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1  前言

    隨著冶金企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，水資源短缺的問題日益突出，加強水資源管理，從根本上解決水資源短缺與浪費現(xiàn)象，實現(xiàn)水系統(tǒng)管理的信息化和現(xiàn)代化，對水資源進行合理開發(fā)、高效利用、優(yōu)化配置、全面節(jié)約、有效保護和綜合治理，已成為一項重要的戰(zhàn)略任務(wù)。

2  濟鋼水資源概況

    濟南鋼鐵集團總公司（以下簡稱為濟鋼）下屬單位四個供水處理車間承擔(dān)著濟鋼生產(chǎn)和生活區(qū)域所有水資源的供配水任務(wù)，水系統(tǒng)的控制主要通過四泵站、五泵站、六泵站、七泵站四個泵站實現(xiàn)對全廠水資源的分配和處理。四個供水處理車間為供水車間、環(huán)水車間、板坯水處理車間、綜合水處理車間。這些車間承擔(dān)著廠區(qū)域鋼、鐵、板、燒、型材、球團、原料、生活區(qū)等的源水、軟水、循環(huán)水、污水、生活水、污泥利用的供應(yīng)任務(wù)。它們的特點是：面積廣、分散、難于有效地綜合控制與調(diào)度。

3  系統(tǒng)設(shè)計

    為滿足水資源信息管理系統(tǒng)（以下簡稱為水系統(tǒng)）調(diào)度管理和生產(chǎn)的需要，系統(tǒng)方案設(shè)計是在基礎(chǔ)自動化級和一個微機局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立實時動態(tài)的供水管網(wǎng)趨勢網(wǎng)絡(luò)，同時能夠處理以供水管網(wǎng)為核心內(nèi)容的相關(guān)信息和遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫為一體的綜合網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。供水管網(wǎng)是建立在計算機上以對供水規(guī)劃、設(shè)計、調(diào)度、搶修和圖籍資料的檔案管理提供強有力的科學(xué)決策依據(jù)，實現(xiàn)分析決策的全計算機操作過程。

4  系統(tǒng)構(gòu)成

4.1  網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

    整個水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要由兩臺冗余實時I/O數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、兩臺歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、一臺Web應(yīng)用服務(wù)器及監(jiān)控站、數(shù)據(jù)采集PLC組成。實時I/O數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)接收與傳輸任務(wù)數(shù)據(jù)，主要將整個水系統(tǒng)的在線采集數(shù)據(jù)納入其中，完成整個水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、管網(wǎng)動態(tài)監(jiān)控等；歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器完成對重點采集數(shù)據(jù)的歷史記錄與存儲；Web應(yīng)用服務(wù)器將提供第一動力廠水信息系統(tǒng)信息的查詢，應(yīng)用服務(wù)器將處理業(yè)務(wù)應(yīng)用邏輯和中間件轉(zhuǎn)換處理。

    軟件體系將采用流行的三層C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)結(jié)合的模式，其中的中間應(yīng)用服務(wù)器將根據(jù)業(yè)務(wù)功能的需要分別建立有WIS（Water Information System，水信息系統(tǒng)）應(yīng)用服務(wù)器、采集及規(guī)則檢測應(yīng)用服務(wù)器以及Web業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器。

    建立于ORACLE9i大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上的C/S架構(gòu)軟件將實現(xiàn)各采集站和管理的全部業(yè)務(wù)邏輯功能；B/S架構(gòu)提供水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)和“用戶水平衡圖”的WEB查詢等功能。

    結(jié)合廠區(qū)的地理位置和安裝環(huán)境，共設(shè)計了七個控制子系統(tǒng)，按區(qū)域劃分為：綜合水處理區(qū)域、六泵站和化水站區(qū)域、四泵站區(qū)域、環(huán)水軟水站區(qū)域、五泵站區(qū)域、干熄焦制水站區(qū)域、板坯水處理區(qū)域。 

圖1  動力水調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)配置機理圖
 

4.2  設(shè)備選型　

(1)  服務(wù)器選型

    I/O服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器均采用康柏ProLiant ML570服務(wù)器，選用Windows 2000 Advanced Server 作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)達(dá)到盡可能高的可靠性和運轉(zhuǎn)率。
 Web服務(wù)器采用DELL PowerEdgeTM 2650，2.4 GHz 英特爾®至強TM處理器 MP 512M PC200 DDR SDRAM 36G，用于支持動力系統(tǒng)的網(wǎng)站管理。

(2)  工作站選型

    七個子系統(tǒng)分別設(shè)置17個工作站，每個工作站的PC機選擇工控計算機，在充分考慮各級水處理現(xiàn)有軟硬件條件以及人員的技術(shù)儲備、使用的便捷性以及當(dāng)前計算機技術(shù)發(fā)展的方向基礎(chǔ)上，客戶端使用Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)。

(3)  PLC選型

    鑒于系統(tǒng)數(shù)據(jù)各子站比較分散，I/O數(shù)據(jù)采集量大，基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)控制器采用可遠(yuǎn)程安裝的控制器，本方案中選用Citect控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集用MOX 603 I/O模塊，它綜合了數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控與通信、網(wǎng)絡(luò)通信以及信息管理的各項技術(shù)與理論，將計算機控制技術(shù)、信道傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)有機結(jié)合，它的設(shè)計從底層到接口都采用了適于現(xiàn)場和控制設(shè)備的多種先進的控制方案，保證遠(yuǎn)程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能完整、安全的應(yīng)用于用戶的應(yīng)用程序。各子站控制器數(shù)據(jù)可通過EtherNet與I/O SERVER連接，將本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞到中央機房，通過監(jiān)控站實現(xiàn)對全廠數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

(4)  數(shù)據(jù)采集監(jiān)控軟件

    監(jiān)控平臺采用Citect公司的工業(yè)控制軟件Citect SCADA來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)控。Citect SCADA是一個基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)的工業(yè)控制平臺，它具有的網(wǎng)絡(luò)連接能力，可以輕易地組織足夠龐大的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)。為了實現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)集中監(jiān)控的目的在中央機房安置兩種類型的Citect SCADA軟件。一種是FULL Version，這種Citect SCADA軟件負(fù)責(zé)和生產(chǎn)現(xiàn)場的子系統(tǒng)進行自己的連接采集生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，根據(jù)編程的邏輯進行報警、趨勢和報表的處理，同時它也是所有操作員站的數(shù)據(jù)來源。另外一種是Display Version的Citect SCADA，即操作員站所采用的監(jiān)控軟件，它采用了和FULL Version完全相同的軟件，唯一不同的地方是它只有顯示和操作的功能，其顯示或者操作的數(shù)據(jù)都是來自于FULL Version的。

5  系統(tǒng)解決方案

5.1  系統(tǒng)連接方案

    中央機房內(nèi)部采用的通用的EtherNet作為整個系統(tǒng)的骨架。使用CAT5雙絞線構(gòu)成100M的網(wǎng)絡(luò)。采用3COM的高端交換機構(gòu)成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心。這種交換機擁有極高的數(shù)據(jù)吞吐量、完善的安全管理、完備的數(shù)據(jù)流量控制能力，從而可以有效的保證數(shù)據(jù)可以安全可靠快速的進行交換。對外采用光纖網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)。采用光纖作為傳輸介質(zhì)可以有效的避免廠區(qū)內(nèi)大功率電器設(shè)備帶來的干擾，并且解決了采用傳統(tǒng)的雙絞線帶來的通訊距離短的問題。還可以提供上Gbps級別的通訊帶寬從而為以后系統(tǒng)的擴展帶來好處。在中央機房用光纖收發(fā)器作為光－電信號的轉(zhuǎn)換，同樣在每一個光纖接入的子系統(tǒng)都采用光纖收發(fā)器作為光－電信號的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)基于光纖介質(zhì)的EtherNet網(wǎng)絡(luò)。

5.2  數(shù)據(jù)采集和控制解決方案

    由于系統(tǒng)具有實時的監(jiān)視和控制功能，為了保證數(shù)據(jù)的及時、準(zhǔn)確、有效的防止網(wǎng)絡(luò)故障以及控制的可靠性，在全廠內(nèi)鋪設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)自己的內(nèi)部的生產(chǎn)控制級通訊網(wǎng)絡(luò)。主要將動力水廠管轄的水源地、用戶、水庫和管網(wǎng)監(jiān)測點之間進行通信，實時地把水源、用戶、工藝設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)和水壓、流量、水位和溫度等參數(shù)采集到調(diào)度中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，進行集中的處理。同時也可以把動態(tài)監(jiān)控的命令和數(shù)據(jù)下達(dá)到現(xiàn)場控制的設(shè)備。

    另外，系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有參數(shù)測量設(shè)備和PLC系統(tǒng)，如三煉鋼、寬厚板、中板分別采用QUANTUM、S7-300、GE9030不同型號的PLC控制器，為了實現(xiàn)與其他類型PLC數(shù)據(jù)之間通訊，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集，通過在PLC接入以太網(wǎng)通訊模塊或經(jīng)過公用接口上位機系統(tǒng)（帶有雙以太網(wǎng)卡）連接多個PLC系統(tǒng)轉(zhuǎn)接入中央機房，局部設(shè)備數(shù)據(jù)可就地集中控制，全部系統(tǒng)采用局域網(wǎng)互聯(lián)，調(diào)度室全面集中管理。

5.3  水信息管理系統(tǒng)方案

    水信息管理系統(tǒng)在接收到現(xiàn)場實時的數(shù)據(jù)后，將實時數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析，使系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)視、供水計劃和調(diào)度支持、主要設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、中長期和短期預(yù)測預(yù)報和調(diào)度優(yōu)化、供水管網(wǎng)的安全檢測和管理、供水計量、輔助故障分析、生產(chǎn)報表和臺帳支持、水質(zhì)記錄和分析，水信息管理系統(tǒng)功能模塊定義如圖2所示。
 

圖2  水信息管理系統(tǒng)功能模塊

   生產(chǎn)計劃子系統(tǒng)

    子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)第一動力水廠所有計劃的制訂，并跟蹤計劃的執(zhí)行情況，且對各種計劃的執(zhí)行情況進行統(tǒng)計、分析，以便及時做出調(diào)整。生產(chǎn)計劃子系統(tǒng)可使管理者逐步建立起一個完善的生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)，第一動力水廠的有關(guān)上級領(lǐng)導(dǎo)及時了解本廠的生產(chǎn)計劃情況，并可根據(jù)其實際生產(chǎn)情況及時調(diào)整公司的生產(chǎn)計劃信息，為制訂、修改、完善計劃提供有力的保障。

    生產(chǎn)計劃子系統(tǒng)包括：制水計劃管理、質(zhì)量指標(biāo)計劃管理、管網(wǎng)擴建計劃管理、閘門更換計劃管理、原材料消耗計劃管理、設(shè)備購置計劃管理、綜合計劃管理以及財務(wù)計劃管理。

   調(diào)度管理子系統(tǒng)

    調(diào)度管理子系統(tǒng)用于管理人員負(fù)責(zé)實時指揮采集制水信息、管網(wǎng)信息、設(shè)施設(shè)備動態(tài)信息，做出供水預(yù)測，逐步形成優(yōu)化調(diào)度方案，發(fā)出調(diào)度指令，以盡可能節(jié)省電耗。同時提供生產(chǎn)調(diào)度信息、日供水、日電耗、日事故信息，按任意時段進行統(tǒng)計等，并能協(xié)作公司以及水廠領(lǐng)導(dǎo)決策。

    調(diào)度管理子系統(tǒng)包括：系統(tǒng)管理、實時監(jiān)控、供水預(yù)測、在線調(diào)度、決策分析和查詢統(tǒng)計。

    管網(wǎng)地理信息子系統(tǒng)

    供水管網(wǎng)信息子系統(tǒng)是一個基于用戶群的企業(yè)級地理信息系統(tǒng)(GIS)的應(yīng)用集成系統(tǒng)，它采用當(dāng)今最先進的AM/FM/GIS技術(shù)，以GIS為核心，構(gòu)筑第一動力水廠的各種應(yīng)用。它能快捷方便地對管網(wǎng)信息進行編輯、顯示、查詢統(tǒng)計等操作；能對管網(wǎng)運行中的突發(fā)事件進行緊急事故處理，為爆管、工程施工等制定開關(guān)閘方案；能為管網(wǎng)的日常維護、規(guī)劃設(shè)計、工程改造等提供有力的科學(xué)決策依據(jù)。

    質(zhì)量保證子系統(tǒng)

    質(zhì)量保證子系統(tǒng)是核心子系統(tǒng)之一, 它是國家水質(zhì)監(jiān)測部門和供水行業(yè)質(zhì)量管理部門，實現(xiàn)水質(zhì)化驗及水質(zhì)數(shù)據(jù)處理與傳輸自動化，履行優(yōu)質(zhì)供水的承諾的可靠保證，是WIS為供水企業(yè)提供的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化整體解決方案的重要組成部分。

    設(shè)備管理子系統(tǒng)

    該子系統(tǒng)是以企業(yè)為中心的實時資產(chǎn)管理軟件，用以優(yōu)化資產(chǎn)配置和提高制造生產(chǎn)能力。設(shè)備維護管理模塊提供了多種設(shè)備管理方式，可以使維護人員或操作員有效地管理維護活動，提高人力資源的利用并延長設(shè)備壽命。各功能都是預(yù)先定制從而提供很好的維護方法。此外，它與企業(yè)實時信息的無縫集成，使得設(shè)備維護人員可以對設(shè)備使用情況進行實時跟蹤。

    成本數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

    該子系統(tǒng)是企業(yè)生產(chǎn)成本核算的基礎(chǔ)，統(tǒng)計各水處理車間的成本，并可以進行以降低生產(chǎn)成本為目的的生產(chǎn)資料和能源消耗優(yōu)化配置。該系統(tǒng)可以對生產(chǎn)成本進行動態(tài)跟蹤，生成動態(tài)成本報表。

    抄表收費子系統(tǒng)

    系統(tǒng)支持自動收費處理和人工收費兩種模式進行收費。工作人員收費時只需輸入或者記錄本月水表指數(shù)，最后將結(jié)果再通過車間客戶端計算機上載傳回服務(wù)器或者通過錄入軟件輸入到服務(wù)器。整個過程對于水用戶和抄表人員來說都是透明的，只需錄入一遍水表指數(shù)信息，系統(tǒng)就可以自動計算每個水用戶的水費信息，并以此進行收費。本系統(tǒng)可以進行計費、收費信息的查詢、統(tǒng)計、報表打印和發(fā)票打印。

   生產(chǎn)統(tǒng)計子系統(tǒng)

    生產(chǎn)統(tǒng)計系統(tǒng)使管理者逐步建立起一個完善的生產(chǎn)統(tǒng)計管理系統(tǒng)，使部門管理人員及時了解本公司的生產(chǎn)情況、營運概況。同時也是第一動力水廠及時調(diào)整生產(chǎn)方式、經(jīng)營方式的基礎(chǔ)，是廠部總結(jié)工作和制定各項計劃、經(jīng)營策略的重要依據(jù)。本系統(tǒng)主要功能包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、生產(chǎn)類統(tǒng)計報表、綜合類統(tǒng)計報表、圖形分析。

   動力廠網(wǎng)站

    為第一動力廠建立自己信息網(wǎng)站，可以通過Web瀏覽器對水廠信息進行查詢，包括水質(zhì)發(fā)布、水費統(tǒng)計、用戶水信息查詢、停水通知等等。