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以iPush®Family为核心的WinCon能源数据采集系统

作者：蒋居裕(艾扬科技营销长)
供稿：泓格科技
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发布时间：2009-12-03

一、能源数据采集系统的现状与需求1、能源数据采集的意义能源是关系国计民生的重要资源。对于大、中型生产企业来说，为了更佳的资源调配、组织生产、部门结算、成本核算，需要建立一套有效的自动化能源数据采集系统，对能源供应进行监测，以便企业实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控扎下坚实的数据基础，同时方便企业的计量和成本核算工作。2、有关能源数据企业生产需要的能源主要有：电力、水、煤气、煤等能源，能源主要供给企业生产、职工生活的需要。因此，能源数据实际上就是能源供给数据，而能源供给数据主要有三种形态：能源供给状态数据、能源供给整点数据、能源供给累加数据。3、企业现状各大、中型生产企业已经认识到数据数据对于企业管理的重要性，并采用各种仪器、仪表对能源数据进行采集，并派专人对仪器、仪表、与采集的数据进行现场维护、抄取，并逐级统计、上报，建立数据库对数据进行管理。这样的缺点是手工操作效率低，不能满足大范围的数据采集需要。也有部分体认比较高的企业，开始建立以实时数据库(Real-time Database)为核心的自动数据获取系统，实现了能源数据的自动采集、自动上报，降低了系统对人的依赖，提高了时效性和准确度，并开始建立软件系统，对采集到的数据，用于计量和财务结算。这种系统的架构如下图一所示：

图一、目前存在的企业能源数据采集系统这种现存构架的数据采集流程如下：1.在下位机(PC \ IPC)执行软件，读取来自仪器\仪表的数据，写入现场端的实时数据库。2.在上位机执行软件，透过网络定时轮询(Polling)现场端的实时数据库，并存入中心端的大型实时数据库。(瓶颈所在)3.在上位机执行软件，定时轮询(Polling)中心端的大型实时数据库，并存入中心端的关系型数据库。(瓶颈所在)4.在应用端执行Client\Server或Browser\Server软件，透过网络对中心端的关系型数据库进行数据存取与应用。不管是在上位机与下位机的实时数据库间(2.)、中心端关系型数据库与实时数据库间(3.)，甚至是应用程序与中心端关系型数据库之间(4.)，都是透过请求\响应(Request\Reply)的信息查询模式在进行数据交换，所以透过网络运作的整体系统效能，很容易陷入低落的状态。二、以iPush® Family为核心的新一代能源数据采集系统艾扬能源数据采集系统是一套基于iPush® Family软件平台与工控机WinCon的主动信息交换、分检服务系统，透过出版\订阅(Publish\Subscribe)讯息传送方式，提供主动式的数据分发服务，这样企业各应用程序得到的，都是各自订阅的关键数据，可大幅度提高数据处理的效率。艾扬能源数据采集系统的硬件、软件架构如图二所示：

图二、艾扬能源数据采集系统架构该系统由以下的核心构件组成： WinCon。内含iPush® Embedded，为连接仪器、仪表的硬件平台，可直接读取仪器、仪表的数字、模拟、或RS-485\232信号；iPush® Embedded。让应用程序不必面对底层的TCP\IP网络通讯，透过Internet、VPN、GPRS、CDMA、Wireless LAN等各种IP网络，保证和iPush® Server之间的数据交换。iPush® Embedded会将IO Module Framework采集到的数据，转换成主题讯息(Subject Message)，主动传送到中心端的iPush® Server，取代传统的数据库轮循，保证数据的实时传递；iPush® Server。整个体系的数据交换服务中心，主要运算资源用在接收、推播、与主题过滤上。应用程序只需要向iPush® Server订阅相关的主题，当该主题有数据存在时，iPush® Server会将数据主动推播(Push)给应用程序，而应用程序只会得到订阅的关键数据，这样将可提升企业的信息管理效率；应用端。不管是Client\Server，还是Browser\Server(Web-based)架构，各应用端程序都可透过叫用iPush® API函式库，实现和iPush® Server的连接、主题订阅、数据接收、数据发送。iPush® API提供了广泛的环境支持，包括ActiveX for Win32、ActiveX for WinCE、.NET Framework、.NET Compact Framework、JAVA、Linux等，可实现跨平台、跨设备的实时数据交换。再整理此系统的数据采集流程如下：1.执行于下位机(WinCon)的iPush® Embedded，内含有IO Module Framework，会自动读取来自仪器\仪表的数据，转化为特定的主题(Subject)信道，透过网络，直接上传给中心端的iPush® Server。2.在应用端执行Client\Server或Browser\Server软件，对中心端iPush® Server进行数据主题的订阅。3.中心端iPush® Server在收到来自现场端iPush® Embedded上传的数据后，会立即主动推播给已订阅该数据主题的应用端软件接收、处理。注1：若有必要，可以在下位机写程序，透过iPush® Embedded进行数据本地储存。注2：若有必要，可以在中心端写程序，向iPush® Server订阅要储存的数据主题，然后存入关系型数据库，以便应用端进行历史查询。相较于大量倚赖数据库来进行数据交换的请求\响应轮询模式，不仅节省无谓的运算资源、网络频宽浪费，更能够大幅提升系统的实时性，尤其是在采集点数量大的情况下，新、旧系统架构的效能差异，高下立见。三、成功案例 ─ 济南钢铁集团总公司以iPush® Family为核心的艾扬能源数据采集系统，目前已经部署在济南钢铁集团总公司，成为该公司计质量管理信息系统的能源数据中心，为能源供应监测、能源供应结算、能源成本核算服务，为济南钢铁科学能源调度中心打下良好的基础。举例而言，案例中对不同等级的降压电能表，进行如下的电能数据采集：当前电能量当前正向有功电量：峰量、平量、谷量、总量当前正向无功电量：总量当前反向有功电量：峰量、平量、谷量、总量当前反向无功电量：总量当前电能参数当前正向有功功率总最大需量当前反向有功功率总最大需量当前正向无功功率总最大需量当前反向无功功率总最大需量A、B、C各相电压A、B、C各相电流总有功功率及各相有功功率总无功功率及各相无功功率总功率因子及各相功率因子故障信息断相记录失压记录除继续为能源调度服务外，下一步，济南钢铁还计划要将艾扬数据采集系统的应用，拓展连结到物流系统，将物流运作的相关数据，结合GIS、GPS、GPRS\CDMA无线网络，一并整合纳入到整个核算体系，成就国际级实时生产\运输\商务管理一体化的典范。四、可引用本架构的相近领域本文所阐述的信息系统，虽然是以能源数据采集为应用方向，但其实它的技术架构适用范围具有普遍性(在IP网络上进行数据传递)，而它要取代的旧有架构、解决的问题，也具有普遍性(使用数据库来进行数据交换的信息系统)。所以，可以参考引用艾扬能源数据采集系统的其它领域应用真的是太多了。我们仅在此列举如下：需要采集各式生产设备数据的制造应用，如钢铁、石化、采矿、能源、电子等行业。需要采集各式输送设备数据的民生应用，如水、电、瓦斯、石油等行业。需要采集各式侦测仪器数据的公众或学术应用，如气象、水文、地震、土石流、空气质量、各种灾害防治等行业。需要采集各种移动对象数据的地理信息应用，如车队、船舶、物流、公共运输、交通控制等行业。需要采集各级营销点销售数据的流通应用，如连锁便利商店、量贩店、百货、烟酒等行业。本应用方案的完整说明，您可以自艾扬科技网站下载：http://www.icetech.com.tw。