1.項目簡介

　　河北前進鋼鐵集團有限公司創建於1986年，，經過十餘年經營，公司已發展為集冶金科技
、礦業開發
、鋼鐵冶煉
、鋼材加工、國際貿易為一體的民營鋼鐵聯合企業
，成為河北省重點鋼鐵企業之一
，在冶金業享有較高的聲譽。

　　河北前進鋼鐵能源管理係統是前進鋼鐵企業自動化和信息化的重要組成部分
，是一個集過程監控

、能源調度
、能源管理為一體的、以計算機技術為基礎的管控一體化係統

，涵蓋了企業產能、用能的主要部門。可以對能源的統一調度、優化能耗平衡、減少煤氣放散、提高環保質量、降低噸鋼能耗和提高勞動生產率。係統主要負責對電力係統
、動力係統和給排水係統數據實行集中監控和管理。通過對能源係統實行集中監測和控製
，實現從能源數據采集──過程監控──能源介質消耗分析──能耗管理等全過程自動化、高效化

、科(ke)學(xue)化(hua)管(guan)理(li)。通(tong)過(guo)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)，可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)企(qi)事(shi)業(ye)單(dan)位(wei)對(dui)主(zhu)要(yao)耗(hao)能(neng)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)考(kao)核(he)，杜(du)絕(jue)浪(lang)費(fei)
，並(bing)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)企(qi)業(ye)單(dan)位(wei)進(jin)一(yi)步(bu)優(you)化(hua)使(shi)用(yong)狀(zhuang)況(kuang)，以(yi)降(jiang)低(di)單(dan)位(wei)能(neng)耗(hao)成(cheng)本(ben)
，提(ti)高(gao)企(qi)事(shi)業(ye)單(dan)位(wei)綜(zong)合(he)競(jing)爭(zheng)力(li)。

圖一：河北前進鋼鐵有限公司正麵圖

　　2.能源管理係統構成

　　2.1係統網絡結構

　　能源管理係統是一個企業級別的係統,其網絡範圍覆蓋全廠,通常有幾十或幾百個節點組成。作為係統中樞神經的工業以太網的性能及穩定性對於整個係統的穩定運行具有很大作用。

圖二：能源管控大廳 

　　能源EMS係統采用C/S及B/S結構,網絡架構考慮四層網絡。其一是工業以太環網的實時采集網絡係統（單獨網絡）
，通訊速率1000Mb，實時采集現場數據及設備工藝狀態。其二是實時監控網絡，通過冗餘的分區SCADA服(fu)務(wu)器(qi)及(ji)操(cao)作(zuo)站(zhan)實(shi)現(xian)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)的(de)實(shi)時(shi)狀(zhuang)態(tai)監(jian)視(shi)和(he)操(cao)作(zuo)控(kong)製(zhi)。其(qi)三(san)是(shi)管(guan)理(li)信(xin)息(xi)網(wang)絡(luo)，利(li)用(yong)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)和(he)關(guan)係(xi)數(shu)據(ju)庫(ku)資(zi)源(yuan)，通(tong)過(guo)管(guan)理(li)平(ping)台(tai)實(shi)現(xian)能(neng)源(yuan)的(de)合(he)理(li)調(tiao)配(pei)、預測和分析、統計報表打印等功能。其四是與ERP及MES接口網絡
，通過中間服務器或防火牆實現與ERP、MES的數據信息交換。

圖三：能源管理係統網絡結構圖

　　如上圖：EMS係統網絡主要分為三個部分。底層為西門子工業交換機組成的能源環網，上層為H3C商用交換機組成的中央網絡，外部為天融信防火牆
，用於對外係統通信。其中
，在EMS機房內布置兩台H3C S5500-28C-EI交換機組成能源中央網絡。

　　2.2 能源管理係統工業以太網絡架構

　　在(zai)通(tong)常(chang)的(de)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)結(jie)構(gou)中(zhong)，當(dang)發(fa)生(sheng)傳(chuan)輸(shu)介(jie)質(zhi)損(sun)壞(huai)或(huo)有(you)交(jiao)換(huan)機(ji)發(fa)生(sheng)意(yi)外(wai)停(ting)機(ji)時(shi)
，會(hui)導(dao)致(zhi)信(xin)息(xi)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)斷(duan)。而(er)采(cai)用(yong)了(le)環(huan)網(wang)技(ji)術(shu)，當(dang)單(dan)點(dian)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)時(shi)，就(jiu)可(ke)切(qie)換(huan)到(dao)備(bei)用(yong)路(lu)由(you)，大(da)大(da)提(ti)升(sheng)了(le)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。而(er)從(cong)設(she)備(bei)成(cheng)本(ben)的(de)角(jiao)度(du)考(kao)慮(lv)
，隻(zhi)需(xu)在(zai)原(yuan)有(you)係(xi)統(tong)基(ji)礎(chu)上(shang)增(zeng)加(jia)了(le)一(yi)條(tiao)備(bei)用(yong)光(guang)纖(xian)。從(cong)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)和(he)配(pei)置(zhi)的(de)角(jiao)度(du)看(kan)，隻(zhi)需(xu)開(kai)啟(qi)工(gong)業(ye)交(jiao)換(huan)機(ji)的(de)環(huan)冗(rong)餘(yu)功(gong)能(neng)
，不(bu)影(ying)響(xiang)所(suo)有(you)的(de)正(zheng)常(chang)的(de)交(jiao)換(huan)功(gong)能(neng)。就(jiu)傳(chuan)輸(shu)介(jie)質(zhi)來(lai)說(shuo)千(qian)兆(zhao)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)環(huan)網(wang)既(ji)可(ke)以(yi)用(yong)光(guang)纖(xian)也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)進(jin)行(xing)組(zu)網(wang)，具(ju)有(you)極(ji)大(da)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。現(xian)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)廠(chang)家(jia)的(de)千(qian)兆(zhao)換(huan)網(wang)交(jiao)換(huan)機(ji)能(neng)夠(gou)在(zai)300ms內nei完wan成cheng切qie換huan，這zhe種zhong切qie換huan速su度du滿man足zu大da多duo數shu工gong業ye控kong製zhi對dui交jiao換huan機ji的de響xiang應ying速su度du的de要yao求qiu。因yin此ci在zai係xi統tong中zhong應ying用yong千qian兆zhao工gong業ye以yi太tai環huan網wang，就jiu能neng以yi很hen小xiao的de投tou資zi解jie決jue控kong製zhi係xi統tong中zhong傳chuan輸shu鏈lian路lu存cun在zai的de不bu可ke靠kao問wen題ti。各ge交jiao換huan機ji之zhi間jian采cai用yongtrunk和西門子的HSR技術連接
，保證網絡鏈路冗餘。

圖四：前進能源係統工業環網

　　2.2 西門子SCALANCE X交換機選型及組網

　　西門子SCALANCE X係列交換機擁有從入門級交換機（SCALANCE X005與XB000），非網管型交換機（SCALANCE X-100）
，網管型交換機（SCALANCE X-200），增強型網管交換機（SCALANCE X-300）

，模塊化網管交換機（SCALANCE X-400）、核心級交換機（SCALANCE XR-500）等全套產品線，為組網提供了多種選擇和靈活的搭配方式。從可網管的X-200型以上係列的交換機就可以支持環網冗餘了。

　　在前進能源管理係統中，由於節點較多、數據量較大我們在環網主幹上主要應用了XR324和X414-3E兩款較高端的型號。前進能源管理係統工業網絡各個節點間的距離一般在2千米以內，主幹網絡根據係統要求以千兆速率組網。環上EMS01選用SCALANCE X324，其他環網節點選用SCALANCE X414-3E
，分支接入點選用非網管型交換機SCALANCE XB004-1LD。

　　SCALANCE XR324交換機可以配置不同基本模塊滿足不同的現場需求，模塊有：MM992-2CU（2x10/100/1000Mbit/s）電口模塊、MM991-2百兆單/多模模塊
、MM992-2千兆單/多模模塊、100/1000 Mbit/s的SFP模塊。

　　SCALANCE X400係列為模塊化交換機，以SCALANCE X414-3E交換機為例，在5號插槽上可接入千兆光纖模塊
，6、7號插槽上可接入百兆光纖模塊，如需再增加模塊則須在12插槽上接入EM495-8(8個RJ45端口)或EM496-4（4個介質插槽）
，具體配置組合方式如下圖。在能源係統中除環網所用的2個光口外
，如接入子站超過2個則需要增加EM496-4

，再配置光纖模塊。

圖六：SCALANCE X414-3E交換機模塊配置圖

　　3.西門子工業交換機環網配置

　　3.1西門子SCALANCEX交換機環網配置

　　在環上以一台交換機作為環管理交換機RM ，從RM結點的主、輔(fu)兩(liang)個(ge)接(jie)口(kou)均(jun)發(fa)送(song)健(jian)全(quan)探(tan)測(ce)消(xiao)息(xi)，其(qi)他(ta)節(jie)點(dian)在(zai)從(cong)環(huan)接(jie)口(kou)上(shang)收(shou)到(dao)健(jian)全(quan)探(tan)測(ce)消(xiao)息(xi)則(ze)反(fan)射(she)回(hui)去(qu)
，從(cong)而(er)達(da)到(dao)對(dui)環(huan)網(wang)的(de)冗(rong)餘(yu)控(kong)製(zhi)。環(huan)的(de)狀(zhuang)態(tai)可(ke)分(fen)為(wei)
，正(zheng)常(chang)狀(zhuang)態(tai)、切換狀態和冗餘狀態。在用西門子工業交換機組環網時需要注意太網總是保持總線型傳輸結構，在配置完成前，不能閉合環網鏈路。HSR不可以與其他品牌具有環網協議產品的串接共同組環。在配置前需用PST（西門子初始化軟件）為交換機配置IP地址等內容。

　　在配置環時
，為了保證係統的快速重構和穩定運行最多可連接50個交換機在環上。環網中其中一台作為冗餘管理器RM，其餘交換機作為環成員。在網絡正常的情況下RM的環端口中有一個會處於斷開狀態，此時網絡呈現線型的結構。當網絡中出現傳輸介質損壞或有交換機損壞時
，環網會自動啟用RM中斷開的端口，同時可以在300ms內nei使shi切qie換huan到dao另ling一yi種zhong線xian型xing結jie構gou。當dang網wang絡luo故gu障zhang排pai除chu
，可ke以yi恢hui複fu原yuan有you的de線xian型xing結jie構gou。在zai配pei置zhi環huan網wang的de時shi候hou，組zu成cheng環huan的de端duan口kou可ke以yi是shi光guang纖xian端duan口kou
，也ye可ke以yi是shi電dian氣qi端duan口kou。需xu要yao注zhu意yi的de是shi
，要yao使shi整zheng個ge環huan都dou實shi現xian的de傳chuan輸shu速su度du，選xuan擇ze作zuo環huan的de端duan口kou必bi須xu是shi的de光guang纖xian或huo電dian氣qi端duan口kou。

　　當環狀網內一個傳輸路徑或者SCALANCE X-400 交換機發生錯誤時，西門子SCALANCEX-400交換機傳輸路徑可在0.3秒內重構
，同時，對於現有網絡管理的集成功能通過SNMP 進程來實現，能自動把網絡情況用E-mail 發送給網絡管理員，支持VLAN
，SCALANCEX-414E還支持3層交換功能(IP路由)。

圖六：SCALANCE X414-3E交換機模塊配置圖

　　4.應用體會

　　在結點數較多的環型網絡結構中
，會出現上百台終端出現在同一LAN區域內的情況

，在這種大型的環結構中會出現大量廣播

、組播影響網絡的性能。這時把大環化為幾個獨立的小環
，在各個小環間以三層的方式完成小環間各LAN的de通tong訊xun可ke以yi有you效xiao提ti高gao網wang絡luo的de性xing能neng。在zai對dui可ke靠kao性xing要yao求qiu更geng高gao的de生sheng產chan環huan境jing中zhong，可ke采cai用yong單dan機ji雙shuang環huan
，或huo雙shuang機ji雙shuang環huan的de方fang式shi提ti供gong更geng可ke靠kao的de服fu務wu
，當dang然ran成cheng本ben也ye成cheng倍bei的de增zeng加jia。多duo環huan組zu網wang時shi協xie議yi效xiao率lv、可靠性、交會節點設備的壓力等問題仍舊需要深入研究。

　　除西門子的HSR協xie議yi之zhi外wai，現xian階jie段duan實shi現xian環huan網wang冗rong餘yu功gong能neng各ge個ge廠chang商shang有you各ge自zi開kai發fa的de協xie議yi，在zai實shi踐jian中zhong有you時shi遇yu到dao將jiang兩liang三san家jia廠chang商shang的de集ji成cheng在zai一yi起qi的de情qing況kuang，由you於yu各ge廠chang商shang環huan冗rong餘yu協xie議yi間jian的de互hu相xiang不bu支zhi持chi，經jing常chang出chu現xian問wen題ti。為wei此ci國guo際ji電dian工gong委wei員yuan會hui製zhi定ding了leMRP（Media Redundancy Protocol）協議, 這一協議對環網協議進行了標準化，允許不同品牌的設備連接在一起組成環網。西門子的交換機產品也已經全麵支持MRP協議了
，並且西門子交換機能夠自動檢測環上采用了哪種冗餘協議。

　　5.項目運行情況

　　前進鋼鐵能源管理係統於2012年底開始實施
，到目前已基本上線。係統硬件設備考核過關
，係統功能較為完善，對業主能源管理、節能減排工作起到了極為重要的作用，得到了用戶的充分肯定。

　　西門子SCALANCE X係列工業交換機性能完全達到了能源管控係統對交換機的要求，性能穩定
，各種通訊協議完備。目前西門子交換機已在裝備製造業
、冶金行業
、大型化工行業能源係統中成功應用
，是能源管控係統數據采集模塊可靠的網絡通訊保障。