摘要：針對目前鋼鐵企業能效要求的提高，企業需要建立能源管理系統。但鋼鐵企業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）以及后續的企業管理系統（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；工業網關；模擬

引言

隨著近年來技術的引進和自主研發，國內鋼鐵企業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中得到了廣泛的應用。隨著大數據技術的發展，企業迫切需要收集和管理整個生產過程中的生產和運營數據，以改善企業的生產管理和生產過程[1]。然而，在企業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競爭力具有重要意義。與此同時，鋼鐵企業污染排放量大，如果能夠合理利用和平衡能源，對環境保護也有作用。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，對公司層面優化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環保質量、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）以及后續的企業管理系統（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過程控制系統不受外部網絡的威脅。

當前，企業需要訪問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，并用智能儀器代替傳統儀器。

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，采用環形和心形的方式:每個工廠形成一個環形網絡，工廠的每個收集點都采用心形連接到環形網絡。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，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；支持在工業現場收集各種工業設備協議，并通過各種工業設備協議向其他系統或設備提供數據分發服務，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、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。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，完成業務和生產管理層對過程控制層的雙向信息交互，保證企業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域內所有智能監控/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，并將其轉發給目標區域的智能系列單元，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在建設能源管理系統時面臨的企業現場不同設備和多傳輸協議的復雜現狀，提出利用工業網關作為統一的平臺，實現工業現場數據采集。同時，采集的數據也可用于企業的生產管理和產品技術改進，對企業的生產具有很大的經濟價值。由于企業經營狀況的變化，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，模塊化工業網關也將成為一種可能的發展趨勢。

參考文獻

[1]王永川，陳光明.鋼鐵企業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控/電能管理/電氣安全（產品報價手冊）.2023.01版

[4]企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.