摘 要： 针对仪化公司计量测量点多、分布广、结算自动化程度低的问题， 采用虚拟专用网络技术， 通过串口服务器将现场计量数据采集并发送至H iRIS实时数据库中； 同时， 根据能源计量管理要求， 对实时数据进行计算并保存到数据服务器中， 通过数据校正软件自动对数据源进行处理， 校正后的信息通过公司内部信息网实现数据结算报表的Web发布。经过仪化公司实际应用表明， 系统稳定可靠、实时性好、布置灵活， 能在线反映整个公司生产能源消耗状况， 并及时发现能源输送过程中设备出现的突发故障。

　　0 引言

　　随着石化企业面临国际市场竞争的严峻挑战， 企业精细化管理已势在必行， 对能源计量数据的实时性、全面性和准确性也提出了更高的要求。原仪化公司能源计量管理状况是能源介质多（如氮气、压空、冷冻水、中低压蒸汽、天然气、电、生产水、生活水、低硅水、污水、煤炭、重油等）、计量点分散， 计量平衡采用每月人工抄表的方式， 月底由人工进行数据平衡。2009年公司利用其内部网络和串口服务器， 建立了专用的计量信息虚拟网， 将所有计量数据通过计量管理系统采集并实现实时监控。

　　1 能源计量系统网络结构

　　计量信息管理系统采用全分布开放式系统结构，整个系统分为仪表计量与信息管理两层。系统利用仪化公司企业内部网络， 将各生产中心处于不同地理位置的采集站连接成为一个总体网络； 并采用虚拟网络技术， 建立了虚拟专用网VPN （ v irtual private network） ，即在仪化内部公共网络的基础平台上， 构建了一个专门供计量管理使用的虚拟网络。从网络空间来看， 虚拟专用网络在中间， 用户的网络节点在边缘。通过虚拟专用网络的连接， 用户可以根据自己的意愿分配各个节点上的地址空间， 也可以自己安排各个节点之间的路由关系。公司信息中心为计量网络系统设立了VPN的专用IP地址： 10. 96. 92. 1~ 10. 96.92. 255, 目前使用的IP地址分为两段， 即10. 96. 92. 1~10. 96. 92. 20（串口服务器）、10. 96. 92. 100 ~ 10. 96.92. 114（操作员工作站）。

　　根据现场计量的数据形式， 大部分分散的计量仪表选用带RS??485通信接口的智能积算仪与串口服务器进行通信， 一台串口服务器可同时与1~ 32台智能积算仪进行通信。串口采集器将采集到的数据转换成以太网数据格式，再通过虚拟信息专用网发送至中控室。上述模式用于低压蒸汽、工艺风、仪表风和冷冻水等分散在厂区内的数百台流量计的实时数据采集。

　　此外， 电能计量也采用相同的模式， 选用带RS??485通信接口的电能表将生产区内几十个变配电站的电能数据连接上网并进行采集。

　　对于天然气能源计量数据， 采用与天然气门站控制器Siem ens S7300直接通信来实现。串口服务器与S7300的Profibus-DP 通信接口直接连接， 将S7-300内部存储区的数据转换成以太网数据格式， 再通过虚拟信息专用网发送至中控室。

　　对于氮气能源计量供出系统数据， 采用与氮气供出系统上位机的iF ix组态软件进行OPC通信来实现。

　　氮气供出系统上位机增加以太网卡， 并分配虚拟专用网络IP地址； 中控室作为OPC 客户端读取现场的氮气能源计量供出系统数据。

　　对于中、低压蒸汽能源计量供出数据， 利用热电生产中心目前现有的数据库系统， 直接与计量信息管理系统的数据服务器进行数据交换。

　　对于生产水、生活水、低硅水和污水系统的能源计量数据， 则根据现场实际情况， 采用上述几种模式对计量信息管理系统进行扩容； 对于分散的远程能源用户，采用无线GPRS模式进行数据采集。计量信息管理系统网络拓扑结构图如图1所示。

图1 计量信息管理系统网络拓扑结构图

　　在动力生产中心， 中控室设置了计量服务器、计量网络操作站和Web发布站， 以供仪表维修、数据分析、数据统计、生产调度和管理使用。

　　2 能源计量管理系统软件

　　能源计量系统软件采用和利时公司的实时信息系统HiRIS软件。该软件结构如图2所示。它由七大子系统组成： 实时数据库系统（ FactoryL ive）、组织机构管理系统、数据采集器系统、组态系统、数据转存系统、发布系统和离线系统。在供用双方的能源计量数据平衡方面， 我们在H iR IS软件中嵌入了上海交大自动化工程研究中心开发的数据校正系统。

图2 实时信息系统H iR IS软件结构

　　2. 1 数据传输

　　H iRIS系统采用用户数据包协议（ UDP 数据包）的方式发送实时数据。所有工作都在内存中完成， 这充分保证了数据的实时性； 同时， UDP 数据包遵循TCP / IP标准的面向数据报的运输层协议， 以广播的方式发送（点对点或点对多点） , 不需要确认返回信息， 减轻了网络和网关的负载， 并大大提高了系统的稳定性和健壮性。此外， 系统接收UDP 数据包时采用CRC 校验等多种校验方式， 确保了上传的实时数据的准确性。

　　2. 2 数据存储

　　H iRIS系统采用实时数据库FactoryL ive作为实时数据的存储工具， 并通过开放接口与管理系统的关系数据库系统进行数据交互， 实现了与管理系统的无缝连接； 同时， 利用FactoryL ive成熟的压缩、存储技术， 使数据存储的容量更庞大、性能更稳定、维护也更方便。

　　实时数据服务是整个实时库系统的。它负责完成数据的接收、处理和查询以及系统管理等多项工作； 提供了报表定义器和数据导出程序， 将实时库中的数据导出到关系数据库中。报表定义器用于定义如何导出数据， 数据导出程序按照这些定义将数据导出到关系数据库中。

　　定时数据保存是定时从实时数据库中获取各点当前数据， 并根据能源计量管理要求的统计方法计算后，直接保存到能源计量管理系统的SQL Server关系数据库的定义表内。二次开发可以利用这些表内数据作为他们报表的直接数据源。

　　2. 3 控制系统接口

　　在控制系统的采集器方面， H iRIS 系统提供了OPC采集器、文件采集器和计算采集器等， 可以支持一般标准的通信接口， 如OPC、DDE 等接口方式以及数值、字符串、浮点等多种数据类型； 同时， 系统也支持一些控制系统的专用接口， 在控制系统的HM I中进行直接高效的数据采集。

　　2. 4 数据的校正

　　数据校正系统软件嵌入在数据校正系统服务器的客户端计算机上。该客户端上备有与系统关联的关系数据库， 关系数据库上存储着数据校正模型、结构参数和各种常数[ 6], 模型、结构参数和常数可以根据工业装置运行的工况变化由人工作相应的修改。

　　在指定的时间间隔期末（时间间隔一般取班、日和月）， 数据校正系统自动地从MES主服务器上读取数据（即校正系统所需的全部时间间隔内的流量测量数据）并进行相应的处理， 如流量测量数据的瞬时值在时间间隔内的积分、流量测量数据的累计值取间隔期末值与期初值的差值， 间隔内同一组分的多个测量值取平均值等。对于经过处理的流量测量数据和组分测量数据的缺损值可以由人工进行补充。

　　在指定时间间隔期末， 数据校正系统软件自动启动计算引擎， 读入数据校正系统服务器上本间隔期内的流量测量数据和组分测量数据， 并按配置好的数据模型进行校正。校正后的流量测量数据和组分测量数据存入关系数据库； 同时， 复制一份至MES主服务器的历史数据库， 以供动态成本、调度优化或技术报表等后续用户调用。

　　2. 5 W eb服务功能

　　H iRIS系统内置的W eb信息发布平台建立在W indow s 2000 IIS服务器上， 它可提供实时数据、结算数据、单位信息查询、能源表计数据查询、电费数据查询、事件查询和报表查询等功能。通过该Web发布访问能源计量系统数据时， 需要进行身份， 只有授权用户可以访问指定数据， 从而确保了用户的授限管理与系统安全性设置的相互统一。

　　3 结束语

　　仪征化纤计量信息管理系统采用虚拟专用网络技术， 并利用公司已建成的内部网络， 减少了计量管理信息系统项目的投资， 整个系统在设计结构上符合分散集中的原则。

　　计量信息管理系统投入使用后， 生产管理人员通过浏览能源平衡报表， 能快速准确地掌握企业的生产经营状况； 仪表人员依据系统设定的管路偏差， 有重点地检查现场表计， 可避免因仪表故障处理不及时带来的问题。此外， 计量信息管理系统可随时产生各种需要的报表， 故障时间段的记录为该时间段人工补偿提供了依据。系统的良好运行进一步提高了能源计量的现代化管理水平。

参考文献:

[1]. GPRS datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/GPRS_1594650.html.