能源管理数据采集系统简介

能源管理数据采集系统简介
GCS-1是我公司控制系统家族的一员，主要面向中小型的控制和数据采集场合，可以实现过程控制、顺序控制、数据采集等实时任务。

该系统配置灵活、维护简便、符合开放性标准、性能价格比高，可广泛应用于小型化工，啤酒生产，污水处理、城市供水、交通、智能楼宇、食品加工、纺织机械、建筑材料生产等过程的数据采集及控制。

GCS-1控制系统控制器可适用于不同规模的控制对象，并具有良好的可扩展性，除串行通讯方式外还可采用以太网方式与上位机及远程通讯模块进行通讯。

人机界面可选用专用与通用监控软件，专用监控软件在组态软件包中已经包含。

在此项目中每个数据采集站配置1个或多个控制系统。

可编程控制系统逻辑图如下所示：
交换机
操作站
I/O 机架
I/O通讯电缆
局域网服务器
1.1SoftPLC系列可编程控制系统的特点
◆系统采用5X86 133MHz以上工业级芯片作为主CPU
的核心处理控制器具有具有运行可靠，处理能力强，
运行速度快，以及算法多样等特点。

◆控制系统的各种I/O卡件均依照国际标准IEC61000-5
的抗扰动标准进行设计与验证。

具有抗工业现场扰动
性能优异，对恶劣工业环境适应能力强，设备稳定性
好，不易损坏。

设备整体通过UL,UL(C),CE rated认证。

超过多种国际著名品牌控制系统I/O模件的抗扰动指
标。

◆信号处理采用24位高速AD转化芯片作为核心，具有
16位的信号精度。

超过国际大多数控制系统只能到14位精度的运算水平。

◆制系统I/O远程网络部分采用2.5M 高速ARCNet协
议方式。

其是现在工控网络中链路技术上最可靠的总线系统。

在控制数据阐述性能上Profitbus-DP的实际性能(实际子站通讯速度为1.5M)。

◆系统在数据处理上采用CDM专利的并行总线方式，
其具有传输速度快、传输容量大、传输带宽稳定、数据可靠性高、数据容错能力强等特点。

是各种高级控制系统普遍选择的数据处理方式。

◆系统软件采用标准HMI软件系统，具有强大的界面显
示与操作能力，可以设计制作复杂的管理报表系统，具有强大的数据记录与数据压缩储存，数据管理能力，能制作出各种工艺曲线与趋势，如时间趋势、工艺趋势、比较趋势，以及事故报警记录、操作记录、事故处理记录表等。

并且这些数据均可以分段导出，在以mirosoft EXECL或ACCESS为基础的简单数据库技术上进行完全独立的查看与修改。

◆系统操作软件不仅仅支持现场的操作与监视，还具有
强大的数据计算与编程能力。

可以在操作员站的基础上实现一些管理数据的计算，为进一步加强工艺操作
优化，预先发现生产中的问题，及时处理故障，以及
在节能降耗方面均具有联好的效果。

◆系统在监控网络方面采用以太网方式，方便接入。

并
且以太网协议是世界上最开放的网络协议方式，非常
方便在控制系统的基础上构建生产信息管理网络。

1.2SoftPLC系列可编程控制系统常用模件说明
可编程控制系统采用冗余CPU作为数据采集与监控的核心。

采用双以太网方式通讯构成系统监控网络的双重冗余结构。

I/O部分采用机架电源冗余、I/O卡件不冗余配置。

系统机架部分与主CPU之间采高速冗余数据总线进行连接。

可编程控制系统不但可采用分散结构实现现场信号接入与控制的需要，另外还可以采用主控制与就地控制相互协调的方式实现控制方案提高系统的可靠性。

系统的结构如图1所示：系统冗余结构如图2所示，主CPU性能指标如下：
电源模
备份模状态模以太模以太模电源模备份模状态模以太模以太模C P U
C P U
I/O 机架
电源模块C
P
U
备
份
模
块
状
态
模
块
以
太
模
块
以
太
模
块
PW10C SPLC-1K/HS BACK10 ROSP10 ELNK10 ELNK10
电
源
模
块
C
P
U
备
份
模
块
状
态
模
块
以
太
模
块
以
太
模
块
冗余备份电缆
工业交换机
工业交换机
A 通讯网络
B 通讯网络
PW10C SPLC-1K/HS BACK10 ROSP10 ELNK10 ELNK10
柜内安装控制系统模件、扫描电源、交换机等设备，柜门可安装通风扇，使柜内达到微正压，减少柜内的灰尘侵入。

配置系统控制柜以配线柜，方便安装与检修。

配线柜与系统I/O信号的连接线采用φ1.5规格信号电缆，仪表信号线采用φ2.5规格信号电缆。

系统柜最多可安装冗余主CPU机架，以及5个I/O机架，I/O机架可安装8块I/O模件，一个控制柜至少可配置160点输入输出信号，多可配置640点信号点。

系统模件由机架上的冗余电源供电，此电源采用9A前后级隔离高抗扰动直流电源。

I/O扫描电源与系统工作电源独立，采用德国MURR生产的MCS 850XX系列冗余电源。

最大提高系统供电的可靠性。

I/O扫描供电采用智能溢流保护设备，保障某个区域现场设备出现问题，造成短路等情况均不会影响系统整体的正常运行。

系统I/O模件部分，考虑到系统分散原则与维护的方便性，模拟量输入模件为8点，模拟量输出模件为4点，开关量输入模件为16点，开关量输出模件为16点，脉冲输入模件为三项3点。

I/O模件的规格表如下：
1.3控制柜尺寸结构
系统控制柜采用自产的标准控制柜，颜色为驼色。

其规格如下：
内容指标规格编号OS-202
防护等级IP43
宽度800mm
深度600mm
柜体高度2100mm
地脚高度100mm
开门方式前后开门
承重方式钢架自承重
机柜安装尺寸如图所示：
RTU现场控制柜采用德国RITTAL生产的不锈钢防腐型防爆柜。

其规格如下：
1.4操作站与工程师站构成与功能
操作员站与工程师站均选用DELL PowerEdge SC430服务器构架计算机，显示器配置DELL M993 19”液晶显示器。

此机型为满足工业环境需求并为用户提供高性价比而定制的产品，其以效用性、易于创建性及多功能性为设计特点。

其配置如下：
CPU Inter PIV 2.8GHz/1MB 800MHz前端总线
内存512MB ECC 双通道DDR2 533MHz 1R SDRAM
硬盘80G 7200RPM SATA
光驱48X MAX EIDE CD-ROM Drive
软驱―――――――
显卡64M独立现存Inter集成显卡
声卡独立AC97 声卡
网卡独立D-LINK 10/100M 自适应
键盘DELL USB接口104键标准键盘
鼠标DELL USB接口两键滚轮光电鼠标
接口USB2.0×4/D9串口×1/并行打印口×1
机箱塔式44.5Cm高×16.76Cm宽×
45.7Cm深
操作系统预装Microsoft Windows 2000 操作系统
屏幕类
型
活动矩阵TFT液晶
VIS 对角线19英寸
定位象
素
0.294mm
相应时
间
20mS
可视角
度
+/- 85°竖直+/- 85°水平
亮度250 cd/m2
对比度800:1
面板材
料
Anti-glare with hard-coating 3H 背亮 4 CCFL type
水平扫
描
30 kHz ~ 81 kHz (自动)
竖直扫
描
56 Hz ~ 76 Hz (自动)
分辨率1280 x 1024 @ 75 Hz
系统服务器均选用DELL PowerEdge PE1900服务器构架计算机，显示器配置DELL M993 19”液晶显示器。

此机型为满足工业环境需求并为用户提供高性价比而定制的产品，其以效用性、易于创建性及多功能性为设计特点。

其配置如下：
CPU Inter 至强 1.0GHz/2MB EM64T
800MHz前端总线
内存1GB ECC 双通道DDR2 400MHz
1R SDRAM
硬盘73G Ultra320 (10K RPM, 80-pin)
SCSI Hard Drive
光驱16X MAX EIDE DVD-ROM Drive
软驱 1.44MB 软驱
显卡64M独立现存Inter集成显卡
声卡独立AC97 声卡
网卡独立D-LINK 10/100M 自适应
键盘DELL USB接口104键标准键盘
鼠标DELL USB接口两键滚轮光电鼠
标
接口USB2.0×4/D9串口×1/并行打印
口×1
机箱塔式45.0Cm高×32.9Cm宽×
57.41Cm深
操作系统预装Microsoft Windows 2000 操作系统
屏幕类
型
活动矩阵TFT液晶
VIS 对角线19英寸
定位象
素
0.294mm
相应时
间
20mS
可视角
度
+/- 85°竖直+/- 85°水平
亮度250 cd/m2
对比度800:1
面板材
料
Anti-glare with hard-coating 3H 背亮 4 CCFL type
水平扫
描
30 kHz ~ 81 kHz (自动)
竖直扫
描
56 Hz ~ 76 Hz (自动)
操作站配置运行版监控软件用于控制数据的监视，以及操作。

工程师站配置组态版监控软件，以及控制系统组态软件。

作为工程师站，其不但具有对监控界面的修改，对控制系统算法的修改等组态功能，在平时亦可作为普通的操作站使用，使用非常方便。

作为工程师站，其在对监控界面组态时无需退出监控画面，即使退出组态画面进行调整也可以不退出监控后台数据处理组件的运行，这样能够很好的保障即使在修改的同时也不影响到趋势、报表等功能的连续运行，可提高系统在监控数据处理上的完整性。

界面组态完成后，也不需要将组态拷贝到磁盘上再在操作站计算机上输入。

系统软件具有自动传输、自动更新、组态提取、组态备份等功能，通过网络完成操作。

在使用时可根据具体的的情况选择自动更新，及在工程师站在修改的同时，操作站也实时的更新内容，达到同步的效果；如果修改的内容很多，也可以使用自动传输功能，在全部更改完成并检验无错误后，工程师使用此功能更新操作站的信息。

如果在更改中发现组态出现错误想恢复到过去的组态重新开始，若采用的不是自动更新方式，可使用组态提取功能，从操作站上把正确的组态提取到工程师站上再重新开始；若觉得组态修改可能会造成原数据的修改不能恢
复，还可以使用组态备份功能，在几个或多个计算机任何盘幅下备份数据，数据包可加密防止被盗窃。

控制系统组态软件与系统监控软件可同时使用，相互之间无干扰。

系统组态软件支持在线修改、联机修改、在线下载、分段下载等功能。

并支持数据查询，数据牵制置值、数据寄存定义、数据格式定义等数据操作功能。

软件编程全部采用符合IEC61131-5标准图形编程方式，逻辑情绪，学习使用方便，支持数百种控制及运算函数，方便控制算法的实现。

另外系统软件不但支持联机的调试与逐步控制程序检查与调试功能，还支持脱机仿真逻辑分析与运算结果分析功能，对于工程师使用可提供很大的方便性。

配置如下：
工程师移动计算机便携式笔记电脑，考虑到使用的方便性和坚固耐用，并满足各种系统软件的安装使用，以及工程师办公的需要。

选用迅驰技术的高标准IBM笔记本电脑。

其
具有稳定可靠，电池使用时间长，坚固耐用，运行速度高等特点，非常适合作为工程移动工作站使用。

特点如下：
1. 凭借随取即用的集成安全解决方案，提供最安全的笔记
本电脑解决方案。

2. ThinkPad T 系列笔记本电脑配有英特尔® Core 2
Duo T5600处理器。

SXGA+ TFT 显示器显卡选择，
非常适用于观看演示文稿和苛刻的应用程序。

3. 使用集成ThinkPad 11a/b/g10 Wi-Fi® 无线技术，具
有可轻松进行高性能无线联网，体验无线联网技术带来
的自由。

4. 支持IEEE 802.11a、802.11b 及802.11g 无线技术
的结合设计，可帮助最大程度地提高范围和性能，从而
改进全球范围的无线LAN 连接性。

5. 专为连接而优化的ThinkPad 笔记本电脑具有五种内
置的通信功能：Wi-Fi 无线10、Bluetooth® 技术、
以太网、56K3调制解调器及红外端口。

所有机型上均
标配了RJ-45 和RJ-11 端口。

具有高速千兆以太网
卡，从而有助于快速传输信息及提高生产效率。

6. ThinkPad T60笔记本电脑的数据保护与可靠性有助于
保护数据。

APS 硬盘保护技术可帮助防止硬盘驱动器
受到撞击。

ThinkPad 硬盘减震器提供了撞击保护，可
防止硬盘在笔记本电脑正在使用时将其放置在坚硬表
面上而可能造成的撞击。

7. 应急与恢复系统(R&R) 软件提供了一键式恢复解决
方案，它可使您恢复先前保存的系统映像，包括数据、应用程序和操作系统。

自恢复工具来帮助用户诊断，获得帮助。

型号IBM ThinkPadT60 2007FT1
CPU Core 2 Duo T5600
屏幕
活动矩阵TFT液晶
类型
VIS 对角线14.1英寸
内存512M PC2-4200 533MHz DDR2
SDRAM
硬盘120GB 5400RPM ATA-100
(Enhanced IDE)
光驱Combo
软驱―――――
显卡ATI Mobility Radeon X1300
分辨
2048x1536 16777216 colors
率
声卡SoundMAX
网卡Intel PRO 集成千兆以太网卡
无线Intel PRO/Wireless 2200BG
1.5平均无故障时间及平均故障维修时间
1.5.1平均无故障时间（MTBF ）
GCS-1的平均无故障时间MTBF 为：15万小时。

MTBF （Mean Time Between Failure ）是指各次故障间隔ti 的平均值，即各段连续工作时间的平均值。

可用下式表示：
)(1h n t MTBF n i i
∑== i=1,2,3…n
MTBF 是一个通过多次采样检测，长期统计后求出的平均值。

1.5.2平均故障维修时间（MTTR ）
GCS-1 的平均故障维修时间MTTR<3分钟。

MTTR （Mean Time To Repair ）是指设备或系统经过维修，恢复功能并投入正常运行所需要的平均时间。

用公式表示为：
)(1h n t MTBF n i i
∑=∆= i=1,2,3…n
1.6系统环境能力
1.6.1概述
系统要求的环境条件：
工作温度：0～50℃
存放温度：-40～70℃
相对湿度：5%～95%
高度：海拔<2000m
1.6.2热负荷
每个控制站最大放热400W ，每个操作站最大放热500W ，建议工作条件：15～30℃，相对湿度50%～70%，
强制通风，45升/秒。

1.6.3室内照明
控制系统操作室与常规控制室和仪表盘有所不一样。

因为日光灯很少有辐射热，一般推荐使用日光灯。

如果在操作室的操作区的亮度较其他区域暗，那么显示屏和LED信号指令灯能容易看见。

桌面一般有269～538勒克司的照度足够了，而操作室其它区域要求更高的照明级别。

设备维修区或办公区需要1345勒克司的总照度量。

要避免操作区上方刺眼的灯光。

因为CRT控制屏表面会反射灯光引起操作工疲劳。

1.6.4抗干扰性能
隔离电压：现场侧——1000Vp-p
通道间：500Vp-p
共模抑制比：120db
1.6.5系统供电
1.6.5.1UPS系统的规格
1. 输入电源为220VAC 50HZ；
2. 输出电源为220VAC 50HZ；
3. 工作时间为120分钟；
4. 具有自诊断及报警、工作状态显示；
1.6.5.2概述
电源为控制系统模件供电而专门设计，可冗余配置，性能指标如下：
·纹波系数：≤1％
·负载率：0～100％
·效率：88％（最大值）
70％（典型值）
·工作温度：-20℃～50℃
·输入电压：85～264VAc
·输入频率：47～400Hz
·浪涌电流：冷启动最大15A
·过流保护：短路保护
·绝缘耐压：输入/输出之间1000V，持续60s
1.7射频干扰RFI
因为安装调试设备时大多会使用手持无线电设备和其它双向通讯设备，所以使用小于5瓦的双向通讯设备或使用室外天线的基地站。

有输出额定功率高达5瓦的发射器时，在操作期间应保持离控制系统3M以上。

一般地，把发送设备尽量放在离操作室和I/O设备较远的地方。

脉动电压和闪电，甚至当已经使用接地技术时，由于主负荷变化及闪电引起的高压电也会在所有线上感应。

因此建议在较强的电磁和RFI干扰的环境中，毫伏mv和电阻信号输入线使用带屏蔽的电缆，而且在控制站机柜内和操作站的电源输入端加装一个50～400Hz的电力线滤波器。

1.8接地要求
本公司给出系统的接地要求如下：
WebField GCS-1控制系统的接地，要求设置成独立的接地系统。

图3-1为控制控制系统的接地线路，这个线路中，设备外壳、电源线屏蔽层、电源变压器一次屏蔽绕组都接保护地线；变压器二次屏蔽绕组接到屏蔽地线；屏蔽地和系统地在机柜内固定连接，从机柜内的专用接地端子上引出。

系统地的接地电阻必须＜4Ω。

控制系统的机柜设计允许电缆从底柜引入，电缆穿线管或电缆槽可设在I/O机柜下，机柜底部允许多根电缆引入。

绝缘屏蔽层信号
电缆图WebField GCS-1控制系统的接地图
接地体一般为3～4根2.2～1.2m长的45×45×5角钢，以1～2m间距打入地面2～3m深，然后用扁钢连成三角形或矩形。

在气候干燥的地方埋接地体时，可在坑内撒些盐，以增加接地极的导电性。

1.9系统接线
本公司负责从机柜内I/O端子后的所有接线工作并提供所需要的材料。

用户接线从I/O端子现场侧开始。