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[摘 要]钢铁企业对节能减排的关注度明显提高，而在生产过程中能源计量数据真实的反映了钢铁企业的生产经营状况和管理水平。近年来，随着信息技术的迅猛发展，钢铁企业形成了以大型PLC和组态软件为核心的能源计量网络。本文针对单介质区域化的能源计量需求，提出了一种以智能网关为核心的解决方案，不仅满足计量需求还能达到节省投资、简化施工成本和提高企业信息化的目的。
[关键词]能源计量；无线传输；MODBUS；OPC
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0098-01
1.引言
钢铁企业的日常生产管理离不开能源计量数据，产品质量的改进要以精确的计量数据作为参考标准，企业日常生产经营计划的制定要通过能源计量信息进行调整和制定。
国外发达国家在能源计量方面起步较早，一些钢铁企业根据自身需要针对不同能源种类设置了计量数据管理系统，系统功能包括能源数据的采集和信息管理分析能。我国冶金行业能源计量系统起始于上世纪八十年，随着信息技术的发展，国内各大钢铁企业纷纷建立自己能源管控中心。
2.需求分析和总体设计
针对某压缩空气节能改造工程，本系统主要采集一期，三期空压站各管道压缩空气流量和空压站内空压机、干燥机的耗电量。根据系统测得的累计流量、压力和电能经过计算后为下一步空压机系统深度改造提供依据。
压缩空气计量系统通过交换机连接至公司现有能源计量网络，其数据需要提供给公司现有能源计量网络，压缩空气管道共14点，其中7点仪表用压缩空气，7点普通压缩空气；一期和三期空压站内及干燥机共有空压机16台，系统结构图如图1所示。
3.系统实现
3.1 压缩空气流量监测
本系统压缩空气流量采集现场设备采用“无线传输，在线安装”的方式。首先，现场压缩空气管网复杂，监测点位置相对分散，若采用传统有线流量测量仪表一方面增加施工难度，另一方面管线的布置和电缆成本也较高。其次，在线安装可以最大程度减少工期对计量周期的影响。每个流量数据采集点需分别采集流量、压力和温度三个实时参数。在压缩空气传输过程中，管道中被测气体的压力温度都在不断变化，这样被测气体的密度也就不断在进行着变换，因此在系统检测中引入了流量补偿功能。
本系统流量采集的核心部分为艾默生智能无线网关1420。网关和现场仪表及无线中继设备建立自组网络，并且能在不断变化的环境中对接入系统的设备进行自动管理和通讯。1420网关最多能和现场100台设备进行无线通讯，并能通过以太网、Modbus、串行、OPC、以太网和HART输出与数据历史库、传统主机系统和其它局域网应用系统连接。
3.2 空压机电量采集
本次压缩空气改造项目中，需对一期、三期空压站内的空压机和干燥机的耗电情况精细化的统计和分析，从而为后续节能效果进行精准的评测。
三相全参数电量采集模块采集能够精确采集空压机和干燥机运行状态下的各种电量参数，同时电量管理器还具有累计电量统计功能。
3.3 系统通讯协议
本系统现场采集设备和上位机采集计量系统的通讯方式为MODBUS TCP通信协议，而上位机采集系统和公司先用能源计量网之间则采用OPC通信方式。
本项目中，现场现有能源计量网上位机为运行在Windows系统上的CITECT系统，本次能源计量子系统上位机采用组态王软件，将组态王设置为OPC server，CITECT作为OPC client既能保证数据的实时性同样也满足现场需求。
MODBUS 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。而将MODBUS帧嵌套到TCP帧中则称之为MODBUS TCP协议。
系统通信协议的选取遵守简单性、开放性和实时性的原则，OPC和MODBUS协议均已广泛引用于工业监控领域，这样也为本系统的扩展提供了最大的可能。
4.运行效果
能源计量子系统上位机部分是基于亚控公司的组态王6.55开发的。在保证数据实时性、准确性的基础上，开发了权限登录、报表显示、历史曲线查询等功能，同时提供给使用者简明直观易操作的人机交互界面。系统运行效果如（图2）所示：
5.结束语
随着信息技术的迅猛发展，无线通信网络技术已广泛应用于工业自动化领域，一方面无线通讯技术可以最大限度的克服现场复杂的布线环境减少成本，另一方面随着无线技术的发展，无线设备本身的成本也在逐步趋于稳定。以通用的通讯方式进行数据交互，既能保证系统通讯稳定，又能最大限度的保证了系统的可扩展性。
本文针对单介质区域化的能源计量需求，提出了一种以无线智能网关为核心的解决方案，在硬件设备投资和现场施工费用方面相较于传统计量方案有很大优势，系统实际运行情况稳定，达到计量需求。
参考文献
[1] 吴海，赵巍，田斌等.无线传感器网中的加权距离节点选择法[J].北京航空航天大学学报，2008，34（3）：257-261.
[2] 方晨，刘昊，时龙兴等.一种基于自适应竞争窗口的无线传感器网络拥塞缓解策略[J].东南大学学报（自然科学版），2013，43（4）：686-690.DOI：10.3969/j.issn.1001-0505.2013.04.003.
[3] 冯磊，李培松.远程能源计量信息管理系统的开发与应用[J].电子测量技术，2010，33（3）：13-17，31.DOI：10.3969/j.issn.1002-7300.2010.03.004.
[关键词]能源计量；无线传输；MODBUS；OPC
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0098-01
1.引言
钢铁企业的日常生产管理离不开能源计量数据，产品质量的改进要以精确的计量数据作为参考标准，企业日常生产经营计划的制定要通过能源计量信息进行调整和制定。
国外发达国家在能源计量方面起步较早，一些钢铁企业根据自身需要针对不同能源种类设置了计量数据管理系统，系统功能包括能源数据的采集和信息管理分析能。我国冶金行业能源计量系统起始于上世纪八十年，随着信息技术的发展，国内各大钢铁企业纷纷建立自己能源管控中心。
2.需求分析和总体设计
针对某压缩空气节能改造工程，本系统主要采集一期，三期空压站各管道压缩空气流量和空压站内空压机、干燥机的耗电量。根据系统测得的累计流量、压力和电能经过计算后为下一步空压机系统深度改造提供依据。
压缩空气计量系统通过交换机连接至公司现有能源计量网络，其数据需要提供给公司现有能源计量网络，压缩空气管道共14点，其中7点仪表用压缩空气，7点普通压缩空气；一期和三期空压站内及干燥机共有空压机16台，系统结构图如图1所示。
3.系统实现
3.1 压缩空气流量监测
本系统压缩空气流量采集现场设备采用“无线传输，在线安装”的方式。首先，现场压缩空气管网复杂，监测点位置相对分散，若采用传统有线流量测量仪表一方面增加施工难度，另一方面管线的布置和电缆成本也较高。其次，在线安装可以最大程度减少工期对计量周期的影响。每个流量数据采集点需分别采集流量、压力和温度三个实时参数。在压缩空气传输过程中，管道中被测气体的压力温度都在不断变化，这样被测气体的密度也就不断在进行着变换，因此在系统检测中引入了流量补偿功能。
本系统流量采集的核心部分为艾默生智能无线网关1420。网关和现场仪表及无线中继设备建立自组网络，并且能在不断变化的环境中对接入系统的设备进行自动管理和通讯。1420网关最多能和现场100台设备进行无线通讯，并能通过以太网、Modbus、串行、OPC、以太网和HART输出与数据历史库、传统主机系统和其它局域网应用系统连接。
3.2 空压机电量采集
本次压缩空气改造项目中，需对一期、三期空压站内的空压机和干燥机的耗电情况精细化的统计和分析，从而为后续节能效果进行精准的评测。
三相全参数电量采集模块采集能够精确采集空压机和干燥机运行状态下的各种电量参数，同时电量管理器还具有累计电量统计功能。
3.3 系统通讯协议
本系统现场采集设备和上位机采集计量系统的通讯方式为MODBUS TCP通信协议，而上位机采集系统和公司先用能源计量网之间则采用OPC通信方式。
本项目中，现场现有能源计量网上位机为运行在Windows系统上的CITECT系统，本次能源计量子系统上位机采用组态王软件，将组态王设置为OPC server，CITECT作为OPC client既能保证数据的实时性同样也满足现场需求。
MODBUS 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。而将MODBUS帧嵌套到TCP帧中则称之为MODBUS TCP协议。
系统通信协议的选取遵守简单性、开放性和实时性的原则，OPC和MODBUS协议均已广泛引用于工业监控领域，这样也为本系统的扩展提供了最大的可能。
4.运行效果
能源计量子系统上位机部分是基于亚控公司的组态王6.55开发的。在保证数据实时性、准确性的基础上，开发了权限登录、报表显示、历史曲线查询等功能，同时提供给使用者简明直观易操作的人机交互界面。系统运行效果如（图2）所示：
5.结束语
随着信息技术的迅猛发展，无线通信网络技术已广泛应用于工业自动化领域，一方面无线通讯技术可以最大限度的克服现场复杂的布线环境减少成本，另一方面随着无线技术的发展，无线设备本身的成本也在逐步趋于稳定。以通用的通讯方式进行数据交互，既能保证系统通讯稳定，又能最大限度的保证了系统的可扩展性。
本文针对单介质区域化的能源计量需求，提出了一种以无线智能网关为核心的解决方案，在硬件设备投资和现场施工费用方面相较于传统计量方案有很大优势，系统实际运行情况稳定，达到计量需求。
参考文献
[1] 吴海，赵巍，田斌等.无线传感器网中的加权距离节点选择法[J].北京航空航天大学学报，2008，34（3）：257-261.
[2] 方晨，刘昊，时龙兴等.一种基于自适应竞争窗口的无线传感器网络拥塞缓解策略[J].东南大学学报（自然科学版），2013，43（4）：686-690.DOI：10.3969/j.issn.1001-0505.2013.04.003.
[3] 冯磊，李培松.远程能源计量信息管理系统的开发与应用[J].电子测量技术，2010，33（3）：13-17，31.DOI：10.3969/j.issn.1002-7300.2010.03.004.