SEK-6460端设备助力水泥厂完成重点用能在线监测建设


      国家发改委、国家质检总局共同印发《重点用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》(发改环资〔2017〕1711号)、《关于加快推进重点用能单位能耗在线监测系统建设的通知》(发改办环资〔2019〕424号),要求各地方加快建设重点用能单位能耗在线监测系统,严格按照相关技术标准规范和进度要求推进接入端系统建设,确保2020年底前,完成各地区全部重点用能单位的接入端系统建设,并实现数据每日上传。

      2017年9月由国家节能中心在赣州组织召开了全国省市地区的重点用能单位监测贯彻指导会议围绕十三五规划纲要,要求加快落实重点用能单位能耗在线监测系统,健全能源计量体系。

      2018年5月在杭州和重庆召开了《重点用能单位能耗在线监测系统标准规范》宣贯会,由专家组成员从系统建设方案介绍、关键技术讲解和系统验收等方面对参会各地职能部门和能源服务建设商做了全面培训。

SEK-6460端设备助力水泥厂完成重点用能在线监测建设

图1:《重点单位能耗在线监测系统标准规范系列》

规范明确指出年综合能耗超过5000吨标准煤以上的企业必须参与重点用能在线监测,规范里也分别就钢铁、电力、水泥、石化、医药等行业的数据接入分别做了详细介绍,作为各行业的接入参考指南。

1. 系统描述

      水泥的生产工艺主要是两磨一烧,即经过原料的采掘、破碎、磨细和混均制成生料后经过1450℃的高温烧成熟料。熟料经过破碎,与石膏或者其他混合材料一起磨细成为水泥。由于生料制备有干湿之别,所以将生产方法分为湿法、半干法或半湿法、干法3种;主要采用回转窑炉系统。

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图2:水泥生产流程图

1.1.  系统架构

      水泥生产作为流程工业,DCS服务器通过PLC控制各个环节的关键设备,进行自动化控制喂料出料来提高生产效率。大型用能设备的能耗数据已经接入DCS系统,而能耗监测系统需要取得其中能耗数据并通过因特网将数据上传到上级平台。在数据接入和上传的过程中,DCS作为本地实时控制系统需要保证和外部公网的绝对安全隔离,传统的PC机难以保证在一侧接入公网而另一侧不受到公网病毒的攻击。为了保证生产控制网络的安全性,能耗监测端设备需要实现生产网数据到公网数据的单向隔离传输,确保任何情况下公网侧的数据都不能流向生产网。SEK-6460端设备采用“2+1”的物理结构来确保能够满足上述安全需求。

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图3:系统网络架构图

      本水泥厂有2套DCS系统分别控制生料和熟料系统的投喂和出料,另外还12个分散的配电间。结合实地考察和物理位置,在全厂铺设了光纤环网,中控室作为主节点,使用环网确保网络单点故障所有节点到主节点仍然能够正常通讯。端设备部署在中控室,分散节点数据通过环网汇聚到主节点的端设备内网主机,能耗数据由内网主机单向隔离摆渡至外网主机,通过能耗在线监测管理软件经外网上报到上级平台。

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图4:水泥厂网络图谱图

1.2内网实时数据采集

SEK-6460内网主板操作系统可搭载OPC客户端软件和内网版数据采集软件,可以实现局域网内所有DCS和串行仪表的数据采集。

(1)   DCS服务器数据:局域网DCS服务器已经对现场的各种设备进行数据集成,DCS服务器只要有OPC接口或者Modbus TCP通讯接口就可以实现到端设备的数据采集。

(2)   电量数据:工业现场普遍采用RS485通道以Modbus、DLT645等协议对现场各种单相/三相多功能电表数据采集。可以根据需求读取电流、电压、功率,以及谐波等数据。

(3)   水表信息:现场通过RS485,Mbus等通道以CJ188等协议采集现场流速及累计用水量等信息。

(4)   气表信息:现场通过RS485,Mbus等通道以CJ188等协议采集现场各种气表压力、流速及其他累计量等信息。

1.3硬件隔离环节

端设备采用专用的ASIC芯片和DTP隔离硬件,同时有专门的独立控制电路和读写保护电路,切断网络之间的通用协议连接;将数据包进行分解或重组为静态数据;对静态数据进行安全审查,包括网络协议检查和代码扫描等;确认后的安全数据流入内部单元;内部用户通过严格的身份认证机制获取所需数据。

当用户的网络需要保证高强度的安全,同时又与其它不信任网络进行信息交换的情况下,如果采用物理隔离卡,信息交换的需求将无法满足;如果采用防火墙,则无法防止内部信息泄漏和外部病毒、黑客程序的渗入,安全性无法保证。在这种情况下,SEK-6460端设备能够同时满足这两个要求,又避免了物理隔离卡和防火墙的不足之处,是最好的选择。

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5:SEK-6460硬件隔离原理


1.4外网能耗数据上传环节

     外网主机收到内网主机的数据后,通过能耗在线监测管理软件按照系统规范接口协议和上级平台实现数据对接,同时在本地实现轻量化的能源管理功能。

1.  SEK-6460能耗在线监测端设备介绍

      SEK-6460是根据国家节能中心发布的《重点用能单位能耗在线监测系统技术规范》中的端设备技术规范要求设计的一款专用物理隔离网闸产品,该产品采用独立双主机“2+1”架构设计,内、外部主机和安全隔离数据交互单元构成。安全隔离数据交互单元是两个网络之间唯一的可信物理信道。SEK-6460具备能源相关数据在线采集、处理、验证、存储、上传、网络隔离和远程维护等功能。

SEK-6460端设备助力水泥厂完成重点用能在线监测建设

图6:SEK-6460产品图

2.1稳定可靠的系统设计

SEK-6460产品在硬件结构上采用了智能化变电站领域通讯管理机的专用平台,硬件配置方面通过冗余电源输入、低功耗无风扇处理器、模块化设计等技术,进一步强化整机系统的可靠稳定运行能力。

冗余电源输入

配备冗余可在线插拔的电源供电模块,支持交直流110/220V输入,宽电压范围达85~370V,完全可以过滤来自电网的电压波动对主机系统的运行干扰。在单电源掉电情况系统自动告警并保持继续稳定运行。更换故障电源模块时无需系统停机断电,有效保障设备的稳定可靠运行。

低功耗无风扇

中央运算处理器采用超低功耗、无风扇被动散热模式的处理器,搭配无旋转组件的固态硬盘,最大程度避免因风扇、硬盘马达等旋转部件因机械故障及灰尘积累等原因导致系统宕机事件发生。

高电磁兼容标准

系统主机的外漏千兆以太网口、通讯串口、电源输入模块等都采用了电源和信号隔离措施,确保设备供电来源及通讯总线不被通讯谐波、浪涌、静电、电快速瞬变脉冲群干扰破坏。

3.2丰富的软件功能

      SEK-6460能耗在线监测端设备除提供接入多种通信协议和上级能耗监测平台对接外,还具有断点续传、实时对时、多数据平台发送、域名解析、数据解析和处理、中转服务接入功能,同时还具备对智慧能源网关远程管理、数据维护、参数配置、在线数据监视、被监测设备在线状态等功能。通过可视化的配置管理工具实现轻松配置。

SEK-6460端设备助力水泥厂完成重点用能在线监测建设

7 : iSEKTool配置管理软件

4.小结

通过本水泥厂的能耗监测实施项目我们总结以下建设经验供参考:

综合布线形式:有线优先、就近入网、节点汇聚。针对设备接入分散,可以考虑使用无线方式将数据汇聚到中控室,但是工厂各种高大复杂的金属设备造成严重干扰使得无线传输变得极为不可靠。能耗监测作为一项长期运行的项目,数据的长期稳定才是最终实现节能减排的基本保障。所以必须坚持有线优先的原则。

信息安全防护:生产网络与办公网络/Internet一定要做安全隔离防护。生产网络作为实时控制网络,只有通过单向隔离设备才能实现与公网的安全隔离,有效杜绝类似各种震网病毒的情况。

数据信息共享:有数据采集系统如DCS、SCADA、配电系统等优先利用。在系统设计过程中优先使用厂区现有生产、电力数据系统共享数据,减少重复建设。

智能化替代:原有旧式计量器具(不具备通讯接口)一定要一次性更换/改造。数据的准确性依赖于计量器具/传感器提供的,要从源头保证数据的精确,实现自动化采集,尽可能减少人工干预操作。