冶金鋼鐵企業能源設備集中監控系統技術及應用

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

冶金鋼鐵企業是國民經濟的重要支柱之一，隨著國家節能降耗政策的大力推進實施，冶金鋼鐵企業將節能降耗、降低成本、減少碳排放等定為優先發展目標。其中在企業生產流程中，能源設備的智能集中監控系統技術是實現上述目標的主要措施之一。

以某鋼鐵企業為例，企業本身各種單元能源設備(如：高爐及壓縮機設備、轉爐及風機設備、發電設備、除塵設備、空分設備、煤氣回收加壓監控設備等)眾多，分布分散，人工上報信息，管理難度大；各種同類單元設備控制方式眾多，有些設備使用人工手動控制方式，智能化程度低，單元設備運行狀態信息反饋滯后；各單元設備都有獨立的控制室，配備多名現場操作人員(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，搭建廠區能源設備遠程集中監控系統平臺，整合廠區各單元設備進行遠程集中監控，實現了網絡化的安全生產模式，提高廠區單元設備監控及能源管理的效率和智能化水平。

1 集中智能監控系統方案

本集中監控系統包括：現場設備控制層、網絡數據傳輸層、遠程集中監控層、信息交互層等四層架構。系統架構具體如圖1所示。

圖1 集中監控系統總體架構

其中，現場設備控制層主要包括廠區原有的各能源設備的PLC/DCS系統，該內容該文不再詳細表述。該文對于其余的三層架構方案進行具體說明。

1.1 網絡數據傳輸層方案

網絡數據傳輸層實現的功能包括以太網通訊接口、網絡協議的轉換、各區域數據接入交換機及光纖網絡的設置。即將廠區各個域的各種單元機組設備通過其自身PLC/DCS系統的OPC等通訊接口，經過工業以太網光纖，將數據上傳至集中監控中心進行監管。

1.2 遠程集中監控層方案

遠程集中監控層的集控室核心冗余交換機，將各區域接入交換機上傳的數據進行匯聚，集控室采用C/S架構，設置一套集控系統冗余服務器和數據接口服務器，若干臺客戶端(其中包括1臺工程師站)，集控系統冗余服務器及客戶端實現所有現場能源設備的遠程集中控制，數據接口服務器用于向信息交互層提供數據；同時設置一臺視頻(大屏)管理站，現場的設備視頻信號進大屏顯示，便于在遠程控制時更為直觀，提升控制可靠性。

1.3 信息交互層方案

1.3.1 工控網絡安全方案

通過在各個區域局域網的出口部署工業防火墻，實現對從各個局域網到集中監控區域數據傳輸的細顆粒度控制，通過工業防火墻策略控制，僅允許指定的設備之間的數據傳輸，阻斷非授權設備間的數據交互。

通過對集中監控區域的各個主機上部署工業主機防護軟件，實現對網絡邊界入口的病毒、木馬等惡意代碼的防護，防止因集中監控區域主機感染病毒而引起高爐局域網設備的病毒感染。

1.3.2 企業能源管理系統

鋼鐵企業能源管理系統(EMS)的總目標是建立一個全局性的能源綜合管控系統，構成覆蓋基礎自動化、過程監控及管理三個功能層次的計算機網絡系統，并建立數據通訊網絡，完成監測等應用。

鋼鐵EMS根據生產工藝要求，設置能源管理專業調度、生產管理專業調度，能源調度人員

借助EMS的操作站進行能源生產狀態監控、能源系統平衡管理、能效管控及環保管理。

應用軟件系統基本功能如表1所示。

表1 應用軟件系統基本功能

1.3.3 設備視頻監控系統

通過單元設備高清視頻監控系統建設，在新建集中控制室實現各單元設備現場監控點的視頻全覆蓋及集中顯示，方便集中控制室人員進行遠程監控，保證氣體系統無人值守后現場及設備安全。

1.3.3.1 系統整體設計

高清視頻監控系統整體設計思路采用全IP網絡架構、服務集中管理、存儲集中部署方式組建系統。本次設計高清視頻監控系統由大屏系統、存儲服務器、網絡交換設備、客戶端、高清攝像機組成。系統結構圖如圖2所示。

圖2 視頻監控系統結構圖

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

整個視頻監控網絡采用星型拓撲結構，新建集中控制室設置1臺匯聚層交換機，在各區域分別設置1臺接入層交換機。攝像機信號采用光纖收發器形式接入層交換機。

防爆區域采用200萬像素防爆紅外高清筒型攝像機，發電設備區域200萬像素紅外高清筒型攝像機。攝像機電源就近接引，采用RVV2×2.5穿鋼管明敷設。

1.3.3.2 大屏顯示系統

作為視頻監控系統的核心設備，目前，市場上主流的是采用無縫顯示的LED 顯示屏系統，在信號處理上屏系統采用分布式架構，去中心無中心化系統，集中式控制，自主核心算法，可視化顯控。低帶寬、易使用、節能散熱及多套網絡聯動；支持H.264/H.265解碼，無需流媒體服務器，無需監控平臺，單設備自成系統；組成一套完美調度顯示大屏。

該項目大屏系統具備相關技術如下：

(1)7×24運行

LED單個燈功率很低，并采用不持續發光形式，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，真正實現7×24小時運行要求。

(2)符合國際標準的顯示

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，那顯示系統單屏的分辨率比例應該也是16∶9，這樣給使用者很方便將主流信號源顯示出來，并達到最重要的畫面不變形、不失真，實現信號源到屏幕顯示的點對應點顯示。

(3)各種顯示信號的接入能力

指揮中心是對各業務系統、流程進行接入顯示系統并顯示出來的一套系統應用，那顯示系統必須具備多數量種類信號的顯示能力，能夠顯示Windows、UNIX、SUN Solaris、Linux等主流操作系統的計算機圖像信號，并能夠顯示PAL/NTSC/SECAM/1080p/1080i/720p等各種視頻信號，且信號窗口顯示實時。

(4)統一顯示和功能分區域顯示

整個顯示系統可作為統一顯示平臺，也可根據需要劃分為多個分區顯示，各分區獨立控制。各系統圖像只在本系統的顯示分區內進行任意顯示，從而保證各系統之間工作的獨立性。

(5)系統顯示模式

實現整屏界面的顯示、實現多信號的同時顯示、實現中間大，兩邊小顯示、實現多個監控信號的同步等分顯示(適應屏幕大小)、實現多畫面疊加顯示等。

2 小結

通過某冶金鋼鐵企業單元設備集中監控系統的介紹，以及現場應用情況，實現了冶金鋼鐵企業全廠單元能源設備的遠程集中監視和控制，實現了現場少人監控，降低了生產成本，提高了廠區能源設備智能監控、能源管理和安全管理的效率和智能化水平，降低企業運行安全風險，提高企業的經濟效益。