自动化改造光衰消减
——以云南普朗铜矿为例

杨超 韩咏梅 杨涛

1.昆明维恒升自控技术有限公司 云南 昆明 650105；2.云南迪庆有色金属有限责任公司 云南 香格里拉 674400

引言

云南迪庆有色金属有限责任公司普朗铜矿，一直秉承绿色、环保、数字化矿山的建设理念，对矿区的给排水系统提出智能化集中控制的要求。普朗铜矿生活水来自孙诺永河，雨季水质较差，全矿饮用水安全存在安全隐患。给排水系统较为分散，给水净化站、生活污水处理站远离矿区需人员值班，回水处理及加压泵房、锅炉房也需要现场值班人员。为了实现无人值守，改善作业环境，降低饮用水安全风险、消除选矿工艺流程的回水加压系统的安全隐患，实施水质在线监测及给排水自动化改造，实现调度中心远程在线集中监控，实现矿区给排水自动化远程控制，无人值守，长期稳定运行。

1 自动化网络系统

1.1 网络系统的构建

现场有生活给排水水处理工艺流程，水质在线监测，给水净化站、回水处理及加压泵房、供暖锅炉房、生活污水处理站四个作业点。实现给排水PLC控制站与DCS系统通信，最终集成到调度中心，实现自动化控制、远程监视与控制。

根据现场设备分部情况，结合各工段工艺流程运行原理和其间的相互联系，新建6套PLC控制站，结合原有的PLC控制站，分别监控给排水系统区域内的设备。现场PLC控制站施工、调试完成后，与矿区原霍尼韦尔DCS系统的连接、通信、融合。

分析原DCS系统的网络架构，确定了新建PLC控制站融入原DCS系统的接入点，根据各接入点的现场情况，制定了不同的通信融入方案，确保新老系统成为一个整体，长期稳定运行。

图1 自控系统网络结构图

1.2 PLC对DCS的接入点

根据现场情况，依据工艺特点，本着就近原则，确定了4个PLC汇集接入点，1个DCS系统汇总接入点。

1.2.1 ①号给取水、给水净化接入点。生活水坝控制站PLC1，生产水坝控制站PLC2，新增次氯酸钠控制站STC，原次氯酸钠控制站PLC3-1，全部接入PLC3，PLC3作为生活水取水处理区域的汇集点，与给水净化站DCS站通信。

1.2.2 ②号回水加压泵房接入点。回水处理及回水加压泵房PLC4，接入回水加压泵DCS站。

1.2.3 ③号锅炉房接入点。原锅炉自带的PLC5-1，2，3, 3套PLC接入锅炉房控制站PLC5，接入磨浮车间DCS站。

1.2.4 ④号污水处理站接入点。原污水处理设备自带PLC7控制站，接入污水处理控制站PLC6，通过备用光纤，经职工食堂机房、调度中心机房，接入磨浮车间DCS站。

1.2.5 DCS汇总接入点。前述的4个PLC汇集接入点，最终汇总连接到磨浮车间DCS站，磨浮车间DCS作为控制副中心，接入调度中心DCS系统，对给排水系统进行实时远程监控。

2 光衰问题和消减方案

2.1 光衰问题分析

做自控系统综合调试时，发现污水处理PLC6、PLC7控制站与DCS系统间的数据传输不稳定。在调度中心DCS上位机界面观察，污水处理系统的数据时有时无，控制指令不能及时传达，严重时通信中断。在磨浮车间DCS上位机界面检查，情况相同。

前期做污水处理自控系统分部调试，状态良好，PLC现场触摸屏操控正常，初步判断，④号污水处理站PLC6接入点及后续的网络连接出现问题，导致通信故障。

2.1.1 通信故障分析。分析光纤连通路径，原光纤回路使用原用1芯A，为原DCS系统通信回路，通信稳定。

重点检查新光纤回路：从磨浮车间DCS机柜到污水处理站PLC6机柜，接入点为④号，选用原单模光纤的备用芯（光纤B）；磨浮车间DCS机柜中，跨机柜尾纤4根15m跳线，通过4km的单模光纤（光纤B）连接到调度中心网络机柜，跨机柜尾纤3根3m跳线，通过1km的单模光纤（光纤B）连接到职工食堂网络机柜，跨机柜尾纤3根3m跳线，通过0.8km的单模光纤（光纤B）连接到污水处理站PLC6机柜。光纤线路长，机柜间尾纤跳线多，光纤熔接点多，施工处理不当，设备选型不当，都将影响到网络通信稳定性、连续性。

图2 污水处理站PLC6到磨浮车间DCS光纤路线图

2.1.2 光衰问题发现。检查通信光纤（光纤B）回路的连通情况。采用最直接、简单的办法，用红光笔检查光纤的通断情况。

把红光笔发射端口对准磨浮车间DCS机柜尾纤盘端口，打开开关后红光发射，在污水处理站尾纤盘对应端口，目测检验，红光强度极弱，基本无光。

再分段检查，从磨浮车间DCS机柜到调度中心网络机柜，对应尾纤端口，红光较强；从调度中心网络机到职工食堂网络机柜，对应尾纤端口，红光较强；从职工食堂网络机柜到污水处理站PLC6机柜，对应尾纤端口，红光很弱，初步怀疑是光衰问题。

2.1.3 光衰问题分析。查找关于光衰发生的原理分析和光衰消除处置的相关资料。首先要知道影响光纤衰减的因素，才能对症下药[1]。

2.1.3.1 造成光纤衰减的主要因素有：弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。

2.1.3.2 确定光衰数据和重点问题部位。用光功率计检查测量光衰情况，调整光功率计波长为1310nm，逐段检查单模光纤光衰数据。一般来说，光纤允许的损耗最大值是-40dB，但要达到稳定的效果，光的损耗不能大于-25dB，这是光终端设备正常、稳定运行的临界值。

从磨浮车间DCS机柜尾纤端口，到调度中心网络机柜对应尾纤端口，光衰值为-18dB，本段合格。

从调度中心网络机柜尾纤端口，到职工食堂网络机柜对应尾纤端口，光衰值为-21dB，本段合格。

从职工食堂网络机柜尾纤端口，到污水处理站PLC6对应尾纤端口，光衰为-35dB，光衰比较严重。

根据测量结果，现场分析问题出现的重点部位和原因：①职工食堂网络机柜和污水处理站PLC6之间，尾纤接头可能熔接不好，尾纤接头可能有松动。②各光纤传输段均有光衰，累计光衰值很大，导致最终光接收端污水处理站PLC6柜内对应尾纤端口几乎无光，需处理好光传输的各段导致光衰的问题。

3.2 光衰消减方案

通过反复试验，考虑光纤质量较好，结合现场情况，排除光纤衰减主要因素中的光纤本征、杂质、不均匀的影响，着手从光纤弯曲、挤压、对接等方面解决光衰问题，同时更换合适设备，增加光传导强度[2]。

3.2.1 磨浮车间DCS机柜与污水处理站机柜增加一对光电收发器，增加光传输的收发强度。

3.2.2 从职工食堂机柜到污水处理站PLC6，更换24芯光纤中的备用芯。

3.2.3 重做职工食堂网络机柜和污水处理站机柜内尾纤熔接，固定尾纤接头；固定其他各段尾纤接头。

最后用光功率计检查测量光衰情况，光纤全线段测量，磨浮车间DCS机柜与污水处理PLC站机柜间光衰减数值为-19dB合格，通信正常、稳定[3]。

图3 光衰问题及消减方案图

4 结束语

经过艰苦的努力，光衰问题得以解决，污水处理PLC6控制站与磨浮车间DCS系统之间通信，实现了数据传输稳定，通信良好。新增自控系统融入原控制DCS系统，矿区的控制系统成为一个整体，稳定运行，给排水系统自动化改造工程顺利完成。本次成功改造，降低了1200人生活饮用水安全风险，减少现场值班人员，提高了普朗铜矿自动化程度，为实现绿色、环保、数字化矿山提供有力保障。