冶金钢铁企业能源设备集中监控系统技术及应用

张亚军，杨文博，张利平

(西安陕鼓动力股份有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

冶金钢铁企业是国民经济的重要支柱之一，随着国家节能降耗政策的大力推进实施，冶金钢铁企业将节能降耗、降低成本、减少碳排放等定为优先发展目标。其中在企业生产流程中，能源设备的智能集中监控系统技术是实现上述目标的主要措施之一。

以某钢铁企业为例，企业本身各种单元能源设备(如：高炉及压缩机设备、转炉及风机设备、发电设备、除尘设备、空分设备、煤气回收加压监控设备等)众多，分布分散，人工上报信息，管理难度大；各种同类单元设备控制方式众多，有些设备使用人工手动控制方式，智能化程度低，单元设备运行状态信息反馈滞后；各单元设备都有独立的控制室，配备多名现场操作人员(需要三班倒)，使人力成本高。对于上述问题，基于自动化、信息化、智能化手段，搭建厂区能源设备远程集中监控系统平台，整合厂区各单元设备进行远程集中监控，实现了网络化的安全生产模式，提高厂区单元设备监控及能源管理的效率和智能化水平。

1 集中智能监控系统方案

本集中监控系统包括：现场设备控制层、网络数据传输层、远程集中监控层、信息交互层等四层架构。系统架构具体如图1所示。

图1 集中监控系统总体架构

其中，现场设备控制层主要包括厂区原有的各能源设备的PLC/DCS系统，该内容该文不再详细表述。该文对于其余的三层架构方案进行具体说明。

1.1 网络数据传输层方案

网络数据传输层实现的功能包括以太网通讯接口、网络协议的转换、各区域数据接入交换机及光纤网络的设置。即将厂区各个域的各种单元机组设备通过其自身PLC/DCS系统的OPC等通讯接口，经过工业以太网光纤，将数据上传至集中监控中心进行监管。

1.2 远程集中监控层方案

远程集中监控层的集控室核心冗余交换机，将各区域接入交换机上传的数据进行汇聚，集控室采用C/S架构，设置一套集控系统冗余服务器和数据接口服务器，若干台客户端(其中包括1台工程师站)，集控系统冗余服务器及客户端实现所有现场能源设备的远程集中控制，数据接口服务器用于向信息交互层提供数据；同时设置一台视频(大屏)管理站，现场的设备视频信号进大屏显示，便于在远程控制时更为直观，提升控制可靠性。

1.3 信息交互层方案

1.3.1 工控网络安全方案

通过在各个区域局域网的出口部署工业防火墙，实现对从各个局域网到集中监控区域数据传输的细颗粒度控制，通过工业防火墙策略控制，仅允许指定的设备之间的数据传输，阻断非授权设备间的数据交互。

通过对集中监控区域的各个主机上部署工业主机防护软件，实现对网络边界入口的病毒、木马等恶意代码的防护，防止因集中监控区域主机感染病毒而引起高炉局域网设备的病毒感染。

1.3.2 企业能源管理系统

钢铁企业能源管理系统(EMS)的总目标是建立一个全局性的能源综合管控系统，构成覆盖基础自动化、过程监控及管理三个功能层次的计算机网络系统，并建立数据通讯网络，完成监测等应用。

钢铁EMS根据生产工艺要求，设置能源管理专业调度、生产管理专业调度，能源调度人员

借助EMS的操作站进行能源生产状态监控、能源系统平衡管理、能效管控及环保管理。

应用软件系统基本功能如表1所示。

表1 应用软件系统基本功能

1.3.3 设备视频监控系统

通过单元设备高清视频监控系统建设，在新建集中控制室实现各单元设备现场监控点的视频全覆盖及集中显示，方便集中控制室人员进行远程监控，保证气体系统无人值守后现场及设备安全。

1.3.3.1 系统整体设计

高清视频监控系统整体设计思路采用全IP网络架构、服务集中管理、存储集中部署方式组建系统。本次设计高清视频监控系统由大屏系统、存储服务器、网络交换设备、客户端、高清摄像机组成。系统结构图如图2所示。

图2 视频监控系统结构图

为了便于录像的管理，同时考虑存储设备稳定性和安全性，视频存储采用集中存储模式，存储容量按照1080P存储30天设计。在新建集中控制室设置1台客户端用于岗位对视频画面的实时监控和录像查询。

整个视频监控网络采用星型拓扑结构，新建集中控制室设置1台汇聚层交换机，在各区域分别设置1台接入层交换机。摄像机信号采用光纤收发器形式接入层交换机。

防爆区域采用200万像素防爆红外高清筒型摄像机，发电设备区域200万像素红外高清筒型摄像机。摄像机电源就近接引，采用RVV2×2.5穿钢管明敷设。

1.3.3.2 大屏显示系统

作为视频监控系统的核心设备，目前，市场上主流的是采用无缝显示的LED 显示屏系统，在信号处理上屏系统采用分布式架构，去中心无中心化系统，集中式控制，自主核心算法，可视化显控。低带宽、易使用、节能散热及多套网络联动；支持H.264/H.265解码，无需流媒体服务器，无需监控平台，单设备自成系统；组成一套完美调度显示大屏。

该项目大屏系统具备相关技术如下：

(1)7×24运行

LED单个灯功率很低，并采用不持续发光形式，黑色画面时LED灯工作电流为零，每个LED灯分布在整个屏幕表面，具备散热均匀和散热效率高等特点，真正实现7×24小时运行要求。

(2)符合国际标准的显示

目前主流信号源有我们包括Full HD、HD、超高清、高清、1080P、720P等名词，其实他们背后有一个相同的含义就是画面比例都是16∶9，那显示系统单屏的分辨率比例应该也是16∶9，这样给使用者很方便将主流信号源显示出来，并达到最重要的画面不变形、不失真，实现信号源到屏幕显示的点对应点显示。

(3)各种显示信号的接入能力

指挥中心是对各业务系统、流程进行接入显示系统并显示出来的一套系统应用，那显示系统必须具备多数量种类信号的显示能力，能够显示Windows、UNIX、SUN Solaris、Linux等主流操作系统的计算机图像信号，并能够显示PAL/NTSC/SECAM/1080p/1080i/720p等各种视频信号，且信号窗口显示实时。

(4)统一显示和功能分区域显示

整个显示系统可作为统一显示平台，也可根据需要划分为多个分区显示，各分区独立控制。各系统图像只在本系统的显示分区内进行任意显示，从而保证各系统之间工作的独立性。

(5)系统显示模式

实现整屏界面的显示、实现多信号的同时显示、实现中间大，两边小显示、实现多个监控信号的同步等分显示(适应屏幕大小)、实现多画面叠加显示等。

2 小结

通过某冶金钢铁企业单元设备集中监控系统的介绍，以及现场应用情况，实现了冶金钢铁企业全厂单元能源设备的远程集中监视和控制，实现了现场少人监控，降低了生产成本，提高了厂区能源设备智能监控、能源管理和安全管理的效率和智能化水平，降低企业运行安全风险，提高企业的经济效益。