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摘 要： 通过分析目前莱钢老区生产供水情况，分析莱钢清泥沟目前供水系统存在问题，探讨应用自动化系统的可行性。
关键词： 供水自动化；管网平衡；控制系统
中图分类号：P641.8 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0410069-02
概述
莱钢老区的生产系统及供水系统均建于70年代的建厂初期。老区的炼铁厂、烧结厂、焦化厂等生产单位的生产用水主要由清泥沟供水系统供应，清泥沟供水系统由清一级深井泵（称清一级水源地）和清二级加压泵房组成。清一级水源地有21眼深井，电机功率分别为30-140KW，每井为单泵配置，其中，2#、3#、4#、6#、9#、20#为软启控制，其余为直接启动。运行参数及现场运行状况，依靠值班人员四次/每班，到机房现场检测。
清二级加压泵站于2005年进行了扩容改造，新增的泵房系统实现二级泵站的供水闭环控制，由2台高压水泵、2台低压水泵和1台变频水泵组成。老泵房系统并没有随之改造提高，由于新老管网系统具有工艺关联性，在生产运行中逐步显现出以下几个问题，对公司生产效率和效益的提高造成了一定的影响：
1）供水点分散，管理难度大。目前清泥沟水源地的深井分布在周边二十多平方公里范围内。
2）系统控制自动化水平低。老区供水系统没有建立整体网络控制平台，大多数的运行参数控制主要依靠人工凭经验进行调整。
3）劳动密集，生产效率低。由于各泵站分散且联系单一，手工进行设备操作、设备检修，人工统计数据、制作报表，造成维护工作十分复杂，并会耗费大量的人力物力，造成不必要的浪费。
4）系统波动大，运行不经济。由于人工控制的信息传递时间延迟，造成老区供水系统压力处于较大波动状态，一是运行能耗偏高，二压力波动容易造成设备损坏，造成直接经济损失。
2 系统规划
根据清泥沟水源地分布及供水设施配置，以安全、可靠、经济和可扩展的原则，控制分为二级控制：一级清泥沟水源地系统通过无线传输设备与二级清泥沟加压站系统进行数据通信；二级清泥沟加压站系统通过有线网络（骨干网）完成对一级清泥沟水源地系统的信号采集、泵启停控制和阀门开关控制，并且具备转发所有数据到调度中心的功能，为供水整个系统实现自动化打下基础。
各级中央控制系统功能：
1）清二级加压泵站
在清二级加压泵站设置一终端机，可实现：一是完成对清一级21眼深井的信号采集及井群控制和监视；二是完成该加压泵站的信号采集及控制；三是完成数据包的转发上传功能。四是泵房新老系统均实现恒压供水。
外围井群的采集主要通过无线传输，点对多点的方式，逐一访问每一点。此加压系统有水池液位、管网压力、流量及电压、电流采集，可根据信号量灵活配置采集、控制单元，达到操作人员“一键在手，控制全局”的目的。
2）清一级水源地
在每口水源井配置一采集控制柜，预留各种计算机标准接口，实现对流量、压力、电压、电流、水井水位的采集，控制水泵的启停、电动阀门的开关，以及各种报警信号接入。通道传输部分采用点对多点的无线通讯，与二级加压站系统实现无线通讯。在二级控制加压泵站的用户系统具有遥测遥信、故障自动报警、报警事件纪录、统计、图文报表等功能。目前，2#、3#、4#、6#、9#、20#为软启控制，其余为直接启动，需对其余泵加装软启设备，实现软启控制。
3 系统设计功能特点及目标
3.1 系统功能
3.1.1 数据监控功能
遥测量：电压、电流、压力、流量、液位；
遥信量：泵的运行状态、阀门开关状态；
遥控量：遥控泵启、停，阀门开关。
3.1.2 数据处理
完成各监测点的电压、电流、压力、流量、液位的监测，历史趋势记录，24小时遥测量平均值处理。监测点泵、阀出现故障时，向调度中心发出报警信息。
3.2 系统画面
画面类型包括：各泵站地理分布图、模拟现场工艺流程图、电压、电流、流量、压力、液位曲线图、模拟棒图、数据报表。
显示内容：遥测量、遥信量、遥调量等实时数据和状态，通过键盘或者鼠标的简单操作，完成遥控、遥调命令。
3.3 打印功能
定时打印班报表、日报表、月报表、季报表、年报表；召唤打印显示报表和历史报表；所示打印异常和事故；随时打印操作记录。
3.4 系统目标
1）有效提高了系统的可靠性，具备实现过压、过流、欠压、短路、断路、过载等保护功能。
2）提高了水力能源的管理水平、使得能源合理配置，实现异地远距离开停机组，减轻工人的劳动强度。
3）提高了设备管理水平，实现设备的微机化管理和设备的实时在线管理。
4）及时发现运行设备故障，及时处理，提高了预测和应对突发事件的能力。
5）奠定信息化基础，为全厂ERP系统的实现打下基础。
4 技术方案说明
本系统主要解决二级加压泵站中控室对各个一级水井数据的采集和监控。整个系统中包括一个主站和21个从站。其中，主站设在清二级中控室，从站分别设在各个水井处。是一个典型的点对多点星型结构无线通信系统。
二级监控室采用两台终端服务器，负责收集各采集站上报的数据、处理报警、统计数据、提供数据库管理等功能，监控中心可配置多个操作员工作站和工程师工作站负责显示、打印、操作、上报数据、配置系统等工作，同时负责数据与中心控制室之间的数据传送。
一级采集站建议采用西门子S7-200的PLC和无线数传电台组成，PLC用于采集流量、压力、液位、电压、电流等模拟信号，和设备状态信号，经无线电台将数据上报到监控中心，并且实时响应上机监控中心发来的遥控命令，对深井泵进行远程遥控操作。
为了保证通信质量，建议选用美国MDS公司的无线数传电台MDS2710A。本系统中，主站使用200MHz全向天线，各从站使用200MHz定向天线。并要保证主站天线的位置高于各从站天线的位置。此外，MDS2710A和S7-200 PLC之间使用直连线进行连接。MDS2710是专业级的全数字数传电台。它的设计采用了DSP芯片，有信道编码，前向纠错功能。它采用了数字调制解调CPFSK、相干解调、均衡软判决等技术，软件处理增益达7dB。
4.1 监控室配置（清二级加压泵站）
1）两台终端服务器采用研华工控机，主频P4 2.4G，内存512M，硬盘80G，配10/100Mbps高速自适应网卡，声卡、音箱，带USB接口。
2）激光打印机选用HP2020，用于统计报表、实时数据、历史数据等打印。
3）无线数传机选用美国高性能MDS2710A设备一套，用于和一级泵站建立数据交换；配备200MHz全向天线、避雷器等设备。
4）后备电源选用科华3KVA UPS不间断电源，保证两台服务器的有效运行。
5）操作系统为中文WIN2000专业版，监控软件为Ifix3.5，画面简洁明了便于操作。
4.2 现场采集站配置（清一级水源地）
1）现场数据采集选用西门子S7-200 PLC，其中CPU226 DC/DC/DC 24输入/16输出1块，EM231模拟量4通道输入模块2块，24VDC电源一块，用于对电压、电流、压力、液位、流量和水泵、电动阀状态的采集，以及泵、电动阀的开、关控制。
2）无线数传机选用美国高性能MDS2710A设备一套，用于和二级监控室建立数据交换；配备200MHz定向天线、避雷器等设备。
3）对于没有软启设备的泵站，增加施耐德软启动器ATS48多套。
4）检测元件电磁流量计、压力变送器多台。
5 清泥沟供水系统自动化的优点
清泥沟供水系统自动化建立后，可以实现管网压力系统控制，通过计算机系统根据用户需求调整系统压力平衡，避免供水系统的大幅度波动，优化生产工艺及生产调整方式，使系统达到经济运行状态，降低系统运行成本和能耗，满足莱钢老区生产用水的正常需求，创造较大的经济效益和社会效益。同时，自动化控制系统的运用，可以提高莱钢供水系统管理水平和控制能力，使供水系统成为热线动力供应中一个有机的、最为高效的链条。
作者简介：
周莉（1978-），女，工程师，现从事资产管理、工艺技术管理和节能环保循环经济管理工作。
关键词： 供水自动化；管网平衡；控制系统
中图分类号：P641.8 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0410069-02
概述
莱钢老区的生产系统及供水系统均建于70年代的建厂初期。老区的炼铁厂、烧结厂、焦化厂等生产单位的生产用水主要由清泥沟供水系统供应，清泥沟供水系统由清一级深井泵（称清一级水源地）和清二级加压泵房组成。清一级水源地有21眼深井，电机功率分别为30-140KW，每井为单泵配置，其中，2#、3#、4#、6#、9#、20#为软启控制，其余为直接启动。运行参数及现场运行状况，依靠值班人员四次/每班，到机房现场检测。
清二级加压泵站于2005年进行了扩容改造，新增的泵房系统实现二级泵站的供水闭环控制，由2台高压水泵、2台低压水泵和1台变频水泵组成。老泵房系统并没有随之改造提高，由于新老管网系统具有工艺关联性，在生产运行中逐步显现出以下几个问题，对公司生产效率和效益的提高造成了一定的影响：
1）供水点分散，管理难度大。目前清泥沟水源地的深井分布在周边二十多平方公里范围内。
2）系统控制自动化水平低。老区供水系统没有建立整体网络控制平台，大多数的运行参数控制主要依靠人工凭经验进行调整。
3）劳动密集，生产效率低。由于各泵站分散且联系单一，手工进行设备操作、设备检修，人工统计数据、制作报表，造成维护工作十分复杂，并会耗费大量的人力物力，造成不必要的浪费。
4）系统波动大，运行不经济。由于人工控制的信息传递时间延迟，造成老区供水系统压力处于较大波动状态，一是运行能耗偏高，二压力波动容易造成设备损坏，造成直接经济损失。
2 系统规划
根据清泥沟水源地分布及供水设施配置，以安全、可靠、经济和可扩展的原则，控制分为二级控制：一级清泥沟水源地系统通过无线传输设备与二级清泥沟加压站系统进行数据通信；二级清泥沟加压站系统通过有线网络（骨干网）完成对一级清泥沟水源地系统的信号采集、泵启停控制和阀门开关控制，并且具备转发所有数据到调度中心的功能，为供水整个系统实现自动化打下基础。
各级中央控制系统功能：
1）清二级加压泵站
在清二级加压泵站设置一终端机，可实现：一是完成对清一级21眼深井的信号采集及井群控制和监视；二是完成该加压泵站的信号采集及控制；三是完成数据包的转发上传功能。四是泵房新老系统均实现恒压供水。
外围井群的采集主要通过无线传输，点对多点的方式，逐一访问每一点。此加压系统有水池液位、管网压力、流量及电压、电流采集，可根据信号量灵活配置采集、控制单元，达到操作人员“一键在手，控制全局”的目的。
2）清一级水源地
在每口水源井配置一采集控制柜，预留各种计算机标准接口，实现对流量、压力、电压、电流、水井水位的采集，控制水泵的启停、电动阀门的开关，以及各种报警信号接入。通道传输部分采用点对多点的无线通讯，与二级加压站系统实现无线通讯。在二级控制加压泵站的用户系统具有遥测遥信、故障自动报警、报警事件纪录、统计、图文报表等功能。目前，2#、3#、4#、6#、9#、20#为软启控制，其余为直接启动，需对其余泵加装软启设备，实现软启控制。
3 系统设计功能特点及目标
3.1 系统功能
3.1.1 数据监控功能
遥测量：电压、电流、压力、流量、液位；
遥信量：泵的运行状态、阀门开关状态；
遥控量：遥控泵启、停，阀门开关。
3.1.2 数据处理
完成各监测点的电压、电流、压力、流量、液位的监测，历史趋势记录，24小时遥测量平均值处理。监测点泵、阀出现故障时，向调度中心发出报警信息。
3.2 系统画面
画面类型包括：各泵站地理分布图、模拟现场工艺流程图、电压、电流、流量、压力、液位曲线图、模拟棒图、数据报表。
显示内容：遥测量、遥信量、遥调量等实时数据和状态，通过键盘或者鼠标的简单操作，完成遥控、遥调命令。
3.3 打印功能
定时打印班报表、日报表、月报表、季报表、年报表；召唤打印显示报表和历史报表；所示打印异常和事故；随时打印操作记录。
3.4 系统目标
1）有效提高了系统的可靠性，具备实现过压、过流、欠压、短路、断路、过载等保护功能。
2）提高了水力能源的管理水平、使得能源合理配置，实现异地远距离开停机组，减轻工人的劳动强度。
3）提高了设备管理水平，实现设备的微机化管理和设备的实时在线管理。
4）及时发现运行设备故障，及时处理，提高了预测和应对突发事件的能力。
5）奠定信息化基础，为全厂ERP系统的实现打下基础。
4 技术方案说明
本系统主要解决二级加压泵站中控室对各个一级水井数据的采集和监控。整个系统中包括一个主站和21个从站。其中，主站设在清二级中控室，从站分别设在各个水井处。是一个典型的点对多点星型结构无线通信系统。
二级监控室采用两台终端服务器，负责收集各采集站上报的数据、处理报警、统计数据、提供数据库管理等功能，监控中心可配置多个操作员工作站和工程师工作站负责显示、打印、操作、上报数据、配置系统等工作，同时负责数据与中心控制室之间的数据传送。
一级采集站建议采用西门子S7-200的PLC和无线数传电台组成，PLC用于采集流量、压力、液位、电压、电流等模拟信号，和设备状态信号，经无线电台将数据上报到监控中心，并且实时响应上机监控中心发来的遥控命令，对深井泵进行远程遥控操作。
为了保证通信质量，建议选用美国MDS公司的无线数传电台MDS2710A。本系统中，主站使用200MHz全向天线，各从站使用200MHz定向天线。并要保证主站天线的位置高于各从站天线的位置。此外，MDS2710A和S7-200 PLC之间使用直连线进行连接。MDS2710是专业级的全数字数传电台。它的设计采用了DSP芯片，有信道编码，前向纠错功能。它采用了数字调制解调CPFSK、相干解调、均衡软判决等技术，软件处理增益达7dB。
4.1 监控室配置（清二级加压泵站）
1）两台终端服务器采用研华工控机，主频P4 2.4G，内存512M，硬盘80G，配10/100Mbps高速自适应网卡，声卡、音箱，带USB接口。
2）激光打印机选用HP2020，用于统计报表、实时数据、历史数据等打印。
3）无线数传机选用美国高性能MDS2710A设备一套，用于和一级泵站建立数据交换；配备200MHz全向天线、避雷器等设备。
4）后备电源选用科华3KVA UPS不间断电源，保证两台服务器的有效运行。
5）操作系统为中文WIN2000专业版，监控软件为Ifix3.5，画面简洁明了便于操作。
4.2 现场采集站配置（清一级水源地）
1）现场数据采集选用西门子S7-200 PLC，其中CPU226 DC/DC/DC 24输入/16输出1块，EM231模拟量4通道输入模块2块，24VDC电源一块，用于对电压、电流、压力、液位、流量和水泵、电动阀状态的采集，以及泵、电动阀的开、关控制。
2）无线数传机选用美国高性能MDS2710A设备一套，用于和二级监控室建立数据交换；配备200MHz定向天线、避雷器等设备。
3）对于没有软启设备的泵站，增加施耐德软启动器ATS48多套。
4）检测元件电磁流量计、压力变送器多台。
5 清泥沟供水系统自动化的优点
清泥沟供水系统自动化建立后，可以实现管网压力系统控制，通过计算机系统根据用户需求调整系统压力平衡，避免供水系统的大幅度波动，优化生产工艺及生产调整方式，使系统达到经济运行状态，降低系统运行成本和能耗，满足莱钢老区生产用水的正常需求，创造较大的经济效益和社会效益。同时，自动化控制系统的运用，可以提高莱钢供水系统管理水平和控制能力，使供水系统成为热线动力供应中一个有机的、最为高效的链条。
作者简介：
周莉（1978-），女，工程师，现从事资产管理、工艺技术管理和节能环保循环经济管理工作。