張亞軍，楊文博，張利平

(西安陜鼓動力股份有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

冶金鋼鐵企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一，隨著國家節(jié)能降耗政策的大力推進(jìn)實(shí)施，冶金鋼鐵企業(yè)將節(jié)能降耗、降低成本、減少碳排放等定為優(yōu)先發(fā)展目標(biāo)。其中在企業(yè)生產(chǎn)流程中，能源設(shè)備的智能集中監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的主要措施之一。

以某鋼鐵企業(yè)為例，企業(yè)本身各種單元能源設(shè)備(如：高爐及壓縮機(jī)設(shè)備、轉(zhuǎn)爐及風(fēng)機(jī)設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、除塵設(shè)備、空分設(shè)備、煤氣回收加壓監(jiān)控設(shè)備等)眾多，分布分散，人工上報信息，管理難度大；各種同類單元設(shè)備控制方式眾多，有些設(shè)備使用人工手動控制方式，智能化程度低，單元設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息反饋滯后；各單元設(shè)備都有獨(dú)立的控制室，配備多名現(xiàn)場操作人員(需要三班倒)，使人力成本高。對于上述問題，基于自動化、信息化、智能化手段，搭建廠區(qū)能源設(shè)備遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)平臺，整合廠區(qū)各單元設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化的安全生產(chǎn)模式，提高廠區(qū)單元設(shè)備監(jiān)控及能源管理的效率和智能化水平。

1 集中智能監(jiān)控系統(tǒng)方案

本集中監(jiān)控系統(tǒng)包括：現(xiàn)場設(shè)備控制層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控層、信息交互層等四層架構(gòu)。系統(tǒng)架構(gòu)具體如圖1所示。

圖1 集中監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

其中，現(xiàn)場設(shè)備控制層主要包括廠區(qū)原有的各能源設(shè)備的PLC/DCS系統(tǒng)，該內(nèi)容該文不再詳細(xì)表述。該文對于其余的三層架構(gòu)方案進(jìn)行具體說明。

1.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層方案

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層實(shí)現(xiàn)的功能包括以太網(wǎng)通訊接口、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換、各區(qū)域數(shù)據(jù)接入交換機(jī)及光纖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。即將廠區(qū)各個域的各種單元機(jī)組設(shè)備通過其自身PLC/DCS系統(tǒng)的OPC等通訊接口，經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)光纖，將數(shù)據(jù)上傳至集中監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)管。

1.2 遠(yuǎn)程集中監(jiān)控層方案

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控層的集控室核心冗余交換機(jī)，將各區(qū)域接入交換機(jī)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，集控室采用C/S架構(gòu)，設(shè)置一套集控系統(tǒng)冗余服務(wù)器和數(shù)據(jù)接口服務(wù)器，若干臺客戶端(其中包括1臺工程師站)，集控系統(tǒng)冗余服務(wù)器及客戶端實(shí)現(xiàn)所有現(xiàn)場能源設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制，數(shù)據(jù)接口服務(wù)器用于向信息交互層提供數(shù)據(jù)；同時設(shè)置一臺視頻(大屏)管理站，現(xiàn)場的設(shè)備視頻信號進(jìn)大屏顯示，便于在遠(yuǎn)程控制時更為直觀，提升控制可靠性。

1.3 信息交互層方案

1.3.1 工控網(wǎng)絡(luò)安全方案

通過在各個區(qū)域局域網(wǎng)的出口部署工業(yè)防火墻，實(shí)現(xiàn)對從各個局域網(wǎng)到集中監(jiān)控區(qū)域數(shù)據(jù)傳輸?shù)募?xì)顆粒度控制，通過工業(yè)防火墻策略控制，僅允許指定的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，阻斷非授權(quán)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互。

通過對集中監(jiān)控區(qū)域的各個主機(jī)上部署工業(yè)主機(jī)防護(hù)軟件，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)邊界入口的病毒、木馬等惡意代碼的防護(hù)，防止因集中監(jiān)控區(qū)域主機(jī)感染病毒而引起高爐局域網(wǎng)設(shè)備的病毒感染。

1.3.2 企業(yè)能源管理系統(tǒng)

鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)(EMS)的總目標(biāo)是建立一個全局性的能源綜合管控系統(tǒng)，構(gòu)成覆蓋基礎(chǔ)自動化、過程監(jiān)控及管理三個功能層次的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并建立數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，完成監(jiān)測等應(yīng)用。

鋼鐵EMS根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，設(shè)置能源管理專業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)管理專業(yè)調(diào)度，能源調(diào)度人員

借助EMS的操作站進(jìn)行能源生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控、能源系統(tǒng)平衡管理、能效管控及環(huán)保管理。

應(yīng)用軟件系統(tǒng)基本功能如表1所示。

表1 應(yīng)用軟件系統(tǒng)基本功能

1.3.3 設(shè)備視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過單元設(shè)備高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，在新建集中控制室實(shí)現(xiàn)各單元設(shè)備現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)的視頻全覆蓋及集中顯示，方便集中控制室人員進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，保證氣體系統(tǒng)無人值守后現(xiàn)場及設(shè)備安全。

1.3.3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計思路采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、服務(wù)集中管理、存儲集中部署方式組建系統(tǒng)。本次設(shè)計高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)由大屏系統(tǒng)、存儲服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、客戶端、高清攝像機(jī)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為了便于錄像的管理，同時考慮存儲設(shè)備穩(wěn)定性和安全性，視頻存儲采用集中存儲模式，存儲容量按照1080P存儲30天設(shè)計。在新建集中控制室設(shè)置1臺客戶端用于崗位對視頻畫面的實(shí)時監(jiān)控和錄像查詢。

整個視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，新建集中控制室設(shè)置1臺匯聚層交換機(jī)，在各區(qū)域分別設(shè)置1臺接入層交換機(jī)。攝像機(jī)信號采用光纖收發(fā)器形式接入層交換機(jī)。

防爆區(qū)域采用200萬像素防爆紅外高清筒型攝像機(jī)，發(fā)電設(shè)備區(qū)域200萬像素紅外高清筒型攝像機(jī)。攝像機(jī)電源就近接引，采用RVV2×2.5穿鋼管明敷設(shè)。

1.3.3.2 大屏顯示系統(tǒng)

作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，目前，市場上主流的是采用無縫顯示的LED 顯示屏系統(tǒng)，在信號處理上屏系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，去中心無中心化系統(tǒng)，集中式控制，自主核心算法，可視化顯控。低帶寬、易使用、節(jié)能散熱及多套網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動；支持H.264/H.265解碼，無需流媒體服務(wù)器，無需監(jiān)控平臺，單設(shè)備自成系統(tǒng)；組成一套完美調(diào)度顯示大屏。

該項(xiàng)目大屏系統(tǒng)具備相關(guān)技術(shù)如下：

(1)7×24運(yùn)行

LED單個燈功率很低，并采用不持續(xù)發(fā)光形式，黑色畫面時LED燈工作電流為零，每個LED燈分布在整個屏幕表面，具備散熱均勻和散熱效率高等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)7×24小時運(yùn)行要求。

(2)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的顯示

目前主流信號源有我們包括Full HD、HD、超高清、高清、1080P、720P等名詞，其實(shí)他們背后有一個相同的含義就是畫面比例都是16∶9，那顯示系統(tǒng)單屏的分辨率比例應(yīng)該也是16∶9，這樣給使用者很方便將主流信號源顯示出來，并達(dá)到最重要的畫面不變形、不失真，實(shí)現(xiàn)信號源到屏幕顯示的點(diǎn)對應(yīng)點(diǎn)顯示。

(3)各種顯示信號的接入能力

指揮中心是對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)、流程進(jìn)行接入顯示系統(tǒng)并顯示出來的一套系統(tǒng)應(yīng)用，那顯示系統(tǒng)必須具備多數(shù)量種類信號的顯示能力，能夠顯示W(wǎng)indows、UNIX、SUN Solaris、Linux等主流操作系統(tǒng)的計算機(jī)圖像信號，并能夠顯示PAL/NTSC/SECAM/1080p/1080i/720p等各種視頻信號，且信號窗口顯示實(shí)時。

(4)統(tǒng)一顯示和功能分區(qū)域顯示

整個顯示系統(tǒng)可作為統(tǒng)一顯示平臺，也可根據(jù)需要劃分為多個分區(qū)顯示，各分區(qū)獨(dú)立控制。各系統(tǒng)圖像只在本系統(tǒng)的顯示分區(qū)內(nèi)進(jìn)行任意顯示，從而保證各系統(tǒng)之間工作的獨(dú)立性。

(5)系統(tǒng)顯示模式

實(shí)現(xiàn)整屏界面的顯示、實(shí)現(xiàn)多信號的同時顯示、實(shí)現(xiàn)中間大，兩邊小顯示、實(shí)現(xiàn)多個監(jiān)控信號的同步等分顯示(適應(yīng)屏幕大小)、實(shí)現(xiàn)多畫面疊加顯示等。

2 小結(jié)

通過某冶金鋼鐵企業(yè)單元設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)的介紹，以及現(xiàn)場應(yīng)用情況，實(shí)現(xiàn)了冶金鋼鐵企業(yè)全廠單元能源設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場少人監(jiān)控，降低了生產(chǎn)成本，提高了廠區(qū)能源設(shè)備智能監(jiān)控、能源管理和安全管理的效率和智能化水平，降低企業(yè)運(yùn)行安全風(fēng)險，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。