1  前言

    隨著(zhù)冶金企業(yè)的生產(chǎn)規模的不斷擴大，水資源短缺的問(wèn)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(shí)現水系統管理的信息化和現代化，對水資源進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)、高效利用、優(yōu)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(wù)。

2  濟鋼水資源概況

    濟南鋼鐵集團總公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為濟鋼）下屬單位四個(gè)供水處理車(chē)間承擔著(zhù)濟鋼生產(chǎn)和生活區域所有水資源的供配水任務(wù)，水系統的控制主要通過(guò)四泵站、五泵站、六泵站、七泵站四個(gè)泵站實(shí)現對全廠(chǎng)水資源的分配和處理。四個(gè)供水處理車(chē)間為供水車(chē)間、環(huán)水車(chē)間、板坯水處理車(chē)間、綜合水處理車(chē)間。這些車(chē)間承擔著(zhù)廠(chǎng)區域鋼、鐵、板、燒、型材、球團、原料、生活區等的源水、軟水、循環(huán)水、污水、生活水、污泥利用的供應任務(wù)。它們的特點(diǎn)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(mǎn)足水資源信息管理系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為水系統）調度管理和生產(chǎn)的需要，系統方案設計是在基礎自動(dòng)化級和一個(gè)微機局域網(wǎng)的基礎上，建立實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的供水管網(wǎng)趨勢網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)能夠處理以供水管網(wǎng)為核心內容的相關(guān)信息和遠程監控、數據庫為一體的綜合網(wǎng)絡(luò )信息系統。供水管網(wǎng)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(xué)決策依據，實(shí)現分析決策的全計算機操作過(guò)程。

4  系統構成

4.1  網(wǎng)絡(luò )設計

網(wǎng)絡(luò )系統拓撲結構圖如圖1所示。

    整個(gè)水系統網(wǎng)絡(luò )采用星型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，主要由兩臺冗余實(shí)時(shí)I/O數據庫服務(wù)器、兩臺歷史數據庫服務(wù)器、一臺Web應用服務(wù)器及監控站、數據采集PLC組成。實(shí)時(shí)I/O數據庫服務(wù)器負責接收與傳輸任務(wù)數據，主要將整個(gè)水系統的在線(xiàn)采集數據納入其中，完成整個(gè)水系統的數據監控、管網(wǎng)動(dòng)態(tài)監控等；歷史數據庫服務(wù)器完成對重點(diǎn)采集數據的歷史記錄與存儲；Web應用服務(wù)器將提供第一動(dòng)力廠(chǎng)水信息系統信息的查詢(xún)，應用服務(wù)器將處理業(yè)務(wù)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(wù)器將根據業(yè)務(wù)功能的需要分別建立有WIS（Water Information System，水信息系統）應用服務(wù)器、采集及規則檢測應用服務(wù)器以及Web業(yè)務(wù)應用服務(wù)器。

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

    結合廠(chǎng)區的地理位置和安裝環(huán)境，共設計了七個(gè)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(huán)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(dòng)力水調度中心網(wǎng)絡(luò )配置機理圖
 

4.2  設備選型　

(1)  服務(wù)器選型

    I/O服務(wù)器和數據庫服務(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，保證系統達到盡可能高的可靠性和運轉率。
 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(dòng)力系統的網(wǎng)站管理。

(2)  工作站選型

    七個(gè)子系統分別設置17個(gè)工作站，每個(gè)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(shù)儲備、使用的便捷性以及當前計算機技術(shù)發(fā)展的方向基礎上，客戶(hù)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(dòng)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(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)有機結合，它的設計從底層到接口都采用了適于現場(chǎng)和控制設備的多種先進(jìn)的控制方案，保證遠程現場(chǎng)的數據能完整、安全的應用于用戶(hù)的應用程序。各子站控制器數據可通過(guò)EtherNet與I/O SERVER連接，將本系統的數據傳遞到中央機房，通過(guò)監控站實(shí)現對全廠(chǎng)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(yè)控制軟件Citect SCADA來(lái)實(shí)現整個(gè)系統的監控。Citect SCADA是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò )環(huán)境開(kāi)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 )化監控系統。為了實(shí)現全廠(chǎng)數據集中監控的目的在中央機房安置兩種類(lèi)型的Citect SCADA軟件。一種是FULL Version，這種Citect SCADA軟件負責和生產(chǎn)現場(chǎng)的子系統進(jìn)行自己的連接采集生產(chǎn)現場(chǎng)的數據，根據編程的邏輯進(jìn)行報警、趨勢和報表的處理，同時(shí)它也是所有操作員站的數據來(lái)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(lái)自于FULL Version的。

5  系統解決方案

5.1  系統連接方案

    中央機房?jì)炔坎捎玫耐ㄓ玫腅therNet作為整個(gè)系統的骨架。使用CAT5雙絞線(xiàn)構成100M的網(wǎng)絡(luò )。采用3COM的高端交換機構成整個(gè)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(jìn)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(chǎng)區內大功率電器設備帶來(lái)的干擾，并且解決了采用傳統的雙絞線(xiàn)帶來(lái)的通訊距離短的問(wèn)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(lái)好處。在中央機房用光纖收發(fā)器作為光－電信號的轉換，同樣在每一個(gè)光纖接入的子系統都采用光纖收發(fā)器作為光－電信號的轉換，從而實(shí)現基于光纖介質(zhì)的EtherNet網(wǎng)絡(luò )。

5.2  數據采集和控制解決方案

    由于系統具有實(shí)時(shí)的監視和控制功能，為了保證數據的及時(shí)、準確、有效的防止網(wǎng)絡(luò )故障以及控制的可靠性，在全廠(chǎng)內鋪設通訊網(wǎng)絡(luò )，建設自己的內部的生產(chǎn)控制級通訊網(wǎng)絡(luò )。主要將動(dòng)力水廠(chǎng)管轄的水源地、用戶(hù)、水庫和管網(wǎng)監測點(diǎn)之間進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)地把水源、用戶(hù)、工藝設備的運行狀態(tài)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(wù)器中，進(jìn)行集中的處理。同時(shí)也可以把動(dòng)態(tài)監控的命令和數據下達到現場(chǎng)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(shí)現與其他類(lèi)型PLC數據之間通訊，避免數據的重復采集，通過(guò)在PLC接入以太網(wǎng)通訊模塊或經(jīng)過(guò)公用接口上位機系統（帶有雙以太網(wǎng)卡）連接多個(gè)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(wǎng)互聯(lián)，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(chǎng)實(shí)時(shí)的數據后，將實(shí)時(shí)數據進(jìn)行處理和統計分析，使系統實(shí)現實(shí)時(shí)監視、供水計劃和調度支持、主要設備的遠程控制、中長(cháng)期和短期預測預報和調度優(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(chǎn)計劃子系統

    子系統主要負責第一動(dòng)力水廠(chǎng)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(jìn)行統計、分析，以便及時(shí)做出調整。生產(chǎn)計劃子系統可使管理者逐步建立起一個(gè)完善的生產(chǎn)計劃管理系統，第一動(dòng)力水廠(chǎng)的有關(guān)上級領(lǐng)導及時(shí)了解本廠(chǎng)的生產(chǎn)計劃情況，并可根據其實(shí)際生產(chǎn)情況及時(shí)調整公司的生產(chǎn)計劃信息，為制訂、修改、完善計劃提供有力的保障。

    生產(chǎn)計劃子系統包括：制水計劃管理、質(zhì)量指標計劃管理、管網(wǎng)擴建計劃管理、閘門(mén)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(wù)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(shí)時(shí)指揮采集制水信息、管網(wǎng)信息、設施設備動(dòng)態(tài)信息，做出供水預測，逐步形成優(yōu)化調度方案，發(fā)出調度指令，以盡可能節省電耗。同時(shí)提供生產(chǎn)調度信息、日供水、日電耗、日事故信息，按任意時(shí)段進(jìn)行統計等，并能協(xié)作公司以及水廠(chǎng)領(lǐng)導決策。

    調度管理子系統包括：系統管理、實(shí)時(shí)監控、供水預測、在線(xiàn)調度、決策分析和查詢(xún)統計。

    管網(wǎng)地理信息子系統

    供水管網(wǎng)信息子系統是一個(gè)基于用戶(hù)群的企業(yè)級地理信息系統(GIS)的應用集成系統，它采用當今最先進(jìn)的AM/FM/GIS技術(shù)，以GIS為核心，構筑第一動(dòng)力水廠(chǎng)的各種應用。它能快捷方便地對管網(wǎng)信息進(jìn)行編輯、顯示、查詢(xún)統計等操作；能對管網(wǎng)運行中的突發(fā)事件進(jìn)行緊急事故處理，為爆管、工程施工等制定開(kāi)關(guān)閘方案；能為管網(wǎng)的日常維護、規劃設計、工程改造等提供有力的科學(xué)決策依據。

    質(zhì)量保證子系統

    質(zhì)量保證子系統是核心子系統之一, 它是國家水質(zhì)監測部門(mén)和供水行業(yè)質(zhì)量管理部門(mén)，實(shí)現水質(zhì)化驗及水質(zhì)數據處理與傳輸自動(dòng)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)提供的數字化、網(wǎng)絡(luò )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(yè)為中心的實(shí)時(shí)資產(chǎn)管理軟件，用以?xún)?yōu)化資產(chǎn)配置和提高制造生產(chǎn)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(dòng)，提高人力資源的利用并延長(cháng)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(yè)實(shí)時(shí)信息的無(wú)縫集成，使得設備維護人員可以對設備使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

    成本數據管理子系統

    該子系統是企業(yè)生產(chǎn)成本核算的基礎，統計各水處理車(chē)間的成本，并可以進(jìn)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。該系統可以對生產(chǎn)成本進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，生成動(dòng)態(tài)成本報表。

    抄表收費子系統

    系統支持自動(dòng)收費處理和人工收費兩種模式進(jìn)行收費。工作人員收費時(shí)只需輸入或者記錄本月水表指數，最后將結果再通過(guò)車(chē)間客戶(hù)端計算機上載傳回服務(wù)器或者通過(guò)錄入軟件輸入到服務(wù)器。整個(gè)過(guò)程對于水用戶(hù)和抄表人員來(lái)說(shuō)都是透明的，只需錄入一遍水表指數信息，系統就可以自動(dòng)計算每個(gè)水用戶(hù)的水費信息，并以此進(jìn)行收費。本系統可以進(jìn)行計費、收費信息的查詢(xún)、統計、報表打印和發(fā)票打印。

   生產(chǎn)統計子系統

    生產(chǎn)統計系統使管理者逐步建立起一個(gè)完善的生產(chǎn)統計管理系統，使部門(mén)管理人員及時(shí)了解本公司的生產(chǎn)情況、營(yíng)運概況。同時(shí)也是第一動(dòng)力水廠(chǎng)及時(shí)調整生產(chǎn)方式、經(jīng)營(yíng)方式的基礎，是廠(chǎng)部總結工作和制定各項計劃、經(jīng)營(yíng)策略的重要依據。本系統主要功能包括：基礎數據錄入、生產(chǎn)類(lèi)統計報表、綜合類(lèi)統計報表、圖形分析。

   動(dòng)力廠(chǎng)網(wǎng)站

    為第一動(dòng)力廠(chǎng)建立自己信息網(wǎng)站，可以通過(guò)Web瀏覽器對水廠(chǎng)信息進(jìn)行查詢(xún)，包括水質(zhì)發(fā)布、水費統計、用戶(hù)水信息查詢(xún)、停水通知等等。