自動化改造光衰消減
——以云南普朗銅礦為例

楊超 韓詠梅 楊濤

1.昆明維恒升自控技術有限公司 云南 昆明 650105；2.云南迪慶有色金屬有限責任公司 云南 香格里拉 674400

引言

云南迪慶有色金屬有限責任公司普朗銅礦，一直秉承綠色、環(huán)保、數字化礦山的建設理念，對礦區(qū)的給排水系統提出智能化集中控制的要求。普朗銅礦生活水來自孫諾永河，雨季水質較差，全礦飲用水安全存在安全隱患。給排水系統較為分散，給水凈化站、生活污水處理站遠離礦區(qū)需人員值班，回水處理及加壓泵房、鍋爐房也需要現場值班人員。為了實現無人值守，改善作業(yè)環(huán)境，降低飲用水安全風險、消除選礦工藝流程的回水加壓系統的安全隱患，實施水質在線監(jiān)測及給排水自動化改造，實現調度中心遠程在線集中監(jiān)控，實現礦區(qū)給排水自動化遠程控制，無人值守，長期穩(wěn)定運行。

1 自動化網絡系統

1.1 網絡系統的構建

現場有生活給排水水處理工藝流程，水質在線監(jiān)測，給水凈化站、回水處理及加壓泵房、供暖鍋爐房、生活污水處理站四個作業(yè)點。實現給排水PLC控制站與DCS系統通信，最終集成到調度中心，實現自動化控制、遠程監(jiān)視與控制。

根據現場設備分部情況，結合各工段工藝流程運行原理和其間的相互聯系，新建6套PLC控制站，結合原有的PLC控制站，分別監(jiān)控給排水系統區(qū)域內的設備。現場PLC控制站施工、調試完成后，與礦區(qū)原霍尼韋爾DCS系統的連接、通信、融合。

分析原DCS系統的網絡架構，確定了新建PLC控制站融入原DCS系統的接入點，根據各接入點的現場情況，制定了不同的通信融入方案，確保新老系統成為一個整體，長期穩(wěn)定運行。

圖1 自控系統網絡結構圖

1.2 PLC對DCS的接入點

根據現場情況，依據工藝特點，本著就近原則，確定了4個PLC匯集接入點，1個DCS系統匯總接入點。

1.2.1 ①號給取水、給水凈化接入點。生活水壩控制站PLC1，生產水壩控制站PLC2，新增次氯酸鈉控制站STC，原次氯酸鈉控制站PLC3-1，全部接入PLC3，PLC3作為生活水取水處理區(qū)域的匯集點，與給水凈化站DCS站通信。

1.2.2 ②號回水加壓泵房接入點。回水處理及回水加壓泵房PLC4，接入回水加壓泵DCS站。

1.2.3 ③號鍋爐房接入點。原鍋爐自帶的PLC5-1，2，3, 3套PLC接入鍋爐房控制站PLC5，接入磨浮車間DCS站。

1.2.4 ④號污水處理站接入點。原污水處理設備自帶PLC7控制站，接入污水處理控制站PLC6，通過備用光纖，經職工食堂機房、調度中心機房，接入磨浮車間DCS站。

1.2.5 DCS匯總接入點。前述的4個PLC匯集接入點，最終匯總連接到磨浮車間DCS站，磨浮車間DCS作為控制副中心，接入調度中心DCS系統，對給排水系統進行實時遠程監(jiān)控。

2 光衰問題和消減方案

2.1 光衰問題分析

做自控系統綜合調試時，發(fā)現污水處理PLC6、PLC7控制站與DCS系統間的數據傳輸不穩(wěn)定。在調度中心DCS上位機界面觀察，污水處理系統的數據時有時無，控制指令不能及時傳達，嚴重時通信中斷。在磨浮車間DCS上位機界面檢查，情況相同。

前期做污水處理自控系統分部調試，狀態(tài)良好，PLC現場觸摸屏操控正常，初步判斷，④號污水處理站PLC6接入點及后續(xù)的網絡連接出現問題，導致通信故障。

2.1.1 通信故障分析。分析光纖連通路徑，原光纖回路使用原用1芯A，為原DCS系統通信回路，通信穩(wěn)定。

重點檢查新光纖回路：從磨浮車間DCS機柜到污水處理站PLC6機柜，接入點為④號，選用原單模光纖的備用芯（光纖B）；磨浮車間DCS機柜中，跨機柜尾纖4根15m跳線，通過4km的單模光纖（光纖B）連接到調度中心網絡機柜，跨機柜尾纖3根3m跳線，通過1km的單模光纖（光纖B）連接到職工食堂網絡機柜，跨機柜尾纖3根3m跳線，通過0.8km的單模光纖（光纖B）連接到污水處理站PLC6機柜。光纖線路長，機柜間尾纖跳線多，光纖熔接點多，施工處理不當，設備選型不當，都將影響到網絡通信穩(wěn)定性、連續(xù)性。

圖2 污水處理站PLC6到磨浮車間DCS光纖路線圖

2.1.2 光衰問題發(fā)現。檢查通信光纖（光纖B）回路的連通情況。采用最直接、簡單的辦法，用紅光筆檢查光纖的通斷情況。

把紅光筆發(fā)射端口對準磨浮車間DCS機柜尾纖盤端口，打開開關后紅光發(fā)射，在污水處理站尾纖盤對應端口，目測檢驗，紅光強度極弱，基本無光。

再分段檢查，從磨浮車間DCS機柜到調度中心網絡機柜，對應尾纖端口，紅光較強；從調度中心網絡機到職工食堂網絡機柜，對應尾纖端口，紅光較強；從職工食堂網絡機柜到污水處理站PLC6機柜，對應尾纖端口，紅光很弱，初步懷疑是光衰問題。

2.1.3 光衰問題分析。查找關于光衰發(fā)生的原理分析和光衰消除處置的相關資料。首先要知道影響光纖衰減的因素，才能對癥下藥[1]。

2.1.3.1 造成光纖衰減的主要因素有：彎曲：光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉，造成損耗。擠壓：光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。雜質：光纖內雜質吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。對接：光纖對接時產生的損耗，如：不同軸，端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和熔接質量差等。

2.1.3.2 確定光衰數據和重點問題部位。用光功率計檢查測量光衰情況，調整光功率計波長為1310nm，逐段檢查單模光纖光衰數據。一般來說，光纖允許的損耗最大值是-40dB，但要達到穩(wěn)定的效果，光的損耗不能大于-25dB，這是光終端設備正常、穩(wěn)定運行的臨界值。

從磨浮車間DCS機柜尾纖端口，到調度中心網絡機柜對應尾纖端口，光衰值為-18dB，本段合格。

從調度中心網絡機柜尾纖端口，到職工食堂網絡機柜對應尾纖端口，光衰值為-21dB，本段合格。

從職工食堂網絡機柜尾纖端口，到污水處理站PLC6對應尾纖端口，光衰為-35dB，光衰比較嚴重。

根據測量結果，現場分析問題出現的重點部位和原因：①職工食堂網絡機柜和污水處理站PLC6之間，尾纖接頭可能熔接不好，尾纖接頭可能有松動。②各光纖傳輸段均有光衰，累計光衰值很大，導致最終光接收端污水處理站PLC6柜內對應尾纖端口幾乎無光，需處理好光傳輸的各段導致光衰的問題。

3.2 光衰消減方案

通過反復試驗，考慮光纖質量較好，結合現場情況，排除光纖衰減主要因素中的光纖本征、雜質、不均勻的影響，著手從光纖彎曲、擠壓、對接等方面解決光衰問題，同時更換合適設備，增加光傳導強度[2]。

3.2.1 磨浮車間DCS機柜與污水處理站機柜增加一對光電收發(fā)器，增加光傳輸的收發(fā)強度。

3.2.2 從職工食堂機柜到污水處理站PLC6，更換24芯光纖中的備用芯。

3.2.3 重做職工食堂網絡機柜和污水處理站機柜內尾纖熔接，固定尾纖接頭；固定其他各段尾纖接頭。

最后用光功率計檢查測量光衰情況，光纖全線段測量，磨浮車間DCS機柜與污水處理PLC站機柜間光衰減數值為-19dB合格，通信正常、穩(wěn)定[3]。

圖3 光衰問題及消減方案圖

4 結束語

經過艱苦的努力，光衰問題得以解決，污水處理PLC6控制站與磨浮車間DCS系統之間通信，實現了數據傳輸穩(wěn)定，通信良好。新增自控系統融入原控制DCS系統，礦區(qū)的控制系統成為一個整體，穩(wěn)定運行，給排水系統自動化改造工程順利完成。本次成功改造，降低了1200人生活飲用水安全風險，減少現場值班人員，提高了普朗銅礦自動化程度，為實現綠色、環(huán)保、數字化礦山提供有力保障。