PLC控制技术在铁矿供水管理中的应用

郭 川，朱立刚，李雪生，赵中阳

（河北钢铁集团矿业有限公司司家营北区分公司，河北 唐山 063700）

某铁矿的供水系统管理模式较为落后，主要体现在以下几个方面：其一，企业的指导思想是生产为中心，但在生产过程中未能认识到水系统的重要性；其二，多层次协商供水系统管理制度不合理，矿部调度整体负责供水系统调节，各分厂协调日常供水系统，这样的管理可能出现职责不清和决策不及时的问题；其三，供水系统工作效率低，较长的能耗分析周期，较低的信息处理效率，主要通过手工方式进行能源计量和开停供水泵；其四，通过文档形式来存储数据，给后台的分析和检索增加了难度；其五，业务部门电话传递是使用供水数据的基本方式，存在较多的主观因素，也影响到相关业务处理速度。针对以上存在的问题，为减少供水系统能耗，降低运行成本，提升管理技术水平，可在PLC控制技术基础上对供水监控系统进行设计优化，实现供水系统与电力调度系统、矿部生产系统共同部署的矿部调度室，打造一体化信息平台，助力生产管控和决策的实施。

1 供水系统组成及网络结构

1.1 供水系统组成

该分散系统主要应用了西门子PLC控制技术，采取分层网络结构，构成包括控制机和现场级。系统结构采用S7系列的PLC网络[1]。

图1 S7系列的PLC网络

（1）实时性。通过西门子S7模块和WINCC监控软件，该系统能在运行过程中及时获取各方面信息，可实现数据采集分析，具有多种借口技术。为提升系统的安全性、可靠性、实时性以及可扩展性等多方面性能，采取“满足需求，适度超前”的原则进行网络结构的设计和建设。

（2）可靠性。系统程序为E2PROM，通常情况下，PLC能保持几万小时以上的平均无故障工作时间，相对于其他控制有着更高的性价比。

（3）安全性。采取分层网络结构形式，供水系统内单个泵站设备出现问题的情况下，只是对该泵站造成影响，而不会中断整个系统的通信。

（4）可扩展性。供水管理系统所涉及到的数据会随着供水管理系统的精细化和生产的托大而不断增加，在S7-200泵站和S7-300泵站内预留了模拟量、数据量模块，通过增加程序和监控软件地址、变量的情况下就能满足增加数据点的需求[2]。

1.2 某铁矿供水系统自动化网络设计

（1）现场。在某高压泵站设置现场控制站6个深井泵站实现了无人只收，只需要配备6名巡检工就能满足生产管理需求。通过现场控制站的设置，其中几个高压泵站系统能采集分区内相关工艺参数，控制设备运行，在出现局部故障的情况下，整体系统还能保持正常工作。

（2）状态监控。将监事站是指在供水作业区，将监控站设置在矿部调度室，通过光纤连接到计算机，能监测全矿范围的供水系统，监控相关设备的运行状态，这些数据信息也为科学化的供水系统管理提供依据。

2 监视与远程控制

（1）供水系统过程数据监视。各个采集站点的网络信息通过站点PLC汇集到矿部监控站WINCC，在实时数据控中收录采集到的数据。系统采集的信息包括泵站设备的运行状况、计量仪表的温度、频率、压力、电流和流量等。根据实际需求的不同，各站点CPU能自行配置任意模拟量。在监控站内，历史趋势和实时状态都可通过WINCC曲线来得到直观显示[3]。

（2）供水系统及工序运转状态监视。供水系统的生产工序情况以及设备的运行状态都可通过站点CPU实时采集。在WINCC作用下，矿部调度监控站主机能达到故障报警功能，实现系统重要参数的多级提示和按级别设置。供水作业区只是监视供水系统。

（3）供水设备的远程控制。矿部调度通过监控站主机将控制（设置）指令下达到各泵站PLC系统，控制供水设备的运行或停止。

3 供水基础管理

（1）供水设备管理。供水设备管理主要是进行设备维护，编制相关备件计划。供水设备管理是集中管理加压泵和深井泵，建立完善的设备档案，查询、统计、跟踪供水设备的运行台时；统计、查询、记录设备运行状态。

（2）值班日志与报警管理。基于WebService技术，通过值班记录软件来对供水系统的突发情况和运行状况进行记录，通过网络连接传输到矿部调度生产值班日志。调度员可根据报警提示来采取对应处理措施，保证生活、生产用水的供应，在考核供水作业区和调度员的时候，报警处理及时性是一个重要依据。

（3）能源报表管理。通过小时、班、月、年报表的形式来自动统计供水系统的能量计量。基于VB技术，通过GetValue在Excel单元格写入实时变量值，通过Excel格式制作Wincc报表。应用SIEMENS公司的tagconnectivity工具软件包把已归档的变量值写入Excel单元格里,转化为EXCEL表进行输出[4]。

4 关键技术

（1）供水设备逻辑控制。自动运行泵台数的确定需要以水位区和水位点为依据来进行设定，对投入自动组态泵的数量能不能达到实际需求进行判断，在未能满足的情况下会出现故障报警；在可组态泵数量超过投入运行泵数量，则可对泵的运行时间进行对比分析，投入运行累计数下的泵。在水位逐步降低的过程中，可将运行时间长的泵慢慢退出。

（2）跨平台、异构应用数据交换。矿部生产系统中使用的有windows和wincc平台，供水系统可通过微软的WebService技术来集成两个系统，通过Web服务描述语言向对方提供服务接口，运行过程中，数据的交换是通过调用堆放对应的服务来实现。

（3）无人值守。通过远程控制专用操作计算机，矿部监控站能通过供水自动化系统来远程控制深井泵站等各泵站设施。供电作业区的数据只能监视而不能被操作。专业操作计算机在Wincc界面设置操作密码，通过泵站之间PLC和工业以太网的通讯能实现指令的下达，泵站PLC接到控制指令后进行现场控制。

（4）合理的网络结构。该供水系统的分层网络结构能实现分布式处理，在共享信息资源网络结构上连接各个CPU。这一网络结构中，多台CPU能共同承担供水自动化系统的各项功能，这也是其突出特点，根据功能设计，该结构主从PLC协同工作。CPU运算处理中存在的问题通过CPU结构得到良好解决，使其在并行多发事件的处理方面大大提升效率，在网络作用下，各个功能模块之间能实现有效的信息交互。

5 实施效果

①高压泵站有着较高的可靠性，便于操作，实现了远程自动控制，房主高压泵因带负荷启停而导致的设备、人身事故。②远程自动配备能最优化配置设备资源，是设备的工作效率和作业率都明显提升，其中工作效率从之前的80%提升到90%。③可实时远程监控供水系统内泵站的各设备的运行状况及相关参数，对设备实现全方位、多层次监控，使其工作效率大大提升，防止不及时处理问题而带来的后续事故，极大地提升了设备使用寿命和可靠性，保障生产任务的有效完成，降低了设备维修费用，从之前的10万元减少到5万元。④可远程监测水池水位，优化水泵配置，不会出现因不及时启停泵而导致的水位过低缺水或水位过高跑水的情况，也降低了不均匀负荷情况下运行或启停泵频繁而导致水单耗较高的情况，水单耗可降到之前的90%。⑤实现了泵站的无人值守，减少了维护人员，提升效率。

6 结束语

在该铁矿的控制系统中应用PLC控制技术取得了一定的效果，但还需要后续的持续完善和优化，还可在该矿部的其他领域内推广和应用PLC控制技术，应用微软WebService技术将矿部工业控制系统与矿部Erp系统进行数据交换，这是后续的推广和发展方向。