控制系统。 每个s h c a n 智能组件都固化有不同的采集和控制软件，可通过实时组态和 参数设置完成不同的功能组合：过程信号的采集、工程量的转换、信号补偿、线 性化处理、自动报警等。 东北大学硕士学位论文 第3 章流体能源计量管理网络详细设计 软件系统由上位机的f i x d m a c s 、i o 驱动、s h c a n 2 0 0 0 下载与调试程序 ( s h c a n c f g ) 和运行在现场数据采集器中的s h c a n 组态软件部分组成，软件 结构图见图3 1 。 下载与 调试程序 ( s h c a n c f g ) ： i o 黼i i h c a n i o ) ：毒 w i n d o w s9 5 9 8 n t t 上位机系坑 智能臻瞄螂 c 蚶总箍 0j r 誓嘟四酎空蛆件鲁懈睁嘲蚓阱 cs h c n ) m c a n ， 图3 1 软件结构图 f i g3 1s o f t w a r es t r u c t u r em a p ( 1 ) f i x 组态软件 i n t e l l u t i o n 的3 2 位f i x 自动化软件是充分发挥w i n d o w s 9 5 9 8 n t 全部强有 力功能的自动化解决方案，f i x 组态软件的自动化软件具有以下性能和特点： 分布式客户机月匣务器体系结构 直观的人机界面 1 0 0 的数据完整性和实时过程监视 报警和报警管理 完整且精确的报告 定时自动生成和打印数据报表 实时和历史趋势 统计过程控制 可靠的安全体系 维护、管理系统的安全运行 ( 2 ) i o 驱动程序 s h c a n i o 是使用i n t e l l u t i o n 公司提供的i 0 驱动程序专用开发工具开发的 i o 驱动程序。它与常规d d e 动态数据交换实现的驱动程序相比较，具有较高的 实时性能和更加完善的功能。 东北大学硕士学位论文 第3 章流体能源计量管理网络详细设计 ( 3 ) 下载与调试工具 s h c a n c f g 是一个基于中文w i n d o w s9 5 9 8 n t 上的下载与调试工具。它通 过c a n 总线，能对s h c a n 2 0 0 0 上的每一个智能测控组件进行组态、参数编辑、下 载、上传、管理和实时监测。s h c a n c f g 的主要功能包括： 对功能模块库1 4 大类7 0 种功能模块进行组态，组态序列长度可达1 0 0 块。 对实时数据库2 9 组共4 6 4 点控制运行参数进行设置、修改、管理和实时 监视。 可次下载上传全部或部分组态数据。 可一次下载上传全部或部分实时数据库参数。 每次设置可实时监视多达1 6 点控制运行参数的变化。 可管理8 个串行口，4 大类1 3 种s h c a n 智能测控组件类别、2 5 6 个s h c a n 智能测控组件组成的多个项目或子系统。 对传输中的故障状态可自动检测，并且可按设定的重发次数尝试多次传 输。 ( 4 ) s h c a n 组态软件 s h c a n 组态软件是嵌入在s h c a n 智能测控组件中的组态、数据采集、控制、 输入输出和通讯软件模块口3 。其框架结构如图3 2 所示： ( 图3 2 ) s h c a n 组态软件模块结构图 ( f i 9 3 2 ) s h c a nc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r em o d u l e s t r u c t u r em a p c a n 总线通讯 c a n 总线通讯软件完成上位机与实时数据库之间、任意两个实时数据库之间 的双向数据交换。当任意两个s h c a n 智能测控组件的实时数据库之间交换数据时， 东北大学硕士学位论文 第3 章流体能源计量管理网络详细设计 不需要上位机的干预。 实时数据库 实时数据库有2 9 组( 每组1 6 个) 共4 6 4 点各种类型的控制运行参数，是系 统参数、功能模块工作参数、控制参数、运行变量等的参数集合。实时数据库中 任一点数据，都可通过c a n 通信模块实现双向通信。 输入输出 输入输出是工业现场数字量输入输出、模拟量输入输出、频率量输入的接 口软件。其中，模拟量、频率量输入具有可调节的软件滤波器和通道的故障诊断 和处理。 键盘操作现场显示 键盘操作现场显示是s h c a n 智能测控组件需要现场操作时，为现场提供的人 机界面接口软件。该软件可实现工程