以i-SCADA 为核心的实时、主动能源关键数据采集系统 一、关键词：1、PC-based PLC：含WinCE.net 操作系统、128M 内存、VGA 接口。2、i-SCADA 架构：包括iPush® server 和iPush® Embedded 两个软件系统：iPush® server：基于实时消息中间件(real-time Message-Oriented middleware)的数据交换平台。通过出版\订阅(Pub\Sub)模式将多点对多 点实时数据交换服务发挥到极致。 iPush® Embedded：嵌入式的iPush® server，嵌入在PC-based PLC上，由Remote Administrator、iPush® kennel、I/O Module framework三部分组成，自动采集连接上PC-based PLC 上的传感器、二次仪表的数据，使PC-based PLC 具备主动向外传递数据的能力。 二、关于能源数据采集系统 1、能源数据采集的意义 能源是关系国计民生的重要资源。对于大、中型过程生产型企业讲，对能源 的依赖，也被提到了一个至关重要的战略角度。为更好的调配资源、组织生产、 部门结算、成本核算，需要建立一套有效的自动化能源数据采集系统，对能源供 应的运行状况进行监测，以便企业实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控打 下坚实的数据基础，同时方便企业的计量和成本核算工作。 能源数据具有标准化、专业化、科学化、时效性强的特点，采集难度较高。 同时，考虑到能源数据对于企业决策的重要意义，以及能源本身具备危险性的特 点，需要对企业建立的能源数据采集系统提出更高的要求。因此，该系统必须具 备专业性强、实时性好、可进行远程数据交换、可用性强的特点。 2、有关能源数据 企业生产需要的能源主要有：电力、水、煤气、煤等能源，能源主要供给企 业生产、职工生活的需要。因此，能源数据实际上就是能源供给数据，而能源供 给数据主要有三种形态：能源供给状态数据、能源供给整点数据、能源供给累加 数据。每种数据都有各自的应用范围： 􀂾 能源供给状态数据用于能源供给情况的监测，要求采集频率高，传递速 度快，时效性强，大部分数据无须保存，只要满足状态历史回溯的需要 即可。该数据是实现故障分析、科学调度的基础； 􀂾 能源供给整点数据是为满足管理、计量用的数据，主要记录整点时能源 供给的状态值或累加值。具有采集频率低，时间精度要求高的特点，作 为管理、计量、结算的依据，必须保存； 􀂾 能源供给累加数据是一段时间内能源供给值的累加，主要是为决策、核 算提供数据依据，是企业领导决策、企业财务核算所关心的重要数据， 对维护企业的正常运营具有重要记忆意义，必须保存。 3、企业现状 各大、中型企业已经逐步认识到能源数据对于企业管理的重要性，开始采用 各种仪器、仪表对能源数据进行采集，并派专人对仪器、仪表和采集的数据进行 现场维护、抄取，并逐级统计、上报，建立数据库对数据进行管理。这样的缺点 是手工操作效率低，不能满足大范围数据采集需要。 也有部分认识比较高的企业开始建立以实时数据库为核心的自动数据采集 系统，实现了能源数据的自动采集、自动上报，降低了系统对人的依赖，提高了 数据的时效性和准确度，并开始建立软件系统对将采集到的数据用于计量和财务 结算。这种系统的架构如下图： 这种构架通过需求/回应（request / act）模式进行数据交换，主要由如下构 件组成： 下位机：由PC / IPC 组成，安装本地实时数据库，负责本地采集和通信； 上位机：实时数据库server，安装大型实时数据库，通过轮循下位机的实时 数据库，读取下位机采集到的数据，这是一种被动的数据交换模式。并进行周期 存储，满足历史查询和其它系统数据应用查询的需要； 应用端：主要包括关系型数据库，用于数据的管理和保存，通过周期性访问 实时数据库取得所需要的数据进行存储，满足辅助决策和计量、核算的查询、应 用需要；报警、监视应用程序，通过高频率查询实时数据库取得大量的状态数据， 进行展示和处理；WEB server 定时查询实时数据库，将数据进行WEB 发布， 或处理来自WEB 的查询命令。 这种构架主要通过提升实时数据库server 的处理效能来提升整体系统的效 率，对网络通信条件的要求较高，可以较好的满足企业对能源数据采集、应用的 需要，但存在以下不足之处： 1）、PC / IPC 必须部署在监测室，对环境有很高的要求，而且大量的计算 效能得不到有效利用； 2）、对网络通信条件有很高的要求。现在各企业基本建立了比较完善的企业 内部网络，来满足办公和生产的需要。为了保证网络的安全，各企业对网络通信 端口都有一定的限制。而通过实时数据库进行数据交换，对网络端口提出了较高 的要求，不利于企业的网络安全，特别是internet 应用环境下的网络安全； 3）、数据安全性难以保证。TCP/IP 网络环境下的数据安全需要特别处理， 加大了企业投资成本； 4）、轮循机制的弱点。上位机实时数据库通过轮循下位机实时数据库的方式 读取数据，使上位机和下位机的工作关联性很强，但如果下位节点或上位机出现 故障将影响整个体现的运转，若须解决这个问题需要更大的投入；异常信号不能 及时传出； 5）、实时数据库server 的压力大。所有的数据交换、request 处理都是通过 上位的实时数据server 进行，而且每个request 的处理都会占用server 的运算 资源，这样对硬件server 的性能提出了很高的要求。当采集点多、数据量大时 需要对实时数据库server 进行分布、丛集部署，而这种部署方式难度大、稳定 性、安全性难以保证，而且高性能硬件server 的成本高； 6）、应用拓展性能力差。随着应用、需求的不断延伸，企业数据的需求范围、 应用将不断延伸，现在可见的就包括：通过GPRS/CDMA 进行数据交换、手机 报警信号的接收、异构应用系统的数据需求等等，现有构架通过补丁方式来解决 遇到的问题，需要大量的二次投入，且使系统越来越复杂，越来越难维护，不能 满足企业需求的不断进步。 因此，企业需要建立一套新的、稳定的、先进的，同时是基于数据应用需求 的能源数据采集系统，通过网络将应用所需的数据实时传送到远程管理者、应用 者、决策者面前，并以各种方式展现出来，为各部门进行管理、应用、决策、核 算服务。并充分考虑系统的易用性和拓展性，满足企业眼前和将来的需求，伴随 企业共同发展。 三、能源关键数据采集应用系统 1、关于关键数据 企业信息化的结果就是大量的信息被数字化，能源供应数据也是一样。而往 往被用在管理、决策、核算的数据只占到所有数据中的很少一部分，可以说这些 数据是所有数据的精华，因此，这些数据被称做关键数据。能源供应数据中的数 据精华就是能源关键数据。而且关键数据具有差异性的特点，即不同的部门所关 心的关键数据是不同的，需要区别对待。 2、能源关键数据采集分发系统 能源关键数据采集应用系统是一套基于i-SCADA 的主动数据交换、分检服 务系统，提供主动数据分发服务，这样各应用程序得到的都是各自需要的关键数 据，可大幅度提高数据处理的效率。 上面提到过，能源数据包括：能源供给状态数据、能源供给整点数据、能源 供给累加数据三种数据，每种数据都有不同的应用范围。而能源供给状态数据是 所有数据的基础，其它两种数据是通过仪器、仪表或计算程序处理得到，是其它 应用系统需要的关键数据。因此，关键数据采集系统就是在采集能源供给状态数 据的同时，能将其它应用程序需要关键数据分检出来，主动发送到各应用程序， 满足其它部门的办公、处理需要，在监测的同时满足结算、决策的需要。 能源数据采集系统是一套基于出版\订阅(Pub\Sub)数据交换模式的硬件、软 件结合的应用系统。其系统架构如下图： 该系统由以下核心构件组成： 􀂾 PC-based PLC。是安装iPush® Embedded 和连接仪器、仪表的硬件平 台，可直接读取仪器、仪表的数字/模拟信号，或者通过485 口串连的 方式，将支持485 总线的仪器、仪表串连起来；提供VGA 接口，可直 接连接显示器，实现本地监测；提供232 接口，可连接GPRS/CDMA 模块，实现远程无线通信，采集远程数据；由于采用WinCE.net 操作系 统，使该硬件具备较强的运算能力，可分担部分中心端的计算需求； 􀂾 iPush® Embedded。用于保证和中心端iPush® Server 高连接性，而不 用考虑TCP/IP 网络的形态，可以通过internet、intranet、GPRS、CDMA、 Wireless lan 等各种方式保证和iPush® Server 之间的数据交换，而且 可以指定唯一通信端口和中