郭 川，朱立剛，李雪生，趙中陽

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司司家營北區(qū)分公司，河北 唐山 063700）

某鐵礦的供水系統(tǒng)管理模式較為落后，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，企業(yè)的指導(dǎo)思想是生產(chǎn)為中心，但在生產(chǎn)過程中未能認(rèn)識(shí)到水系統(tǒng)的重要性；其二，多層次協(xié)商供水系統(tǒng)管理制度不合理，礦部調(diào)度整體負(fù)責(zé)供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)，各分廠協(xié)調(diào)日常供水系統(tǒng)，這樣的管理可能出現(xiàn)職責(zé)不清和決策不及時(shí)的問題；其三，供水系統(tǒng)工作效率低，較長的能耗分析周期，較低的信息處理效率，主要通過手工方式進(jìn)行能源計(jì)量和開停供水泵；其四，通過文檔形式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，給后臺(tái)的分析和檢索增加了難度；其五，業(yè)務(wù)部門電話傳遞是使用供水?dāng)?shù)據(jù)的基本方式，存在較多的主觀因素，也影響到相關(guān)業(yè)務(wù)處理速度。針對(duì)以上存在的問題，為減少供水系統(tǒng)能耗，降低運(yùn)行成本，提升管理技術(shù)水平，可在PLC控制技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)供水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)與電力調(diào)度系統(tǒng)、礦部生產(chǎn)系統(tǒng)共同部署的礦部調(diào)度室，打造一體化信息平臺(tái)，助力生產(chǎn)管控和決策的實(shí)施。

1 供水系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.1 供水系統(tǒng)組成

該分散系統(tǒng)主要應(yīng)用了西門子PLC控制技術(shù)，采取分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成包括控制機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用S7系列的PLC網(wǎng)絡(luò)[1]。

圖1 S7系列的PLC網(wǎng)絡(luò)

（1）實(shí)時(shí)性。通過西門子S7模塊和WINCC監(jiān)控軟件，該系統(tǒng)能在運(yùn)行過程中及時(shí)獲取各方面信息，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集分析，具有多種借口技術(shù)。為提升系統(tǒng)的安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性以及可擴(kuò)展性等多方面性能，采取“滿足需求，適度超前”的原則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建設(shè)。

（2）可靠性。系統(tǒng)程序?yàn)镋2PROM，通常情況下，PLC能保持幾萬小時(shí)以上的平均無故障工作時(shí)間，相對(duì)于其他控制有著更高的性價(jià)比。

（3）安全性。采取分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，供水系統(tǒng)內(nèi)單個(gè)泵站設(shè)備出現(xiàn)問題的情況下，只是對(duì)該泵站造成影響，而不會(huì)中斷整個(gè)系統(tǒng)的通信。

（4）可擴(kuò)展性。供水管理系統(tǒng)所涉及到的數(shù)據(jù)會(huì)隨著供水管理系統(tǒng)的精細(xì)化和生產(chǎn)的托大而不斷增加，在S7-200泵站和S7-300泵站內(nèi)預(yù)留了模擬量、數(shù)據(jù)量模塊，通過增加程序和監(jiān)控軟件地址、變量的情況下就能滿足增加數(shù)據(jù)點(diǎn)的需求[2]。

1.2 某鐵礦供水系統(tǒng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

（1）現(xiàn)場(chǎng)。在某高壓泵站設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)控制站6個(gè)深井泵站實(shí)現(xiàn)了無人只收，只需要配備6名巡檢工就能滿足生產(chǎn)管理需求。通過現(xiàn)場(chǎng)控制站的設(shè)置，其中幾個(gè)高壓泵站系統(tǒng)能采集分區(qū)內(nèi)相關(guān)工藝參數(shù)，控制設(shè)備運(yùn)行，在出現(xiàn)局部故障的情況下，整體系統(tǒng)還能保持正常工作。

（2）狀態(tài)監(jiān)控。將監(jiān)事站是指在供水作業(yè)區(qū)，將監(jiān)控站設(shè)置在礦部調(diào)度室，通過光纖連接到計(jì)算機(jī)，能監(jiān)測(cè)全礦范圍的供水系統(tǒng)，監(jiān)控相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)信息也為科學(xué)化的供水系統(tǒng)管理提供依據(jù)。

2 監(jiān)視與遠(yuǎn)程控制

（1）供水系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)監(jiān)視。各個(gè)采集站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)信息通過站點(diǎn)PLC匯集到礦部監(jiān)控站W(wǎng)INCC，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控中收錄采集到的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采集的信息包括泵站設(shè)備的運(yùn)行狀況、計(jì)量儀表的溫度、頻率、壓力、電流和流量等。根據(jù)實(shí)際需求的不同，各站點(diǎn)CPU能自行配置任意模擬量。在監(jiān)控站內(nèi)，歷史趨勢(shì)和實(shí)時(shí)狀態(tài)都可通過WINCC曲線來得到直觀顯示[3]。

（2）供水系統(tǒng)及工序運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)視。供水系統(tǒng)的生產(chǎn)工序情況以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)都可通過站點(diǎn)CPU實(shí)時(shí)采集。在WINCC作用下，礦部調(diào)度監(jiān)控站主機(jī)能達(dá)到故障報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重要參數(shù)的多級(jí)提示和按級(jí)別設(shè)置。供水作業(yè)區(qū)只是監(jiān)視供水系統(tǒng)。

（3）供水設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。礦部調(diào)度通過監(jiān)控站主機(jī)將控制（設(shè)置）指令下達(dá)到各泵站PLC系統(tǒng)，控制供水設(shè)備的運(yùn)行或停止。

3 供水基礎(chǔ)管理

（1）供水設(shè)備管理。供水設(shè)備管理主要是進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，編制相關(guān)備件計(jì)劃。供水設(shè)備管理是集中管理加壓泵和深井泵，建立完善的設(shè)備檔案，查詢、統(tǒng)計(jì)、跟蹤供水設(shè)備的運(yùn)行臺(tái)時(shí)；統(tǒng)計(jì)、查詢、記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

（2）值班日志與報(bào)警管理。基于WebService技術(shù)，通過值班記錄軟件來對(duì)供水系統(tǒng)的突發(fā)情況和運(yùn)行狀況進(jìn)行記錄，通過網(wǎng)絡(luò)連接傳輸?shù)降V部調(diào)度生產(chǎn)值班日志。調(diào)度員可根據(jù)報(bào)警提示來采取對(duì)應(yīng)處理措施，保證生活、生產(chǎn)用水的供應(yīng)，在考核供水作業(yè)區(qū)和調(diào)度員的時(shí)候，報(bào)警處理及時(shí)性是一個(gè)重要依據(jù)。

（3）能源報(bào)表管理。通過小時(shí)、班、月、年報(bào)表的形式來自動(dòng)統(tǒng)計(jì)供水系統(tǒng)的能量計(jì)量。基于VB技術(shù)，通過GetValue在Excel單元格寫入實(shí)時(shí)變量值，通過Excel格式制作Wincc報(bào)表。應(yīng)用SIEMENS公司的tagconnectivity工具軟件包把已歸檔的變量值寫入Excel單元格里,轉(zhuǎn)化為EXCEL表進(jìn)行輸出[4]。

4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）供水設(shè)備邏輯控制。自動(dòng)運(yùn)行泵臺(tái)數(shù)的確定需要以水位區(qū)和水位點(diǎn)為依據(jù)來進(jìn)行設(shè)定，對(duì)投入自動(dòng)組態(tài)泵的數(shù)量能不能達(dá)到實(shí)際需求進(jìn)行判斷，在未能滿足的情況下會(huì)出現(xiàn)故障報(bào)警；在可組態(tài)泵數(shù)量超過投入運(yùn)行泵數(shù)量，則可對(duì)泵的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行對(duì)比分析，投入運(yùn)行累計(jì)數(shù)下的泵。在水位逐步降低的過程中，可將運(yùn)行時(shí)間長的泵慢慢退出。

（2）跨平臺(tái)、異構(gòu)應(yīng)用數(shù)據(jù)交換。礦部生產(chǎn)系統(tǒng)中使用的有windows和wincc平臺(tái)，供水系統(tǒng)可通過微軟的WebService技術(shù)來集成兩個(gè)系統(tǒng)，通過Web服務(wù)描述語言向?qū)Ψ教峁┓?wù)接口，運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)的交換是通過調(diào)用堆放對(duì)應(yīng)的服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。

（3）無人值守。通過遠(yuǎn)程控制專用操作計(jì)算機(jī)，礦部監(jiān)控站能通過供水自動(dòng)化系統(tǒng)來遠(yuǎn)程控制深井泵站等各泵站設(shè)施。供電作業(yè)區(qū)的數(shù)據(jù)只能監(jiān)視而不能被操作。專業(yè)操作計(jì)算機(jī)在Wincc界面設(shè)置操作密碼，通過泵站之間PLC和工業(yè)以太網(wǎng)的通訊能實(shí)現(xiàn)指令的下達(dá)，泵站PLC接到控制指令后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。

（4）合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該供水系統(tǒng)的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)分布式處理，在共享信息資源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上連接各個(gè)CPU。這一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，多臺(tái)CPU能共同承擔(dān)供水自動(dòng)化系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，這也是其突出特點(diǎn)，根據(jù)功能設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)主從PLC協(xié)同工作。CPU運(yùn)算處理中存在的問題通過CPU結(jié)構(gòu)得到良好解決，使其在并行多發(fā)事件的處理方面大大提升效率，在網(wǎng)絡(luò)作用下，各個(gè)功能模塊之間能實(shí)現(xiàn)有效的信息交互。

5 實(shí)施效果

①高壓泵站有著較高的可靠性，便于操作，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，房主高壓泵因帶負(fù)荷啟停而導(dǎo)致的設(shè)備、人身事故。②遠(yuǎn)程自動(dòng)配備能最優(yōu)化配置設(shè)備資源，是設(shè)備的工作效率和作業(yè)率都明顯提升，其中工作效率從之前的80%提升到90%。③可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控供水系統(tǒng)內(nèi)泵站的各設(shè)備的運(yùn)行狀況及相關(guān)參數(shù)，對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全方位、多層次監(jiān)控，使其工作效率大大提升，防止不及時(shí)處理問題而帶來的后續(xù)事故，極大地提升了設(shè)備使用壽命和可靠性，保障生產(chǎn)任務(wù)的有效完成，降低了設(shè)備維修費(fèi)用，從之前的10萬元減少到5萬元。④可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水池水位，優(yōu)化水泵配置，不會(huì)出現(xiàn)因不及時(shí)啟停泵而導(dǎo)致的水位過低缺水或水位過高跑水的情況，也降低了不均勻負(fù)荷情況下運(yùn)行或啟停泵頻繁而導(dǎo)致水單耗較高的情況，水單耗可降到之前的90%。⑤實(shí)現(xiàn)了泵站的無人值守，減少了維護(hù)人員，提升效率。

6 結(jié)束語

在該鐵礦的控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC控制技術(shù)取得了一定的效果，但還需要后續(xù)的持續(xù)完善和優(yōu)化，還可在該礦部的其他領(lǐng)域內(nèi)推廣和應(yīng)用PLC控制技術(shù)，應(yīng)用微軟WebService技術(shù)將礦部工業(yè)控制系統(tǒng)與礦部Erp系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這是后續(xù)的推廣和發(fā)展方向。