1  前言

    随着冶金企业的生产规模的不断扩大，水资源短缺的问题日益突出，加强水资源管理，从根本上解决水资源短缺与浪费现象，实现水系统管理的信息化和现代化，对水资源进行合理开发、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护和综合治理，已成为一项重要的战略任务。

2  济钢水资源概况

    济南钢铁集团总公司（以下简称为济钢）下属单位四个供水处理车间承担着济钢生产和生活区域所有水资源的供配水任务，水系统的控制主要通过四泵站、五泵站、六泵站、七泵站四个泵站实现对全厂水资源的分配和处理。四个供水处理车间为供水车间、环水车间、板坯水处理车间、综合水处理车间。这些车间承担着厂区域钢、铁、板、烧、型材、球团、原料、生活区等的源水、软水、循环水、污水、生活水、污泥利用的供应任务。它们的特点是：面积广、分散、难于有效地综合控制与调度。

3  系统设计

    为满足水资源信息管理系统（以下简称为水系统）调度管理和生产的需要，系统方案设计是在基础自动化级和一个微机局域网的基础上，建立实时动态的供水管网趋势网络，同时能够处理以供水管网为核心内容的相关信息和远程监控、数据库为一体的综合网络信息系统。供水管网是建立在计算机上以对供水规划、设计、调度、抢修和图籍资料的档案管理提供强有力的科学决策依据，实现分析决策的全计算机操作过程。

4  系统构成

4.1  网络设计

网络系统拓扑结构图如图1所示。

    整个水系统网络采用星型网络拓扑结构，主要由两台冗余实时I/O数据库服务器、两台历史数据库服务器、一台Web应用服务器及监控站、数据采集PLC组成。实时I/O数据库服务器负责接收与传输任务数据，主要将整个水系统的在线采集数据纳入其中，完成整个水系统的数据监控、管网动态监控等；历史数据库服务器完成对重点采集数据的历史记录与存储；Web应用服务器将提供第一动力厂水信息系统信息的查询，应用服务器将处理业务应用逻辑和中间件转换处理。

    软件体系将采用流行的三层C/S结构与B/S结构结合的模式，其中的中间应用服务器将根据业务功能的需要分别建立有WIS（Water Information System，水信息系统）应用服务器、采集及规则检测应用服务器以及Web业务应用服务器。

    建立于ORACLE9i大型数据库系统上的C/S架构软件将实现各采集站和管理的全部业务逻辑功能；B/S架构提供水信息系统数据和“用户水平衡图”的WEB查询等功能。

    结合厂区的地理位置和安装环境，共设计了七个控制子系统，按区域划分为：综合水处理区域、六泵站和化水站区域、四泵站区域、环水软水站区域、五泵站区域、干熄焦制水站区域、板坯水处理区域。 

图1  动力水调度中心网络配置机理图
 

4.2  设备选型　

(1)  服务器选型

    I/O服务器和数据库服务器均采用康柏ProLiant ML570服务器，选用Windows 2000 Advanced Server 作为网络服务器操作系统，保证系统达到尽可能高的可靠性和运转率。
 Web服务器采用DELL PowerEdgeTM 2650，2.4 GHz 英特尔®至强TM处理器 MP 512M PC200 DDR SDRAM 36G，用于支持动力系统的网站管理。

(2)  工作站选型

    七个子系统分别设置17个工作站，每个工作站的PC机选择工控计算机，在充分考虑各级水处理现有软硬件条件以及人员的技术储备、使用的便捷性以及当前计算机技术发展的方向基础上，客户端使用Windows 2000 Professional操作系统。

(3)  PLC选型

    鉴于系统数据各子站比较分散，I/O数据采集量大，基础自动化控制系统控制器采用可远程安装的控制器，本方案中选用Citect控制系统，数据采集用MOX 603 I/O模块，它综合了数据采集、远程设备监控与通信、网络通信以及信息管理的各项技术与理论，将计算机控制技术、信道传输技术、网络管理技术有机结合，它的设计从底层到接口都采用了适于现场和控制设备的多种先进的控制方案，保证远程现场的数据能完整、安全的应用于用户的应用程序。各子站控制器数据可通过EtherNet与I/O SERVER连接，将本系统的数据传递到中央机房，通过监控站实现对全厂数据的监控。

(4)  数据采集监控软件

    监控平台采用Citect公司的工业控制软件Citect SCADA来实现整个系统的监控。Citect SCADA是一个基于网络环境开发的工业控制平台，它具有的网络连接能力，可以轻易地组织足够庞大的网络化监控系统。为了实现全厂数据集中监控的目的在中央机房安置两种类型的Citect SCADA软件。一种是FULL Version，这种Citect SCADA软件负责和生产现场的子系统进行自己的连接采集生产现场的数据，根据编程的逻辑进行报警、趋势和报表的处理，同时它也是所有操作员站的数据来源。另外一种是Display Version的Citect SCADA，即操作员站所采用的监控软件，它采用了和FULL Version完全相同的软件，唯一不同的地方是它只有显示和操作的功能，其显示或者操作的数据都是来自于FULL Version的。

5  系统解决方案

5.1  系统连接方案

    中央机房内部采用的通用的EtherNet作为整个系统的骨架。使用CAT5双绞线构成100M的网络。采用3COM的高端交换机构成整个系统的数据交换中心。这种交换机拥有极高的数据吞吐量、完善的安全管理、完备的数据流量控制能力，从而可以有效的保证数据可以安全可靠快速的进行交换。对外采用光纤网络作为传输介质。采用光纤作为传输介质可以有效的避免厂区内大功率电器设备带来的干扰，并且解决了采用传统的双绞线带来的通讯距离短的问题。还可以提供上Gbps级别的通讯带宽从而为以后系统的扩展带来好处。在中央机房用光纤收发器作为光－电信号的转换，同样在每一个光纤接入的子系统都采用光纤收发器作为光－电信号的转换，从而实现基于光纤介质的EtherNet网络。

5.2  数据采集和控制解决方案

    由于系统具有实时的监视和控制功能，为了保证数据的及时、准确、有效的防止网络故障以及控制的可靠性，在全厂内铺设通讯网络，建设自己的内部的生产控制级通讯网络。主要将动力水厂管辖的水源地、用户、水库和管网监测点之间进行通信，实时地把水源、用户、工艺设备的运行状态参数和水压、流量、水位和温度等参数采集到调度中心的数据库服务器中，进行集中的处理。同时也可以把动态监控的命令和数据下达到现场控制的设备。

    另外，系统充分利用现有参数测量设备和PLC系统，如三炼钢、宽厚板、中板分别采用QUANTUM、S7-300、GE9030不同型号的PLC控制器，为了实现与其他类型PLC数据之间通讯，避免数据的重复采集，通过在PLC接入以太网通讯模块或经过公用接口上位机系统（带有双以太网卡）连接多个PLC系统转接入中央机房，局部设备数据可就地集中控制，全部系统采用局域网互联，调度室全面集中管理。

5.3  水信息管理系统方案

    水信息管理系统在接收到现场实时的数据后，将实时数据进行处理和统计分析，使系统实现实时监视、供水计划和调度支持、主要设备的远程控制、中长期和短期预测预报和调度优化、供水管网的安全检测和管理、供水计量、辅助故障分析、生产报表和台帐支持、水质记录和分析，水信息管理系统功能模块定义如图2所示。
 

图2  水信息管理系统功能模块

   生产计划子系统

    子系统主要负责第一动力水厂所有计划的制订，并跟踪计划的执行情况，且对各种计划的执行情况进行统计、分析，以便及时做出调整。生产计划子系统可使管理者逐步建立起一个完善的生产计划管理系统，第一动力水厂的有关上级领导及时了解本厂的生产计划情况，并可根据其实际生产情况及时调整公司的生产计划信息，为制订、修改、完善计划提供有力的保障。

    生产计划子系统包括：制水计划管理、质量指标计划管理、管网扩建计划管理、闸门更换计划管理、原材料消耗计划管理、设备购置计划管理、综合计划管理以及财务计划管理。

   调度管理子系统

    调度管理子系统用于管理人员负责实时指挥采集制水信息、管网信息、设施设备动态信息，做出供水预测，逐步形成优化调度方案，发出调度指令，以尽可能节省电耗。同时提供生产调度信息、日供水、日电耗、日事故信息，按任意时段进行统计等，并能协作公司以及水厂领导决策。

    调度管理子系统包括：系统管理、实时监控、供水预测、在线调度、决策分析和查询统计。

    管网地理信息子系统

    供水管网信息子系统是一个基于用户群的企业级地理信息系统(GIS)的应用集成系统，它采用当今最先进的AM/FM/GIS技术，以GIS为核心，构筑第一动力水厂的各种应用。它能快捷方便地对管网信息进行编辑、显示、查询统计等操作；能对管网运行中的突发事件进行紧急事故处理，为爆管、工程施工等制定开关闸方案；能为管网的日常维护、规划设计、工程改造等提供有力的科学决策依据。

    质量保证子系统

    质量保证子系统是核心子系统之一, 它是国家水质监测部门和供水行业质量管理部门，实现水质化验及水质数据处理与传输自动化，履行优质供水的承诺的可靠保证，是WIS为供水企业提供的数字化、网络化整体解决方案的重要组成部分。

    设备管理子系统

    该子系统是以企业为中心的实时资产管理软件，用以优化资产配置和提高制造生产能力。设备维护管理模块提供了多种设备管理方式，可以使维护人员或操作员有效地管理维护活动，提高人力资源的利用并延长设备寿命。各功能都是预先定制从而提供很好的维护方法。此外，它与企业实时信息的无缝集成，使得设备维护人员可以对设备使用情况进行实时跟踪。

    成本数据管理子系统

    该子系统是企业生产成本核算的基础，统计各水处理车间的成本，并可以进行以降低生产成本为目的的生产资料和能源消耗优化配置。该系统可以对生产成本进行动态跟踪，生成动态成本报表。

    抄表收费子系统

    系统支持自动收费处理和人工收费两种模式进行收费。工作人员收费时只需输入或者记录本月水表指数，最后将结果再通过车间客户端计算机上载传回服务器或者通过录入软件输入到服务器。整个过程对于水用户和抄表人员来说都是透明的，只需录入一遍水表指数信息，系统就可以自动计算每个水用户的水费信息，并以此进行收费。本系统可以进行计费、收费信息的查询、统计、报表打印和发票打印。

   生产统计子系统

    生产统计系统使管理者逐步建立起一个完善的生产统计管理系统，使部门管理人员及时了解本公司的生产情况、营运概况。同时也是第一动力水厂及时调整生产方式、经营方式的基础，是厂部总结工作和制定各项计划、经营策略的重要依据。本系统主要功能包括：基础数据录入、生产类统计报表、综合类统计报表、图形分析。

   动力厂网站

    为第一动力厂建立自己信息网站，可以通过Web浏览器对水厂信息进行查询，包括水质发布、水费统计、用户水信息查询、停水通知等等。