PLC控制技術在鐵礦供水管理中的應用

郭 川，朱立剛，李雪生，趙中陽

（河北鋼鐵集團礦業有限公司司家營北區分公司，河北 唐山 063700）

某鐵礦的供水系統管理模式較為落后，主要體現在以下幾個方面：其一，企業的指導思想是生產為中心，但在生產過程中未能認識到水系統的重要性；其二，多層次協商供水系統管理制度不合理，礦部調度整體負責供水系統調節，各分廠協調日常供水系統，這樣的管理可能出現職責不清和決策不及時的問題；其三，供水系統工作效率低，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行能源計量和開停供水泵；其四，通過文檔形式來存儲數據，給后臺的分析和檢索增加了難度；其五，業務部門電話傳遞是使用供水數據的基本方式，存在較多的主觀因素，也影響到相關業務處理速度。針對以上存在的問題，為減少供水系統能耗，降低運行成本，提升管理技術水平，可在PLC控制技術基礎上對供水監控系統進行設計優化，實現供水系統與電力調度系統、礦部生產系統共同部署的礦部調度室，打造一體化信息平臺，助力生產管控和決策的實施。

1 供水系統組成及網絡結構

1.1 供水系統組成

該分散系統主要應用了西門子PLC控制技術，采取分層網絡結構，構成包括控制機和現場級。系統結構采用S7系列的PLC網絡[1]。

圖1 S7系列的PLC網絡

（1）實時性。通過西門子S7模塊和WINCC監控軟件，該系統能在運行過程中及時獲取各方面信息，可實現數據采集分析，具有多種借口技術。為提升系統的安全性、可靠性、實時性以及可擴展性等多方面性能，采取“滿足需求，適度超前”的原則進行網絡結構的設計和建設。

（2）可靠性。系統程序為E2PROM，通常情況下，PLC能保持幾萬小時以上的平均無故障工作時間，相對于其他控制有著更高的性價比。

（3）安全性。采取分層網絡結構形式，供水系統內單個泵站設備出現問題的情況下，只是對該泵站造成影響，而不會中斷整個系統的通信。

（4）可擴展性。供水管理系統所涉及到的數據會隨著供水管理系統的精細化和生產的托大而不斷增加，在S7-200泵站和S7-300泵站內預留了模擬量、數據量模塊，通過增加程序和監控軟件地址、變量的情況下就能滿足增加數據點的需求[2]。

1.2 某鐵礦供水系統自動化網絡設計

（1）現場。在某高壓泵站設置現場控制站6個深井泵站實現了無人只收，只需要配備6名巡檢工就能滿足生產管理需求。通過現場控制站的設置，其中幾個高壓泵站系統能采集分區內相關工藝參數，控制設備運行，在出現局部故障的情況下，整體系統還能保持正常工作。

（2）狀態監控。將監事站是指在供水作業區，將監控站設置在礦部調度室，通過光纖連接到計算機，能監測全礦范圍的供水系統，監控相關設備的運行狀態，這些數據信息也為科學化的供水系統管理提供依據。

2 監視與遠程控制

（1）供水系統過程數據監視。各個采集站點的網絡信息通過站點PLC匯集到礦部監控站WINCC，在實時數據控中收錄采集到的數據。系統采集的信息包括泵站設備的運行狀況、計量儀表的溫度、頻率、壓力、電流和流量等。根據實際需求的不同，各站點CPU能自行配置任意模擬量。在監控站內，歷史趨勢和實時狀態都可通過WINCC曲線來得到直觀顯示[3]。

（2）供水系統及工序運轉狀態監視。供水系統的生產工序情況以及設備的運行狀態都可通過站點CPU實時采集。在WINCC作用下，礦部調度監控站主機能達到故障報警功能，實現系統重要參數的多級提示和按級別設置。供水作業區只是監視供水系統。

（3）供水設備的遠程控制。礦部調度通過監控站主機將控制（設置）指令下達到各泵站PLC系統，控制供水設備的運行或停止。

3 供水基礎管理

（1）供水設備管理。供水設備管理主要是進行設備維護，編制相關備件計劃。供水設備管理是集中管理加壓泵和深井泵，建立完善的設備檔案，查詢、統計、跟蹤供水設備的運行臺時；統計、查詢、記錄設備運行狀態。

（2）值班日志與報警管理。基于WebService技術，通過值班記錄軟件來對供水系統的突發情況和運行狀況進行記錄，通過網絡連接傳輸到礦部調度生產值班日志。調度員可根據報警提示來采取對應處理措施，保證生活、生產用水的供應，在考核供水作業區和調度員的時候，報警處理及時性是一個重要依據。

（3）能源報表管理。通過小時、班、月、年報表的形式來自動統計供水系統的能量計量。基于VB技術，通過GetValue在Excel單元格寫入實時變量值，通過Excel格式制作Wincc報表。應用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,轉化為EXCEL表進行輸出[4]。

4 關鍵技術

（1）供水設備邏輯控制。自動運行泵臺數的確定需要以水位區和水位點為依據來進行設定，對投入自動組態泵的數量能不能達到實際需求進行判斷，在未能滿足的情況下會出現故障報警；在可組態泵數量超過投入運行泵數量，則可對泵的運行時間進行對比分析，投入運行累計數下的泵。在水位逐步降低的過程中，可將運行時間長的泵慢慢退出。

（2）跨平臺、異構應用數據交換。礦部生產系統中使用的有windows和wincc平臺，供水系統可通過微軟的WebService技術來集成兩個系統，通過Web服務描述語言向對方提供服務接口，運行過程中，數據的交換是通過調用堆放對應的服務來實現。

（3）無人值守。通過遠程控制專用操作計算機，礦部監控站能通過供水自動化系統來遠程控制深井泵站等各泵站設施。供電作業區的數據只能監視而不能被操作。專業操作計算機在Wincc界面設置操作密碼，通過泵站之間PLC和工業以太網的通訊能實現指令的下達，泵站PLC接到控制指令后進行現場控制。

（4）合理的網絡結構。該供水系統的分層網絡結構能實現分布式處理，在共享信息資源網絡結構上連接各個CPU。這一網絡結構中，多臺CPU能共同承擔供水自動化系統的各項功能，這也是其突出特點，根據功能設計，該結構主從PLC協同工作。CPU運算處理中存在的問題通過CPU結構得到良好解決，使其在并行多發事件的處理方面大大提升效率，在網絡作用下，各個功能模塊之間能實現有效的信息交互。

5 實施效果

①高壓泵站有著較高的可靠性，便于操作，實現了遠程自動控制，房主高壓泵因帶負荷啟停而導致的設備、人身事故。②遠程自動配備能最優化配置設備資源，是設備的工作效率和作業率都明顯提升，其中工作效率從之前的80%提升到90%。③可實時遠程監控供水系統內泵站的各設備的運行狀況及相關參數，對設備實現全方位、多層次監控，使其工作效率大大提升，防止不及時處理問題而帶來的后續事故，極大地提升了設備使用壽命和可靠性，保障生產任務的有效完成，降低了設備維修費用，從之前的10萬元減少到5萬元。④可遠程監測水池水位，優化水泵配置，不會出現因不及時啟停泵而導致的水位過低缺水或水位過高跑水的情況，也降低了不均勻負荷情況下運行或啟停泵頻繁而導致水單耗較高的情況，水單耗可降到之前的90%。⑤實現了泵站的無人值守，減少了維護人員，提升效率。

6 結束語

在該鐵礦的控制系統中應用PLC控制技術取得了一定的效果，但還需要后續的持續完善和優化，還可在該礦部的其他領域內推廣和應用PLC控制技術，應用微軟WebService技術將礦部工業控制系統與礦部Erp系統進行數據交換，這是后續的推廣和發展方向。