ESC能源计量网络管理系统用户手册.docx

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ESC能源计量网络管理系统用户手册能源计量网络管理系统用户手册ESC能源计量网络管理系统用户使用手册义乌市仪表有限公司E-mail:

1.概述31.1应用范围.31.2系统简介.31.2.1公司简介.31.2.2系统概述.41.2.3系统概貌.51.2.4系统特性及网络性能.61.2.5软、硬件配置.61.2.6下位机性能.72.系统技术功能说明.112.1系统功能描述112.2系统的可靠性及稳定性132.3系统的安全性132.4系统的实时性132.5系统的开放性及可扩展性142.6系统的兼容性142.7系统的可操作性及灵活性143.系统方案说明.143.1数据测量层153.2数据采集层153.3数据管理层193.4数据共享层214.系统软件介绍.214.1软件概述214.2主控机软件214.3网络监测机软件244.4总线监测机软件254.5下位机软件255.质量保证.266.技术服务（售后服务）.277.通讯电缆敷设注意事项.288.计算机以太局域网组网方法.298.1粗同轴电缆介质以太网（10BASE5型）298.2细同轴电缆介质以太网（10BASE2型）308.3双绞线介质以太网（10BASE-T型）.318.4光纤介质以太网（10BASE-F型）.339.义乌市仪表有限公司智能仪表通讯协议.351.概述1.1应用范围能源计量网络管理系统适合用于我国大、中型企业的能源、物料（如水、电、汽、油等）进行集中管理、实时监测、报表打印、信息共享。

采用本系统后：

可以彻底抛弃沿袭几十年的人工抄表、人工统计、人工分摊能源的落后工作方式，这些工作全部可以由能源计量网络管理系统来自动完成。

可以实现动态实时监测。

从厂级领导到生产一线科室都可实时监测企业总体能源、物料实际使用情况；监测各生产车间、主要工段生产运行状况、生产负荷、消耗情况、生产工艺状况（包括温度、压力、流量等）；实现动态管理和指挥、平衡和协调。

如在遇非正常情况时，生产工段中工艺数据不正常，通过该系统可迅速反馈，防止事故发生，减少不合格产品的数量。

实现事故追忆功能。

主控机上采集数据自动保存，保存时间在三年以上（只要盘足够大保存时间可以无限长），并可以采用历史曲线、报表等方式进行保存。

可以对下位机二次智能仪表进行参数设定，仪表护修人员在主控机室就可以对下位机二次智能仪表进行参数设定而不需要再跑现场，节省时间提高效率。

1.2系统简介1.2.1公司简介义乌市仪表有限公司专业从事智能仪表开发、生产、承接计算机系统，是浙江省高新技术企业，中国石化总公司资源成员单位。

分公司杭州义仪自动化有限公司亦是杭州市高新技术企业。

ESC能源计量管理系统通过中国石化总公司和浙江省科委联合鉴定，并获浙江省科技进步三等奖，全国星火计划奖。

目前该系统用户有：

天津石化总公司、天津大港油田炼油厂、天津一石化、南京锦湖轮胎厂、南京汽车厂、荆门炼油厂、山东莱钢、河南莲花味精集团公司、北京燕山石化公司、茂名石化公司、贵州水晶有机化工公司等。

近年公司开发的新产品有电容式涡街流量计、YYD电磁流量计、YYXQ流量演算仪、YYW无接触式设置微功耗智能涡街流量计；FC-98流量计算机和XLF-51流量演算仪进行了重大的技术改造；公司开发计算机系统还有YYHZ标准表法速度式流量计检定系统、YYCS铁路油罐自动装车系统、YY-2大鹤管自动控制系统等。

1.2.2系统概述能源计量管理网络系统是以国际标准工业控制系统规程为构架，采用主控机（采集计算机）/下位机（智能仪表）/监测站网络结构，以计算机局域网络和计算机数据采集网络为依托的实时管理系统。

本系统计算机之间的数据传输采用了技术成熟、安全可靠的以太局域网络技术，并可连接企业管理网（Intranet网），实现数据信息的共享。

本系统的主控机软件是采用美国Intellution公司开发的FIX32软件，这是基于Windows的32位应用软件，运行于Windows95/98或WindowsNT操作系统；通讯协议采用了国际上标准工业协议MODBUS协议。

监测机软件分为两种，一为网络监测机软件采用美国Intellution公司开发的PlantTV软件，运行于Windows95/98操作系统。

二为总线监测机软件采用义乌市仪表有限公司开发的ESC2000监测软件，运行于Windows95/98操作系统。

下位机为我公司生产的系列仪表或任何一种遵循MODBUS协议、RS485通讯输出的智能仪表。

能源计量网络管理系统将计算机技术、通讯技术、智能仪表和信号传感器技术有机地融为一体。

能源计量网络管理系统的用户会发现极大地增强了他们的生产线能力，提高了企业的生产力和效率，提高了产品的质量和减少了成本及原材料消耗。

1.2.3系统概貌图1如图1所示，能源计量管理网络系统可以划分为四个层次：

数据测量层、数据采集层、数据管理层、信息共享层（网络四层次详见系统方案说明）。

1.2.4系统特性及网络性能通讯速率大于1200波特率。

通讯方式为RS485方式。

通讯协议为MODBUS协议。

数据采集周期小于1分钟/300点。

数据更新周期小于1分钟/300点。

数据采集精度优于0.1%。

通讯传输误码率小于10-7。

系统容量，可根据要求分为75点、150点、300点、无限多点。

实时数据监测，包括流量、压力、温度、电量及其它。

上下限超值报警，故障报警。

流程图监测，流程图动态显示。

棒图比较显示。

历史曲线追忆，时间无限长（计算机硬盘足够大）。

报表自动生成，定时输出（也可人为干预输出）。

仪表参数设定。

只要是在网二次仪表，都可以在采集站计算机上向下设定参数或累积量清零。

数据共享。

数据监测、棒图显示、历史曲线、报表等可以在计算机以太局域网上共享。

可连接DCS数据。

可与企业局域网（Intranet网）相联，进一步实现信息共享。

1.2.5软、硬件配置硬件配置：

（见表1）表1序号名称型号规格备注1工控计算机研华2监测计算机联想用户选择3打印机Epson用户选择4以太局域网集线器T-Dlink10M/100M自适应5UPS电源山特6通讯转换器ICP-75207信号中继器ICP-75108网卡3com3C905B10M/100M自适应924V直流电源10以太网电缆及配件11RS485总线电缆AVVP*0.75屏幕双绞线12下位机（智能仪表）FC-98流量计算机、XLF-51流量演算仪YYXQ智能演算仪用户也可选择其它公司产品表1中上位机部分，如企业中已有，并符合要求，可以不再配置。

软件配置：

（见表2）表2序号名称型号规格备注1操作系统软件Windows98/NT可用户选择2主控机软件FIX32当时最新版本3网络监测站软件PlantTV当时最新版本4总线监测站软件ESC2000当时最新版本1.2.6下位机性能1FC-98流量计算机FC-98全补偿流量计算显示仪是一种高度集成化、小型化、高可靠性的智能仪表。

具有全补偿测量，蒸汽密度查表运算，EEPROM技术保存累积量及设定的参数，死机自恢复等技术。

可对外供电24V配接二线制差压变送器，二线制涡街流量变送器，二线制压力变送器及温度变送器。

适用于蒸汽、气体、液体的流量计量。

FC-98流量计算显示仪即可单台使用，也可以组网使用。

其性能指标如下：

输入多种传感器，可相互组合使用。

如差压式、频率式流量变送器、压力变送器、温度传感器。

允许多种形式的信号输入，均采用光电隔离。

电流：

0-10mA，4-20mA或由用户自定义量程电压：

0-5V，1-5V或由用户自定义量程频率：

010000Hz，低电平3.5VPt100铂电阻：

0500具有温压全补偿流量运算模型，数学模型符合国家标准。

八位数码显示：

累积量、热累积量、流量瞬时量、热量瞬时量、压力、温度、差压、密度、溢出报警、时钟、仪表编号、报警等参数显示。

设定参数及断电保护五年以上。

采用WATCHDOG技术，克服仪表因干扰而造成的死机。

带4-20mA模拟输出，负载电阻750。

带阀门开、关信号输出及4-20mA开度回讯信号。

带RS485通讯接口，MODBUS通讯协议。

具有小信号切除及量程整定功能。

采用开关电源供电：

220V20%AC.50HZ；24VDC；功耗10W。

仪表精度：

0.2%。

仪表尺寸：

80160360mm。

环境：

温度0-45，相对湿度85%。

XLF-51智能流量演算仪XLF-51智能流量演算仪是采用目前先进的双单片机技术、I/O接口技术集成开发而成的，其崭新的设计使之成为功能最强、最实用的一台四通道、全补偿的智能二次仪表，达到了国际上同类产品的先进水平。

XLF-51智能流量演算仪适用于蒸汽、天然气、一般气体和液体的流量及热量计量，可配接各类型的流量传感器、压力和温度传感器。

可以进行压力补偿、温度补偿、温度和压力全补偿测量密度。

XLF-51其性能特性及技术参数如下：

多通道，可同时用于四路流量、二路压力、二路温度的工况检测，性能价格比高。

通用性强，可配接各类流量、温度、压力传感器。

采用键盘设定仪表参数，配以10位数码管显示。

采用WatchDog技术，克服仪表因干扰而造成的死机。

输入输出回路采用光电隔离，具有较强的抗干扰能力。

采用硬件断电保护技术，数据的断电保护时间为五年以上。

采用功能强且高度集成的芯片。

所有信号上下限均采用整定功能。

小频率信号切除,克服不必要的干扰信号。

采用桥式电路消除了Pt100的引线电阻，微处理器软件精确补正了-50+500全范围内的非线性。

仪表精度：

0.2%。

输入信号：

（1）频率：

a.连线：

二线或三线。

b.波形：

方波、正弦波或锯齿波。

c.幅值:

低电平2V，高电平3.5V。

d.范围：

05000Hz。

（2）电阻信号：

Pt100，80281范围。

（3）电压信号：

直流5.5V。

（4）电流信号：

直流25mA。

输出信号：

模拟输出：

直流420mA，负载750。

通讯输出：

RS485二线制；MODBUS协议；波特率：

6009600Bps。

显示数据：

（1）累积量最大显示99999999，如溢出，从00000000重新开始累积。

（2）瞬时量最大显示为：

99999，如超出，则显示五位HHHHH。

（3）其余均由提示符号加5位数字显示构成。

仪表供电电源：

100260V.AC，50Hz或24VDC可选。

仪表外形尺寸：

80160380（mm），盘装式。

工作环境条件：

温度045，相对湿度85%。

功耗：

15W。

YYXQ智能流量演算仪YYXQ智能流量演算仪是FC-98流量计算机的袖珍版，仪表尺寸仅为80160135mm。

YYXQ智能流量演算仪采用全固化技术，用户提供参数固化于仪表内部，无补偿信号，用户只需接上信号线及电源线即可投入正常运行，是一种操作简单高度可靠的“傻瓜”式仪表。

其性能指标如下：

输入多种传感器，可相互组合使用，如差压式、频率式流量变送器、压力变送器、温度传感器。

允许多种形式的信号输入，均采用光电隔离。

电流：

0-10mA，4-20mA或由用户自定义量程电压：

0-5V，1-5V或由用户自定义量程频率：

0-10000Hz，低电平3.5V电阻：

热电阻具有温压全补偿，数学模型符合国家标准。

八位数码显示：

累积量、热累积量、流量瞬时量、热量瞬时量、压力、温度、差压、密度、溢出报警等参数显示。

设定参数及断电保护五年以上。

采用WATCHDOG技术，克服仪表因干扰而造成的死机。

带4-20mA模拟输出，负载电阻750。

带RS485通讯接口。

具有小信号切除及量程整定功能。

采用开关电源供电：

220V20%AC.50HZ；24VDC；功耗10W。

仪表精度：

0.2%。

仪表尺寸：

80160135mm。

环境：

温度0-45，相对湿度85%。

2.系统技术功能说明2.1系统功能描述1数据采集功能主控机通过RS485通讯网络，将下位机（智能仪表）中的流量、温度、压力等数据传送上来显示、处理、保存。

这一功能是能源计量网络管理系统的基本功能。

2数据显示功能该系统软件是基于Windows98或WindowsNT4.0开发的32位应用软件。

数据显示画面图形化，可以显示数据一览表、流程图动态数据、分布图动态数据。

3流程图动画及棒图显示功能该系统的流程图可以模拟实际生产线的动态流程，形象地反映出生产状态，从而达到生产监测的作用。

同一组数据也可以棒图显示的方式进行比较。

4历史曲线显示该系统能以用户指定的速率采样并将采样数据存贮在数据文件中。

任何时候，都能从数据文件中检索数据，创建历史曲线趋势显示。

可保存历史数据时间为三年以上（只要计算机硬盘足够大，保存时间为无限长），用户可以调出过去任何时刻的数据。

5报警功能仪表故障报警。

当某一台仪表出现通讯故障或死机时，在数据监测一览表中将提示这一台仪表出现故障，仪表维修人员可讯速做出反映。

工艺参数超值报警。

生产线中压力、温度、流量等工艺参数都可以先设定一最大值和最小值，如果超过最大值和最小值时，系统会以多种途径（包括多煤体）进行报警提示。

6报表功能报表是以工业标准数据交换协议如DDE和ODBC访问iFIX数据，并能够用如MicrosoftExcel电子表格建详细报表。

根据用户提供的报表格式、内容、打印周期进行定时打印或根据需要随时打印，如日报、旬报、月报等。

7下位机参数设定功能为提高工作效率，仪表维护人员在主控机室就可以对下位机的智能仪表进行参数设定或修改。

使用该功能时，下位机要有远距离功能设定功能。

8下位机累积量清零在主控机可以给下位机累积量清零，无需到现场。

9信息共享功能可以连接企业局域网（Intranet）,实现数据进一步共享。

如建立报表网站、实时数据网站等。

2.2系统的可靠性与稳定性系统的高可靠性与稳定性主要表现在以下几个方面：

系统永不死机，下位机是一种高度集成化、小型化、高可靠性的智能仪表。

它的WATCHDOG电路，保证了仪表死机自恢复功能；它的复位/抗干拢电路，保证了仪表可以在极其恶劣的环境下工作；它的RS-485通讯控电路，保证了仪表的自律性，一台仪表出现故障也不会影响其它仪表的正常通讯。

保证了系统的与稳定性RS485网络总线防雷击处理，保证了通讯网络运行的可靠性。

数据通讯中的循环冗余校验方法CRC-16及在数据传输过程中的错误处理，保证了数据传输的可靠性。

主控机是系统的核心，选用了台湾研华工业控制计算机IPC-610P，它具有防震、防潮、防尘、防外界电磁场干扰，保证了计算机运行中可靠性。

2.3系统的安全性系统的安全性主要表现在以下几个方面：

系统的高可靠性设计是系统安全的首要前提。

系统权限的设置。

操作员、工程师、系统管理员都拥有不同的用户名和密码，登陆到网络功能，规定了不同用户的操作权限，保证了系统工作参数、组态、显示画面等不会被人为改动。

保证了系统的安全性。

系统在数据传输过程中，定期数据保存、定期数据校验，保证了原始数据的安全性。

系统选购了UPS不间断电源，保证了系统在供电电源瞬间掉电时计算机系统的安全性。

下位机工作参数的修改。

操作人员必须选先键入密码，才能进行下位机工作参数的修改，保证了下位机的安全性。

2.4系统的实时性对于300点的系统，扫描周期为小于1分钟。

随下位机点数的增多，扫描周期稍有增大。

企业职能部门从计算机上就可以实时地了解生产调度情况。

对于网络上或生产中出现的突发事故，职能部门可以马上找出事故原因及事故地点，及时处理。

2.5系统的开放性和可扩展性本系统为分布式计量管理系统，下位机点数可为无限多（可超过255台），不受距离的限制，用户只需通过简单的组态即可投入使用。

单台下位机的故障不会影响整个网络的运行。

若要扩容，只需将新的下位机（具RS485通讯输出）挂到总线上，给新的下位机设定一个地址（注意：

地址不能与其它下位机的地址相同）。

然后在显示画面加上该台下位机的显示界面，并进行组态、联接即可使用。

具有良好的扩展性系统可以连接DCS数据，具有良好的开放性。

2.6系统的兼容性本系统在设计上，充分考虑到用户与现有智能仪表、其它厂家智能仪表的兼容性问题。

系统中的下位机建议使用我公司生的FC-98流量计算机、XLF-51智能流量演算仪、YYXQ智能流量演算仪。

也可采用其它厂家的智能仪表，必需具RS485通讯输出，遵守MODBUS通讯协议。

本系统可以连接DCS数据，充分体现了系统的兼容性。

2.7系统的可操作性和灵活性系统界面图形化，所有提示都有已汉化。

操作简单、方便。

系统全部内容都可有系统管理员自行组态，属于开放型结构，使用极其灵活。

稍懂计算机的工程师，经过二、三天的学习即可掌握系统的组态技能。

3.系统方案说明系统总貌图见图1（第5页）如系统总貌图所示，能源计量管理网络系统可以划分为四个层次：

数据测量层、数据采集层、数据管理层、信息共享层。

3.1数据测量层包括智能仪表和传感器、具有RS485通讯输出的一次仪表。

如我公司生产的FC-98流量计算机、XLF-51智能流量演算仪、YYXQ智能流量演算仪。

其任务是将现场的各参数的模拟量，诸如流量、温度、压力、电量等测量并转换成适宜本系统传输的数字信号，以便送到网络总线并送到采集计算机。

此层要求智能二次仪表有RS485通讯输出，并遵循MODBUS通讯协议。

3.2数据采集层数据采集层的功能是完成智能二次仪表与采集计算机之间的信号匹配与传输，将全厂的现场实时数据采集并综合在一起。

因此数据采集层是数据管理层的基础，整个ESC能源计量管理网络的关键。

这一网络层的通讯速率大于1200波特率、数据采集精度优于0.1%、数据采集周期小于1分钟/300点、数据更新周期小于1分钟/300点、数据传输方式采用RS485总线方式、通讯协议采用MODBUS协议，这一层实现实时数据监测、上下限超值报警、故障报警功能。

这一层框图如下：

3.2.1数据采集层主要技术指标通讯接口电气标准：

符合RS485国际标准。

通讯格式约定：

采用RTU标准，8位二进制数发送。

格式为1位起始位，8位数据位，1位偶校验位，1位停止位。

通讯校验方式选用循环冗余校验CRC-16，误码率少于10-7。

通讯地址设定，挂在RS485总线上的每一台下位机，都必须分派不唯一的地址，否则相同地址的下位机不能正常通讯。

波特率设定，通讯波特率可以由用户任选，范围在6009600bps之间。

通讯协议，国际工业标准MODBUS协议。

3.2.2数据采集层工作原理数据采集层是采用主机（采集计算机）呼叫，下位机（智能二次仪表）应答的方式。

每一下位机将分配一个地址（1#，2#，3#n#）。

主机以固定间隔时间轮询向每一台下位机发出呼叫命令，被呼叫的下位机就做出应答，把主机所需的信息发送出去。

下面以1主机和2下位机构成的采集层为例加以说明：

假设条件：

下位机；我公司生产的FC-98流量计算机（地址为1#、2#）采集点：

流量2、压力2（4点）波特率：

9600bps注：

FC-98流量地址为1EH，压力地址为24H主机首先发出命令：

0103001E0002XXXX。

命令中“01”表示呼叫的下位机地址，“03”表示采集（“10”表示下装），“1E”表示采集的数据单元地址（在FC-98中表示为流量），“02”为数据长度，“XXXX”校验码。

当1#下位机接收到命令0103001E0002XXXX时，取出命令码中地址码是“01”，说明主机是对1#下位机呼叫；主机需要的数据单元地址是“1E”，说明主机所需要的物理量是流量。

然后1#下位机做出应答，主机接收采集的数据。

当2#下位机接收到命令0103001E0002XXXX时，取出命令码中地址码是“01”，说明主机是对1#下位机呼叫，2#下位机就不做应答。

主机再发出命令：

010300240002XXXX（采集1#下位机压力），下位机的反应同上。

主机然后发出命令：

0203001E0002XXXX（采集2#下位机流量）。

当1#下位机接收到命令0203001E0002XXXX时，取出命令码中地址码是“02”，说明主机是对2#下位机呼叫，1#下位机就不做应答；当2#下位机接收到命令0203001E0002XXXX时，取出命令码中地址码是“02”，说明主机是对1#下位机呼叫；主机需要的数据单元地址是“1E”，说明主机所需要的物理量是流量。

然后2#下位机做出应答，主机接收采集的数据。

主机然后发出命令：

020300240002XXXX（采集2#下位机压力），下位机的反应同上。

完成采集以上4点的时间，称为一个采集周期。

完成一个周期后，主机开始下一个周期，依次循环。

以上所述的是数据采集层的基本工作原理，在实际应用中要复杂的多，例如由于线路干扰等原因出现一次数据传输错误时，主机会对错误点进行多次发送命令（一般默认为3次，可由用户设定）。

下位机是直接挂在RS485总线上，只要主机软件许可，下位机数量可无限多，随下位机数量的增加，系统采集周期也相应增大。

3.2.3数据采集层硬件配置数据采集层的硬件包括采集计算机（主机）、智能二次仪表（下位机）、RS232/RS485信号转换器、传输线路、RS485信号中继器、24V直流电源。

配置要求如下：

采集计算机（主机）：

研华工控机ICP-610P主机是数据采集层，甚至是整个能源计量管理网络的核心，它需要24小时连续不间断运行。

传输线路：

AVVP2*0.75屏蔽双绞电缆，其屏蔽线在整个网络层中单点接地。

信号中继器：

ICP-7510，需24VDC供电。

由于信号衰减，当RS485总线距离超过1200米时，需要加一中继器。

ICP-7510中继器的原理框图如图3所示：

RS232/RS485信号转换器：

在数据采集层中由于采用RS485总线方式，但主机的串行口是RS232方式，RS232/RS485信号转换器ICP-7520的作用就是主机与线路之间信号相互转换。

ICP-7520需24VDC供电，与主机的距离不超过15米。

RS232通讯与RS485通讯比较：

RS232不能远距离通讯，RS232通讯波特率一般为1200bps，RS485通讯波特率可达1Mbps（有效距离100米），RS485总线兼容性高。

ICP-7520转换器的原理框图如图4所示。

3.2.4数据采集层的软件要求主机软件采用全球三大工控组态软件之一，美国Intellution公司的FIX32软件。

FIX32软件具有强大的灵活性、可组态性和高可靠性，其基本功能为数据采集和数据管理。

在数据采集层中，利用FIX32软件的数据采集功能。

软件详见软件介绍。

下位机软件要求其有RS485通讯输出，并且遵循MODBUS通讯协议。

3.3数据管理层数据管理层包括主控计算机、网络监测计算机及其构成的计算机以太局域网，计算机以太局域网采用的是TCP/IP协议组网。

这一网络层的任务是数据信息的处理、分配及管理。

这是数据资源利用、管理的中心环节，通过此网络层可以快捷、准确地获得诸多现场实时信息，还可以实现综合分析、处理、报表自动生成等管理功能。

也可以与公司的企业局域网（Intratnet）相联，进一步实现共享。

框图如图5图53.3.1硬件配置采集站计算机即数据采集层的主机，配置要求见上。

网络监测站计算机配置要求为：

联想奔月（建议）计量采集站打印机：

A3幅面，Epson复印机：

东芝1568，用于报表复印（可选）。

网络集线器HUB：

T-Link网卡：

3COM3C905B（10M/100M自适应，RJ-45接口）；或者3C