RTU在天钢能源管理系统中的应用

王铮 汪天钢 （天津钢铁集团有限公司，天津 300301)

RTU在天钢能源管理系统中的应用

王铮 汪天钢 （天津钢铁集团有限公司，天津 300301)

总结了天钢能源管理系统的底层数据采集方式、网络结构以及具体的数据采集实施办法，阐述了RTU的通讯特性和天钢能源系统程序功能。能源管理系统利用RTU设备实现从现场能源计量仪表中采集数据，采用分布式的系统架构上传数据，实现了能源系统的设计要求。

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1 引言

能源消耗占冶金企业产品成本的比重很大。近年来，由于能源的消耗成本在逐年提升，降低成本成为企业参与市场竞争的迫切要求，建设公司级能源管理系统成为现代化大型冶金企业提高管理水平的需要。天钢目前基础能源介质的计量及能源管理尚处于原始阶段，以人工抄表、电话报送、手工处理为主，现有的能源计量和管理手段已经无法满足需要。因此，天钢适时提出了建立“能源管理系统”，以满足生产需求，为管理部门提供及时准确的能源计量数据和可靠的调度手段。

因为能源计量点分散在公司的各个角落，能源数据采集的特点是点多面广，实施难度较大。选择一种高效、可靠的底层数据采集设备成为了建设公司级能源管理系统成功的关键。根据目前工业自动化领域发展趋势，采用RTU设备是实现远程数据采集的一种比较理想的解决方案。

2 系统总体架构

2.1 底层数据采集方式

RTU（remote terminal unit)设备名为远程终端单元，是适合应用于远距离、分散范围广的数据采集系统。利用其强大的通讯功能，可以实现将分布于工业现场或远程的底层数据采集并上传的目的，这类应用在现实生产中较为广泛。钢铁企业大多面积较大，各工序之间较为分散，有关能源计量的仪表分散于各个车间，要把这些能源计量仪表的实时数据采集上来，在能源中心动态地显示，是一项极其复杂的工程。

结合钢铁企业能源计量的特点，分析国内同行业其它企业类似系统的经验，天钢能源管理系统采用了RTU设备进行底层数据采集，选用的RTU型号为美国ICLinks公司生产的EtherLogic Integra系列RTU。ICLinks公司的该型号RTU具备很强的信号采集和通讯功能。由于现场能源计量仪表型号众多，且比较落后，大部分仪表与外界的信号交互只有传统的4～20 mA电流输出信号，不具备通讯功能。在不对仪表进行更换的前提下就只能利用RTU的通用输入通道来对这些4～20 mA电流信号进行逐个采集。这种方式相比采用通讯的方式会增加施工量，但可以节省更换仪表的费用，各有利弊。

Etherlogic Integra系列RTU的数据采集方式大致有以下几种：

（1) 6个通用输入点（传感器、开关量、模拟量);

（2) 3个模拟量输出点;

（3) 16个开关量输入点（2个通道支持脉冲输入);

（4) 8个开关量输出点（继电器输出)。

建立天钢能源管理系统时需综合考虑上述两种情况，结合现场条件，兼顾两种模式的优点。在具备施工条件的情况下，大多数仪表采用第一种方式，即保留原仪表，利用RTU的通用输入通道采集4～20 mA电流信号，如图1所示。在现场条件确实比较差的环境，考虑将仪表更换为具备标准Modbus通讯协议的智能二次仪表，再与RTU的RS485通讯接口进行通讯，如图2所示。

图1 RTU模拟信号数据采集方式

图2 RTU RS485通讯方式

2.2 分布式网络架构

根据天钢实际地理分布，在厂区不同区域分别设计了20台RTU，每台设备利用通用输入通道，负责将周边范围内全部能源计量仪表的4～20 mA电流输出信号集中，部分智能仪表利用RS485端口与其通讯，获取智能仪表中的流量、压力等数据。

每台RTU将集中采集的各种数据经过处理器处理后，各RTU以分厂为单位，利用RJ45网络端口及网络设备，通过光纤汇聚到各分厂的汇聚交换机，在交换机以上架设一台硬件防火墙，以保证各厂之间设备的信号隔离，不会互相影响。然后再将这些分厂的数据通过光纤传送至网络中心的核心交换机上。同时连接在核心交换机上的还有数据服务器及应用服务器，来对整套系统的数据进行再处理、分析、存储及应用。采用这种分布式的网络架构可以更清晰地划分出整个系统的层次，方便系统投运后的维护。系统架构如图3所示。

图3 系统架构图

3 具体实施

3.1 现场仪表数据采集

天钢能源计量仪表按照区域就近原则，将4～20 mA流量输出信号用信号电缆接入RTU的通用输入通道，实现流量的信号采集。在RTU内部对该电流信号进行量程设置，便可方便地计算出实时瞬时流量。

某些时候能源计量中心还希望能同时监控整个管网的压力值，在将仪表接入RTU时，同时还把某些测点的压力信号接进了RTU通用输入通道。具体做法为：加装一个信号配电器，将原来仪表与压力变送器之间的两线制接线方式改为4线制接线方式，在配电器的输出端接有源4～20 mA电流信号到RTU的通用输入通道，再匹配相应的压力量程，即可得到实时压力值。

由于EtherLogic Integra RTU上集成的通用输入通道只有6个，要想更多地采集模拟量输入信号，就必须连接I/O扩展模块，型号为ICLinks公司生产的Microblock型I/O模块。其具备16路模拟量输入通道，可以采集电流、电压等模拟量信号。EtherLogic Integra RTU理论上通过RS485端口可连接256个扩展设备。通过增加扩展I/O模块可以提高RTU采集信号量的数量，增强单个RTU的信号采集效率。

对于采用RS485总线方式与智能仪表进行通讯的情况，也是遵循区域就近的原则，把一定范围内的智能仪表通过RS485总线连接到本区域的RTU上RTU再通过光纤上传至服务器。

国内有些钢铁企业建设类似系统，时采用了将全部仪表都更换为具有通讯功能的智能仪表，然后用RS485总线的形式逐一将这些智能仪表连接起来，直接连接到计量中心。虽然RS485可以支持的通讯距离很长，能够满足通讯需要，但将全公司的仪表全部串成一条线，施工难度大，一旦某段线路中断即造成大面积的仪表通讯中断，系统风险很大。天钢采用先小区域汇聚，再全公司集中的方式，避免了长距离施工，同时也将系统的风险降到了很小的范围内，便于系统的维护和故障分析处理。

3.2 RTU选型及特性

天钢能源管理系统选用的是EtherLogic Integra系列RTU，它是一个一体化可编程序控制器，其功能类似于PLC;它是一个先进的远程终端单元，具备数据采集、编程控制、通信、报警、数据存储和检索、数据记录等功能。它与PLC的明显区别在于可降低配置和编程时间、降低成本。最大的优势就是其简便小巧，且具备方便、多样的通讯功能，利用集成在一台RTU上的多种通讯接口可以实现多样通讯方式的选择，即选用RTU进行数据采集，其通讯方式会变得非常灵活，这一点对于复杂的工程项目来说非常有帮助。

3.3 RTU通讯方式

3.3.1 网络

EtherLogic Integra RTU安装了以太网端口，支持标准的以太网协议，支持通过以太网传输文件、电子邮件、Web服务、终端接入以及标准的工业以太网协议（如Modbus TCP/IP)。它的以太网通讯功能兼容了目前最新的无线以太网调制解调器，包括802.11类型设备、GSM、GPRS和CDMA蜂窝系统。

3.3.2 串口通讯

EtherLogic Integra RTU上有1个两线制RS485串口通讯口，通过这个RS485串口，可以扩展RTU的远程I/O点，连接仪表、PLC等。

除了RS485接口以外，EtherLogic Integra RTU还有2个RS232接口，1个内置RS485接口用来使用56 KB调制解调器、GPRS、CDMA蜂窝调制解调器或者900 MHz/2.4 GHz电台。当配置了电话调制解调器时，EtherLogic Integra RTU还支持挂断声音报警、拨号声音报警等。

天钢能源管理系统应用了EtherLogic Integra RTU的以太网端口向服务器上传数据，RS485端口进行与智能仪表的通讯以及连接扩展I/O模块。能够提供多种通讯接口是天钢能源管理系统选择其的重要前提，这也是其他类似远程设备所无法具备的优势。

3.4 RTU功能程序

使用RTU构建数据采集系统必须对其进行软件开发，一般包括硬件配置和程序开发。天钢能源管理系统选用的是ICLinks公司的RTU，所以其中硬件配置使用的工具软件是厂家提供的ScadaBuilder软件，而程序开发使用的是ISAGRAF编程软件。

ScadaBuilder可以用来对RTU进行配置以及监控，是ICLinks公司自己开发的RTU配套软件。ISAGRAF编程软件是一种标准的基于IEC-1613-3的编程工具，提供了多种编程语言，如：功能块、流程图、梯形图、结构文本等，可供程序开发人员灵活选择。

天钢能源管理系统RTU的软件功能程序主要包括：时钟同步、断网数据保存、上电初始化、量程转换、数据累积量计算等。

4 结束语

天钢能源管理系统的实施对改进能源系统的运行管理水平，完善能源生产和使用的评价体制，提高劳动生产率，减少能源消耗，增加能源回收，改善环境质量，以及提高公司的市场竞争力具有重要意义。

天钢能源管理系统中利用RTU设备进行数据采集，实现了系统的功能需求。实践证明，这种设备强大的通讯功能、稳定运行的处理器、小巧的设计、灵活多样的程序开发功能等特性，决定了它在类似的数据采集系统中同样具有着其独有的先天优势，在其他系统中的应用也会越来越多。

我们应看到其应用还存在着一定的适用性。它非常适用于远程、分散的数据采集，但当从PLC系统中集中采集大量数据时，采用直接与PLC通讯的方式则更为经济。在构建类似数据采集系统时应综合考虑实际情况，选择合适的方案来实现数据的采集。

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[5]许俊伟，李为田，张焱.RTU在远程监控液量自动系统中的应用[J].自动化仪表，2009，30（10)：64-65.

Application of RTU to TISCO Energy Management System

Wang Zheng,Wang Tiangang

The paper summarizes the basic data collection mode,network structure and actual data collection method for TISCO energy management system and expounds RTU communication characteristics and program functions.TISCO energy management system utilized RTU equipment to collect data from field energy metering instrument,uploaded data through distributed system architecture and hence,met the design requirement of energy system.

RTU,energy system,data collection,communication

（收稿 2011－07－13 责编 崔建华)

王铮，男，本科，2005年至今在天津钢铁集团有限公司自动化部计量科工作。