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1  前言

    隨著冶金企業的生產規模的不斷擴大，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象，實現水系統管理的信息化和現代化，對水資源進行合理開發、高效利用、優化配置、全面節約、有效保護和綜合治理，已成為一項重要的戰略任務。

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著濟鋼生產和生活區域所有水資源的供配水任務，水系統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、環水車間、板坯水處理車間、綜合水處理車間。這些車間承擔著廠區域鋼、鐵、板、燒、型材、球團、原料、生活區等的源水、軟水、循環水、污水、生活水、污泥利用的供應任務。它們的特點是：面積廣、分散、難于有效地綜合控制與調度。

3  系統設計

    為滿足水資源信息管理系統（以下簡稱為水系統）調度管理和生產的需要，系統方案設計是在基礎自動化級和一個微機局域網的基礎上，建立實時動態的供水管網趨勢網絡，同時能夠處理以供水管網為核心內容的相關信息和遠程監控、數據庫為一體的綜合網絡信息系統。供水管網是建立在計算機上以對供水規劃、設計、調度、搶修和圖籍資料的檔案管理提供強有力的科學決策依據，實現分析決策的全計算機操作過程。

4  系統構成

4.1  網絡設計

網絡系統拓撲結構圖如圖1所示。

    整個水系統網絡采用星型網絡拓撲結構，主要由兩臺冗余實時I/O數據庫服務器、兩臺歷史數據庫服務器、一臺Web應用服務器及監控站、數據采集PLC組成。實時I/O數據庫服務器負責接收與傳輸任務數據，主要將整個水系統的在線采集數據納入其中，完成整個水系統的數據監控、管網動態監控等；歷史數據庫服務器完成對重點采集數據的歷史記錄與存儲；Web應用服務器將提供第一動力廠水信息系統信息的查詢，應用服務器將處理業務應用邏輯和中間件轉換處理。

    軟件體系將采用流行的三層C/S結構與B/S結構結合的模式，其中的中間應用服務器將根據業務功能的需要分別建立有WIS（Water Information System，水信息系統）應用服務器、采集及規則檢測應用服務器以及Web業務應用服務器。

    建立于ORACLE9i大型數據庫系統上的C/S架構軟件將實現各采集站和管理的全部業務邏輯功能；B/S架構提供水信息系統數據和“用戶水平衡圖”的WEB查詢等功能。

    結合廠區的地理位置和安裝環境，共設計了七個控制子系統，按區域劃分為：綜合水處理區域、六泵站和化水站區域、四泵站區域、環水軟水站區域、五泵站區域、干熄焦制水站區域、板坯水處理區域。 

圖1  動力水調度中心網絡配置機理圖
 

4.2  設備選型　

(1)  服務器選型

    I/O服務器和數據庫服務器均采用康柏ProLiant ML570服務器，選用Windows 2000 Advanced Server 作為網絡服務器操作系統，保證系統達到盡可能高的可靠性和運轉率。
 Web服務器采用DELL PowerEdgeTM 2650，2.4 GHz 英特爾®至強TM處理器 MP 512M PC200 DDR SDRAM 36G，用于支持動力系統的網站管理。

(2)  工作站選型

    七個子系統分別設置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有軟硬件條件以及人員的技術儲備、使用的便捷性以及當前計算機技術發展的方向基礎上，客戶端使用Windows 2000 Professional操作系統。

(3)  PLC選型

    鑒于系統數據各子站比較分散，I/O數據采集量大，基礎自動化控制系統控制器采用可遠程安裝的控制器，本方案中選用Citect控制系統，數據采集用MOX 603 I/O模塊，它綜合了數據采集、遠程設備監控與通信、網絡通信以及信息管理的各項技術與理論，將計算機控制技術、信道傳輸技術、網絡管理技術有機結合，它的設計從底層到接口都采用了適于現場和控制設備的多種先進的控制方案，保證遠程現場的數據能完整、安全的應用于用戶的應用程序。各子站控制器數據可通過EtherNet與I/O SERVER連接，將本系統的數據傳遞到中央機房，通過監控站實現對全廠數據的監控。

(4)  數據采集監控軟件

    監控平臺采用Citect公司的工業控制軟件Citect SCADA來實現整個系統的監控。Citect SCADA是一個基于網絡環境開發的工業控制平臺，它具有的網絡連接能力，可以輕易地組織足夠龐大的網絡化監控系統。為了實現全廠數據集中監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軟件負責和生產現場的子系統進行自己的連接采集生產現場的數據，根據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據來源。另外一種是Display Version的Citect SCADA，即操作員站所采用的監控軟件，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據都是來自于FULL Version的。

5  系統解決方案

5.1  系統連接方案

    中央機房內部采用的通用的EtherNet作為整個系統的骨架。使用CAT5雙絞線構成100M的網絡。采用3COM的高端交換機構成整個系統的數據交換中心。這種交換機擁有極高的數據吞吐量、完善的安全管理、完備的數據流量控制能力，從而可以有效的保證數據可以安全可靠快速的進行交換。對外采用光纖網絡作為傳輸介質。采用光纖作為傳輸介質可以有效的避免廠區內大功率電器設備帶來的干擾，并且解決了采用傳統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的擴展帶來好處。在中央機房用光纖收發器作為光－電信號的轉換，同樣在每一個光纖接入的子系統都采用光纖收發器作為光－電信號的轉換，從而實現基于光纖介質的EtherNet網絡。

5.2  數據采集和控制解決方案

    由于系統具有實時的監視和控制功能，為了保證數據的及時、準確、有效的防止網絡故障以及控制的可靠性，在全廠內鋪設通訊網絡，建設自己的內部的生產控制級通訊網絡。主要將動力水廠管轄的水源地、用戶、水庫和管網監測點之間進行通信，實時地把水源、用戶、工藝設備的運行狀態參數和水壓、流量、水位和溫度等參數采集到調度中心的數據庫服務器中，進行集中的處理。同時也可以把動態監控的命令和數據下達到現場控制的設備。

    另外，系統充分利用現有參數測量設備和PLC系統，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，為了實現與其他類型PLC數據之間通訊，避免數據的重復采集，通過在PLC接入以太網通訊模塊或經過公用接口上位機系統（帶有雙以太網卡）連接多個PLC系統轉接入中央機房，局部設備數據可就地集中控制，全部系統采用局域網互聯，調度室全面集中管理。

5.3  水信息管理系統方案

    水信息管理系統在接收到現場實時的數據后，將實時數據進行處理和統計分析，使系統實現實時監視、供水計劃和調度支持、主要設備的遠程控制、中長期和短期預測預報和調度優化、供水管網的安全檢測和管理、供水計量、輔助故障分析、生產報表和臺帳支持、水質記錄和分析，水信息管理系統功能模塊定義如圖2所示。
 

圖2  水信息管理系統功能模塊

   生產計劃子系統

    子系統主要負責第一動力水廠所有計劃的制訂，并跟蹤計劃的執行情況，且對各種計劃的執行情況進行統計、分析，以便及時做出調整。生產計劃子系統可使管理者逐步建立起一個完善的生產計劃管理系統，第一動力水廠的有關上級領導及時了解本廠的生產計劃情況，并可根據其實際生產情況及時調整公司的生產計劃信息，為制訂、修改、完善計劃提供有力的保障。

    生產計劃子系統包括：制水計劃管理、質量指標計劃管理、管網擴建計劃管理、閘門更換計劃管理、原材料消耗計劃管理、設備購置計劃管理、綜合計劃管理以及財務計劃管理。

   調度管理子系統

    調度管理子系統用于管理人員負責實時指揮采集制水信息、管網信息、設施設備動態信息，做出供水預測，逐步形成優化調度方案，發出調度指令，以盡可能節省電耗。同時提供生產調度信息、日供水、日電耗、日事故信息，按任意時段進行統計等，并能協作公司以及水廠領導決策。

    調度管理子系統包括：系統管理、實時監控、供水預測、在線調度、決策分析和查詢統計。

    管網地理信息子系統

    供水管網信息子系統是一個基于用戶群的企業級地理信息系統(GIS)的應用集成系統，它采用當今最先進的AM/FM/GIS技術，以GIS為核心，構筑第一動力水廠的各種應用。它能快捷方便地對管網信息進行編輯、顯示、查詢統計等操作；能對管網運行中的突發事件進行緊急事故處理，為爆管、工程施工等制定開關閘方案；能為管網的日常維護、規劃設計、工程改造等提供有力的科學決策依據。

    質量保證子系統

    質量保證子系統是核心子系統之一, 它是國家水質監測部門和供水行業質量管理部門，實現水質化驗及水質數據處理與傳輸自動化，履行優質供水的承諾的可靠保證，是WIS為供水企業提供的數字化、網絡化整體解決方案的重要組成部分。

    設備管理子系統

    該子系統是以企業為中心的實時資產管理軟件，用以優化資產配置和提高制造生產能力。設備維護管理模塊提供了多種設備管理方式，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備壽命。各功能都是預先定制從而提供很好的維護方法。此外，它與企業實時信息的無縫集成，使得設備維護人員可以對設備使用情況進行實時跟蹤。

    成本數據管理子系統

    該子系統是企業生產成本核算的基礎，統計各水處理車間的成本，并可以進行以降低生產成本為目的的生產資料和能源消耗優化配置。該系統可以對生產成本進行動態跟蹤，生成動態成本報表。

    抄表收費子系統

    系統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，最后將結果再通過車間客戶端計算機上載傳回服務器或者通過錄入軟件輸入到服務器。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信息，系統就可以自動計算每個水用戶的水費信息，并以此進行收費。本系統可以進行計費、收費信息的查詢、統計、報表打印和發票打印。

   生產統計子系統

    生產統計系統使管理者逐步建立起一個完善的生產統計管理系統，使部門管理人員及時了解本公司的生產情況、營運概況。同時也是第一動力水廠及時調整生產方式、經營方式的基礎，是廠部總結工作和制定各項計劃、經營策略的重要依據。本系統主要功能包括：基礎數據錄入、生產類統計報表、綜合類統計報表、圖形分析。

   動力廠網站

    為第一動力廠建立自己信息網站，可以通過Web瀏覽器對水廠信息進行查詢，包括水質發布、水費統計、用戶水信息查詢、停水通知等等。