一、引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)各大城市的自來(lái)水廠正逐步向“安全供水、科學(xué)管理、服務(wù)”的方向發(fā)展。因此如何提高供水質(zhì)量、達(dá)到節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)管理，是當(dāng)前自來(lái)水廠所面臨的首要問(wèn)題。另外，提高自動(dòng)化、信息化水平對(duì)自來(lái)水廠來(lái)說(shuō)也越來(lái)越重要。

　　隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，自來(lái)水廠紛紛建立起SCADA系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水廠從取水到制水、配水的全過(guò)程監(jiān)控，但在實(shí)際應(yīng)用中，真正能達(dá)到令人滿(mǎn)意效果的并不多。本方案的目的是從設(shè)計(jì)、實(shí)施到后期維護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，為用戶(hù)提供一個(gè)具有先進(jìn)技術(shù)的、易于開(kāi)發(fā)維護(hù)且易于擴(kuò)展及分步實(shí)施的解決方案。

　　二、系統(tǒng)需求

　　1.集中監(jiān)控、分散控制

　　自來(lái)水廠的監(jiān)控系統(tǒng)通常分為控制層及管理層兩層結(jié)構(gòu)?？刂茖油瓿删唧w的取水、混凝、沉淀、過(guò)濾、送水等環(huán)節(jié)的測(cè)控；管理層主要負(fù)責(zé)狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警處理等工作。控制層的各工藝環(huán)節(jié)位置分散，位于中控室的控制中心將進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，因此自來(lái)水廠具有集中監(jiān)控、分散控制的特點(diǎn)。

　　基于該特點(diǎn)，自來(lái)水廠往往在控制環(huán)節(jié)少配或不配工作人員，僅在中控室配備有經(jīng)驗(yàn)的工作人員，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“無(wú)人或少人值守”。這對(duì)SCADA系統(tǒng)的性能要求很高的，采集、分析、控制若不夠快速或者數(shù)據(jù)傳輸不夠安全，控制中心的作用便會(huì)大打折扣，就會(huì)造成工藝流程執(zhí)行的錯(cuò)誤，嚴(yán)重的還會(huì)影響供水及水質(zhì)。因此，的性能是集中監(jiān)控的關(guān)鍵。

　　2.高集成性

　　自來(lái)水廠通常在控制中心實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警，為便于控制中心了解所有有價(jià)值的數(shù)據(jù)，它會(huì)要求將所有的信息及數(shù)據(jù)集成到控制中心，如，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、報(bào)警狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)、視頻信息等?？刂浦行男柰ㄟ^(guò)一整套完整的平臺(tái)體系實(shí)現(xiàn)所有信息的觀察及聯(lián)動(dòng)。這對(duì)SCADA系統(tǒng)的集成性是一個(gè)很大的考驗(yàn)。

　　3.管理及調(diào)度

　　除了完成正常的制水、配水工作外，自來(lái)水廠作為一個(gè)企業(yè)，同樣具有成本管理、資源調(diào)配的要求。這要求計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)除了對(duì)各工藝環(huán)節(jié)有控制功能外，還需要考慮如何控制zui節(jié)約成本，對(duì)資源的浪費(fèi)zui小。為了實(shí)現(xiàn)這些上層的管理及調(diào)度功能，需要SCADA系統(tǒng)能夠匯總大量的過(guò)程數(shù)據(jù)，針對(duì)這些數(shù)據(jù)結(jié)合優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)的分析，zui終做出指導(dǎo)性的決策。

　　三、系統(tǒng)解決要點(diǎn)

　　-與工藝環(huán)節(jié)的PLC、儀表進(jìn)行通訊，快速采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　-保證數(shù)據(jù)完整性，對(duì)采集鏈路、通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、

　　-歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的冗余功能，異常時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的切換，在網(wǎng)絡(luò)中斷、網(wǎng)速過(guò)慢時(shí)將數(shù)據(jù)緩存。

　　-對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及狀態(tài)進(jìn)行直觀逼真的展示（如動(dòng)畫(huà)、報(bào)表、趨勢(shì)等），進(jìn)行多

　　-種報(bào)警及預(yù)警檢測(cè)，并采用多種方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警通知。對(duì)已發(fā)生的故障實(shí)現(xiàn)直觀的事故追憶。

　　-對(duì)大量的高密度的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行高性能的壓縮存儲(chǔ)。

　　-以存儲(chǔ)的大量歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)的優(yōu)化計(jì)算與分析。

　　-提供多種開(kāi)放性接口，便于其它第三方系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)分析。

　　-在Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)中將實(shí)時(shí)、歷史、報(bào)警等數(shù)據(jù)以集成的方式進(jìn)行發(fā)布，使用戶(hù)可在IE中實(shí)現(xiàn)瀏覽。

　　四、解決方案

　　1.系統(tǒng)配置

圖1 系統(tǒng)配置圖

　　2.軟件部署

圖2  軟件部署結(jié)構(gòu)

　　-I/O 數(shù)據(jù)采集軟件（I/O Server3.0）：快速采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，與SCADA軟件、上層集控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　-SCADA軟件（KingSCADA 3.0）：以圖形、動(dòng)畫(huà)、報(bào)表、趨勢(shì)等手段展現(xiàn)泵站的工藝流程、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，完成操作員在上位機(jī)上的的控制。

　　-工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)（KingHistorian 3.0）：存儲(chǔ)大量的過(guò)程數(shù)據(jù)，在采集、存儲(chǔ)、檢索方面具有強(qiáng)大的性能，它是深層分析與統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　-客戶(hù)端軟件（KingSCADA Client）：基于C/S架構(gòu)，是KingSCADA3.0的客戶(hù)端軟件。為操作員提供日常操作所需的操作平臺(tái)，也可滿(mǎn)足分布式的要求。

　　-展示平臺(tái)（KingGraphic）：是大量歷史數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的分析展示平臺(tái)，管理人員可通過(guò)趨勢(shì)、報(bào)表、歷史回放等手段了解水廠過(guò)去的狀況、分析未來(lái)的趨勢(shì)。

　　-計(jì)算平臺(tái)（KingCalculation）：針對(duì)自來(lái)水廠運(yùn)行特點(diǎn)，采用多種專(zhuān)業(yè)算法，在大量過(guò)程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算。

　　-報(bào)警與事件檢測(cè)平臺(tái)（KingA&E）：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)，采用多種檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的報(bào)警事件檢測(cè)，在事故發(fā)生前及時(shí)預(yù)警，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

　　-門(mén)戶(hù)軟件（KingProtal）：將多種數(shù)據(jù)集成后以門(mén)戶(hù)的形式向廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)進(jìn)行發(fā)布，用戶(hù)可從網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)瀏覽。

　　3.方案功能

　　-硬件設(shè)備的支持能力

　　自來(lái)水廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，會(huì)與各種硬件設(shè)備進(jìn)行通訊（如PLC、水質(zhì)檢測(cè)儀表、水泵機(jī)組、機(jī)組電氣柜等），采集現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，反映給SCADA軟件同時(shí)保存到工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。這就要求系統(tǒng)能具有與各種廠家硬件設(shè)備的通訊能力，并支持各種通訊協(xié)議。方案中的I/O Server 3.0支持與1500多家3000多種硬件通訊，并支持多種標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，如MODBUS、Profibus、CAN、OPC等。使得軟件產(chǎn)品可輕松得與各硬件設(shè)備進(jìn)行組合。

圖3 支持的硬件設(shè)備

　　-有效的安全措施

　　基于“集中監(jiān)控、分散控制”的特點(diǎn)，SCADA系統(tǒng)“采集、分析、控制”的安全性與穩(wěn)定性，無(wú)疑是用戶(hù)zui為關(guān)心的，這就需要SCADA系統(tǒng)在安全穩(wěn)定方面具有強(qiáng)大的性能。

　　KingSCADA3.0系統(tǒng)支持雙機(jī)冗余、雙網(wǎng)絡(luò)冗余、雙設(shè)備冗余，可以分別針對(duì)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備的故障實(shí)現(xiàn)切換，并且支持獨(dú)立的冗余通道，可確保1秒的切換，可保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的連續(xù)完整。系統(tǒng)提供專(zhuān)門(mén)的性能監(jiān)視工具，便于用戶(hù)及時(shí)了解跟采集與傳輸有關(guān)的各項(xiàng)信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷時(shí)，可講數(shù)據(jù)本地緩存，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳，如此一來(lái)，即使發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷，也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

圖4 獨(dú)立的冗余探測(cè)通道                                                   

圖8  WEB瀏覽界面

圖5 性能監(jiān)視工具

　　-一體化的平臺(tái)體系

　　自動(dòng)化技術(shù)快速發(fā)展的今天，SCADA系統(tǒng)已經(jīng)不再是過(guò)去簡(jiǎn)單的與設(shè)備通訊、顯示數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令這么簡(jiǎn)單了。隨著自來(lái)水廠對(duì)管理功能要求的不斷加深，自來(lái)水廠迫切需要的是集采集、監(jiān)視、控制、調(diào)度于一身的一體化平臺(tái)。這就需要將自動(dòng)化與信息化相結(jié)合，在系統(tǒng)中除了具有監(jiān)控作用的組態(tài)軟件，還需要有具有分析、調(diào)度功能的決策系統(tǒng)。

　　方案中的KingCalculation就是針對(duì)大量過(guò)程數(shù)據(jù)，結(jié)合自來(lái)水行業(yè)的復(fù)雜算法進(jìn)行計(jì)算分析的軟件平臺(tái)；KingA&E是將“數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)化為“狀態(tài)”，進(jìn)行預(yù)警的判斷與觸發(fā)的軟件平臺(tái)，可進(jìn)行超前的趨勢(shì)分析。他們的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)KingHistorian。zui終的分析信息、預(yù)警信息、決策類(lèi)提示信息均在展示平臺(tái)KingGraphic上進(jìn)行集中顯示。

圖6 平臺(tái)體系

　　-豐富的系統(tǒng)接口

　　為滿(mǎn)足城市的統(tǒng)一供水調(diào)度的需要，各區(qū)縣的自來(lái)水廠往往需要將數(shù)據(jù)上傳至自來(lái)水公司，由自來(lái)水公司的供水調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)管與協(xié)調(diào)。為了便于自來(lái)水公司供水調(diào)度系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，水廠的SCADA系統(tǒng)需具有豐富的開(kāi)放性接口，本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集軟件、SCADA軟件、工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、上層分析展示軟件等多種不同類(lèi)型的軟件組成，具有多種數(shù)據(jù)接口，如API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM等，支持SQL語(yǔ)句查詢(xún)。利用這些接口，可以方便的與其它第三方軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

圖7 豐富的接口

　　-web功能

　　Web功能采用B/S結(jié)構(gòu)，可對(duì)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)進(jìn)行發(fā)布，客戶(hù)可以隨時(shí)隨地通過(guò)Internet/Intranet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。如廠長(zhǎng)辦公室的電腦可通過(guò)IE瀏覽器實(shí)時(shí)瀏覽畫(huà)面，監(jiān)控各種工業(yè)數(shù)據(jù)。若對(duì)廣域網(wǎng)發(fā)布，那么無(wú)論用戶(hù)身處何地，均可異地進(jìn)行監(jiān)控，這樣做的好處是，便于企業(yè)*無(wú)論在何地，即便是出差也可及時(shí)了解有價(jià)值的數(shù)據(jù)。