1 引言
随着我国入世步伐的深入，钢铁行业的优惠政策逐步消除，我国的钢铁工业将面临严峻的挑战，竞争更加激烈。钢铁企业占地面积一般比较大，面积小的有几平方公里、面积大的有数十平方公里，这使得企业的生产信息难以及时集中，管理决策反馈缓慢，生产管理过于倾向于以车间为单位。在水、电、气、油等介质的生产、使用、管理上往往是从局部出发，或依靠经验，没有一个科学的全局的方法，造成企业的能耗高，浪费严重。因而钢铁公司不仅要改进技术，开发、抢占新市场以便在竞争中取得优势，而且要不断提高企业的信息化建设。人类社会进入信息社会以来，信息已经成为一项重要的生产力要素在企业的生存和发展中发挥着越来越大的作用。企业的信息化水平已经成为衡量企业科技水平和综合力量的重要标志。
八十年代兴起的现场总线技术和九十年代兴起的工业以太网技术，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系，使自控系统与设备加入工厂信息网络，使企业的信息沟通的范围一起延伸到生产现场。基于现场总线技术和工业以太网技术在钢铁企业建立覆盖全企业的综合自动化计量系统，可以极大地提高企业的信息化水平。它使得生产、管理部门及时了解全企业及各车间的水、电、气、油等各种介质的实时和历史生产、消耗状况，为生产调度提供及时、可靠、丰富的数字依据，使各种介质的生产、使用、管理从过去的局部的单靠经验的孤立静止状态进入到一个较为全面的整体的瞬时动态平衡。管理部门在进行生产计划作业时可以做到均衡生产，可以使各种气体介质的生产、使用、储备相对稳定，可以合理安排检修计划等，从而最终达到促进生产、节能降耗、提高效益目的。同时综合自动化计量系统作为工业企业网的一部分，能与企业的信息网融为一体，从而使得生产、决策、经营管理融为一体。
2 网络架构
综合自动化计量系统的网络结构从逻辑上可分为现场设备层;控制管理层;生产管理层三种层次。
2.1 现场设备层
现场设备层的主要作用是连接现场设备，完成数据的原始采集。现场层的主要硬件设备是profibus dp主站(s7-300PLC)和profibus dp从站(et200m)。具有as-i接口的流量计和传感器目前在我国的工矿企业中还不多见，现有的流量计/变送器输出的仍是标准的4-20 ma信号，在设计现场层的网络时，采用分散式i/o作为总线接口，将现场流量计输出的4-20ma信号引入，完成数据的原始采集。在以后具有as-i接口的流量计普及使用时，可在profibus主站中增加as-i接口模块，通过profibus pa总线与之通讯。
数据的采集根据企业的车间分布分为多个采集区域，每个区域内由一个profibus dp主站和几个profibus dp从站组成。plc作为主站，et200m作为从站。profibus dp总线可采用光纤或屏蔽双绞线。基于成本和易维护的角度，通讯介质采用屏蔽双绞线比较适宜。
一个采集区域规划时应满足以下原则:
(1) 主站的选择 plc作为一类主站有两种形式:a) 选用cpu315-2dp;b) 选用profibus dp 通讯处理器cp342-5。cpu315-2dp内置了profibus dp接口，从站数目最大64，典型配置为1~16个从站。et200m作从站时，从站最大允许有880 字节ai输入。cp342-5做主站，从站数目最大64;典型为1~16个从站。 et200m作从站时，从站最大允许有240字节ai输入。
(2) et200m做从站，每个从站最大允许有128字节ai输入。
(3) 传输距离:通讯介质采用屏蔽双绞线时，在一个profibus dp子网中，两个站间最大距离为1200m。profibus dp总线总长9.6km。
企业中各变电站的电量参数进行采集，可在每个电气回路中安装符合modbus协议的智能仪表，在profibus主站或从站中增加点对点通讯模块 cp341，它可加载modbus协议驱动程序包。通过modbus总线将cp341和各智能仪表连接起来，从而实现对电能参数的采集。modbus总线为屏蔽双绞线。
这样已可实现对企业中水、电、气(汽)油等各种介质的实时数据的原始采集了。
一个采集区域的网络图如图1示。示例中 plc具有cpu315-2dp，cp343-1和cp341。
图1 现场设备层网络结构示意图
2.2 控制管理层
在控制管理层，scada服务器和各profibus dp主站通过simatic net工业以太网进行通讯，将现场采集实时数据传送到scada节点并进行处理，在本地实现流程图显示、趋势曲线、历史数据保存、历史曲线查询、参数调整、报警管理、报表管理等功能。控制管理层的硬件设备主要是profibus dp主站和scada服务器，如图2所示:
图2 控制管理层和生产管理层网络结构示意图
simatic net 工业以太网技术提供符合国际标准ieee802.3/ieee802.3u的单元网络，因而可以无缝地集成到企业以太网中。符合ieee802.3标准的 simatic net工业以太网能以10mbps的速率进行传输。符合ieee802.3u标准的工业以太网能以100mbps的速率进行传输。simatic net在工业以太网中，既可以使用电气网络，也可以使用光纤，或光电混合网络。电气网络最远可达1.5km;光纤网络最远可为200km。在一个工业以太网中，典型配置为2-100个站点，最多允许约1000个站点。
profibus dp主站通过工业以太网通讯处理器cp343-1连接到工业以太网中。scada服务器上安装cp1613通讯处理器和simatic s7-1613通讯软件，以sapi-s7的方式与各profibus dp主站的cp343-1模块进行通讯。使用sapi-s7通讯可能的连接数为160个。
cp1613是带有微处理器的pci插件，自带16m字节存储器，通讯性能稳定和高质量，允许快速的响应时间而无波动现象。普通以太网卡如3com网卡也可以通过sapi-s7接口与profibus dp主站进行通讯，但通讯质量对数据量的大小和cpu的负荷依赖性较大，在数据量不太大时可以考虑用普通以太网卡替代cp1613。
因为scada服务器可能还要直接为生产管理层提供网络服务，充当网络服务器，因而应根据服务器的负荷能力和系统的安全性不同需要或选择一台scada服务器组成独立的scada节点，或将scada任务分配到多台scada服务器组成分布式scada系统。国际知名的组态软件simatic wincc和ifix均支持分布式的scada系统。
2.3 生产管理层
在生产管理层，服务器根据不同用户的需要，将scada服务器上的流程图显示、趋势曲线、历史数据保存、历史曲线查询、报警管理、报表管理等服务提供给生产管理部门的用户，使用户及时了解生产消耗状况，为管理决断提供及时、翔实、可靠的统计资源。根据用户访问服务器的模式不同，服务器既可能是scada服务器本身，也可能是微软的终端服务器。管理层的硬件设备主要是scada服务器/终端服务器和具有访问服务器能力的用户计算机。
用户计算机访问服务器有两种模式可采用，一是client/server的方式，一是browser/server的方式。以下ifix为例讲述这两种方式。
(1) client/server
采用client/server模式时，需要在用户的计算机上安装ifix的瘦客户端软件iclent。用户计算机直接登陆访问scada服务器。没有安装iclent软件的计算机没有访问服务器的能力。
(2) browser/server
在browser/server模式下，用户不直接访问scada服务器，而是访问终端服务器。终端服务器是一个显示(view)节点，它可以显示许多不同的scada节点上的画面数据、链接而不需要额外的组态工作，也不需要本地数据库的拷贝。作为终端服务器的计算机上不支持scada节点微软 windows 2000终端服务使用户可以集中管理和执行ifix。iclientts是运行在微软windows 2000终端服务器环境下的一个多会话的ifix客户端软件。在这种多会话环境下，多个客户端可以登录到服务器并启动各自的ifix会话。
微软公司提供了两种连接终端服务器的方法:终端服务(ts)和终端服务高级客户端(tsac)。ts用户需要在客户端计算机上直接安装一个可执行登录程序才能从服务器上进入ifix。microsoft windows 2000 server有一个客户端创建程序，用户可以创建一个安装磁盘，用于在每一个客户端机器上安装。tsac提供了一个activex客户端控件，将其安装到有ts的windows 2000 server上，客户端通过ie5.0或更高版本的浏览器就可以登录到终端服务器上，而不需要其它软件。 activex客户端控件可以从微软网站上下载。
3 结束语
传统的现场级的自动化监控系统难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成了工厂中的“信息孤岛”，严重制约了企业的信息集成及企业综合自动化的实现。信息技术飞速发展，现场总线控制系统的出现，引起了过程控制系统体系结构和功能结构的重大变革，自动控制系统可以方便加入企业的信息网络。综合自动化是当今生产过程控制发展的方向。以现场总线和工业以太网技术构建的综合自动化计量系统，不仅可以对企业的生管理部门及时、全面得了解到企业当前生产状况，而且它还可与企业的办公信息网络集成，从而将企业的生产、调度、营销、经营管理和决策有机地融为一体，形成一个能适应各种生产环境和市场需求、多变性的、总体最优的、高质量、高效益、高柔性的生产管理信息系统，使企业在激烈的市场竞争中占得先机。
参考文献
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[2] 吴秋峰. 自动化系统计算机网络. 北京:机械工业出版社,2001
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[4] wincc系统描述(版本5)siemens
