珠海供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者：林景秀 王杭州

珠海水務(wù)集團(tuán)有限公司

摘要：該文闡述了珠海供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)施方案，并對(duì)實(shí)現(xiàn)的功能、系統(tǒng)的建設(shè)情況進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)人才培養(yǎng)需求提出了建議，供同行參考。

關(guān)鍵詞：珠海水務(wù)集團(tuán)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)

1、背景

珠海市水務(wù)集團(tuán)有限公司下屬水廠有：拱北水廠、香洲水廠、唐家水廠、西城水廠、南區(qū)水廠、乾務(wù)水廠、龍井水廠、三灶水廠、平沙水廠等；取水泵站有平崗泵站、廣昌泵站、裕洲泵站、黃楊泵站、竹洲頭泵站、南沙灣泵站、蓮溪泵站等；加壓站有：橋西加壓站、白蕉加壓站、大鏡山調(diào)咸站等；水庫(kù)有鳳凰山水庫(kù)、大鏡山水庫(kù)、南屏水庫(kù)、竹銀水庫(kù)等。廠、站、水庫(kù)眾多，因此自動(dòng)化系統(tǒng)也多，存在眾多不同品牌的PLC。如AB、西門(mén)子、GE、施耐德、歐姆龍、泓格等等，多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議存在，如DH+、工業(yè)以太網(wǎng)、Device Net、Modbus RTU、Hart、Modbus TCP/IP等。

由于各個(gè)水廠、泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施時(shí)間不一以及當(dāng)時(shí)技術(shù)上的限制，各個(gè)水廠、泵站目前的自動(dòng)化系統(tǒng)都是以單機(jī)版為主的監(jiān)控系統(tǒng)，組態(tài)軟件也多樣化、如RSview32、WinCC、組態(tài)王等。且一般自成一體，無(wú)法與外部組合聯(lián)網(wǎng)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法交流互通，這是導(dǎo)致各個(gè)水廠、泵站的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)成為信息孤島的主要原因。

雖然目前部分水廠、泵站通過(guò)ODBC、GPRS等方式傳送部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)到信息中心服務(wù)器，數(shù)據(jù)寫(xiě)入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，然后用WEB定時(shí)刷新的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)視。但其以30/60分鐘為單位的處理時(shí)間顯然實(shí)時(shí)性不足，而且連接的數(shù)據(jù)量也非常有限，不能對(duì)各個(gè)車(chē)間的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行記錄，因此無(wú)法完成實(shí)時(shí)監(jiān)控的任務(wù)；而且歷史記錄處理及瀏覽查詢(xún)功能不足，生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)手段有限的情況下，無(wú)法滿(mǎn)足日益緊張的供水形勢(shì)，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)調(diào)度工作要求越來(lái)越高、各廠站生產(chǎn)配合越來(lái)越緊密的現(xiàn)實(shí)需求。

因此對(duì)各廠、站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化、圖形化、網(wǎng)絡(luò)化處理，對(duì)數(shù)據(jù)的互通與共享已成為各級(jí)生產(chǎn)部門(mén)的迫切需求。

2、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

2.1全面監(jiān)控

將所有具備網(wǎng)絡(luò)條件的水廠、泵站的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)全部連接起來(lái)，以工藝流程圖形化的方式，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地展示出來(lái)。底層數(shù)據(jù)采用值變通知機(jī)制，同時(shí)圖形矢量化、數(shù)據(jù)XML化，全部畫(huà)面能動(dòng)態(tài)放大縮小、拖拽移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)美觀、易用、實(shí)用的監(jiān)控功能。

2.2大容量高速度

實(shí)現(xiàn)用IE及專(zhuān)用客戶(hù)端同時(shí)訪問(wèn)，精確細(xì)致、快速高效，即使用目前配置最低的電腦也能高速瀏覽。只要是內(nèi)部網(wǎng)能通的地方，都能登陸訪問(wèn)。系統(tǒng)容量達(dá)到500個(gè)用戶(hù)同時(shí)在線也能流暢運(yùn)行,與5個(gè)用戶(hù)在線的速度一樣；系統(tǒng)達(dá)到無(wú)限數(shù)據(jù)點(diǎn)且不限客戶(hù)端數(shù)量，可以真正實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的展示方式。

2.3移動(dòng)監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)移動(dòng)監(jiān)控功能，為生產(chǎn)管理者實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的數(shù)據(jù)監(jiān)控。目前的APP客戶(hù)端已支持Android系統(tǒng)、蘋(píng)果iOS系統(tǒng)智能手機(jī)。實(shí)現(xiàn)了與PC相同的監(jiān)控功能，這使監(jiān)控技術(shù)提高到了一個(gè)全新的應(yīng)用水平。

2.4高效歷史數(shù)據(jù)庫(kù)

提供高壓縮比的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)無(wú)須分離或篩選，2000個(gè)數(shù)據(jù)記錄，以每分鐘為單位，記錄一年容量不超過(guò)800M，可不間斷記錄10年以上。并且提供功能完善、圖形化的歷史記錄查詢(xún)方式，能動(dòng)態(tài)調(diào)整X、Y軸參數(shù)，功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)潔易用。

2.5與外部數(shù)據(jù)庫(kù)連接

系統(tǒng)能對(duì)外部數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，能將自動(dòng)生成的報(bào)表、手動(dòng)錄入的補(bǔ)充報(bào)表，自動(dòng)備份至外部數(shù)據(jù)庫(kù)（如：SQL Server、Oracle等），以供其它程序調(diào)用，同時(shí)也起到一個(gè)可靠備份的作用。

2.6更多的擴(kuò)展功能

    系統(tǒng)還能根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，不斷擴(kuò)展其它功能。以不斷更新、持續(xù)改進(jìn)方式使系統(tǒng)功能不斷完善，使用更方便。

3、實(shí)施方案

    珠海供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大的子系統(tǒng)，它將含概珠海市所有水廠、取水泵站、加壓泵站的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控。因此涉及到這些廠、站的自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)和數(shù)據(jù)采集。目前已直接連接超過(guò)70個(gè)PLC子站，3個(gè)大型數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（Modbus TCP/IP），全部建成估計(jì)連接PLC子站超過(guò)120個(gè)。它將為珠海水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

系統(tǒng)主要由“PLC集成系統(tǒng)、子數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中央服務(wù)器系統(tǒng)”等組成。其中網(wǎng)絡(luò)連接可以是光纖以太網(wǎng)、無(wú)線以太網(wǎng)、用4G路由器組成的網(wǎng)絡(luò)等。

3.1通信方式

    各廠站大部分有自控系統(tǒng)，不同的自控系統(tǒng)采取不同的通訊方案。目前主要使用RSlinx OPC、KpeServer OPC這兩種通信方式進(jìn)行連接，無(wú)法直接通信的使用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后再連接。通過(guò)通訊軟件、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、OPC服務(wù)器等技術(shù)，將數(shù)據(jù)直接傳到集團(tuán)公司的組態(tài)服務(wù)器，或先匯集至本地的數(shù)據(jù)服務(wù)器，然后再統(tǒng)一傳送至集團(tuán)公司的組態(tài)服務(wù)器。

3.2 HMI Server中央服務(wù)器系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中央服務(wù)器系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)HMI組態(tài)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器系統(tǒng)組成，是整個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分。它既要承擔(dān)數(shù)以百計(jì)來(lái)自各種客戶(hù)端的在線服務(wù)請(qǐng)求，更要接收處理來(lái)自各個(gè)子服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。中央服務(wù)器中HMI組態(tài)軟件的選擇將是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。

3.3網(wǎng)絡(luò)HMI組態(tài)系統(tǒng)

    應(yīng)選用基于WEB平臺(tái)架構(gòu)的組態(tài)軟件，確保多用戶(hù)并發(fā)訪問(wèn)的速度，同時(shí)具有優(yōu)秀的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。以此建立起來(lái)系統(tǒng)具有如下幾個(gè)突出的特點(diǎn)：

A、跨平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)，不依賴(lài)任何服務(wù)器環(huán)境平臺(tái)，支持多種IE及客戶(hù)端同步訪問(wèn)方式，客戶(hù)端數(shù)量300個(gè)或以上，客戶(hù)端可跨平臺(tái)布署，能同時(shí)布署windows、Android、蘋(píng)果iOS等；

    B、獨(dú)有的服務(wù)器內(nèi)核結(jié)構(gòu)，BS/CS模式同屬于一個(gè)服務(wù)器內(nèi)核，項(xiàng)目無(wú)須發(fā)布或轉(zhuǎn)換，保存即可立刻通過(guò)IE訪問(wèn)，所見(jiàn)即所得；

    C、高效的及高壓縮比的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，以分鐘為時(shí)間單位可以同時(shí)記錄數(shù)以萬(wàn)計(jì)的歷史數(shù)據(jù)。

    D、對(duì)象矢量化，支持大圖模式，對(duì)象可以拖動(dòng)、無(wú)級(jí)縮放等創(chuàng)新功能應(yīng)用；

    E、具有P2P云組態(tài)功能，

    F、與外部數(shù)據(jù)庫(kù)連接功能，如SQL Server、DB2、Oracle等。

3.4子數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)（Date Server）

    子數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)是分布在各個(gè)水廠、泵站或河流綜合檢測(cè)點(diǎn)的、水庫(kù)等地的子服務(wù)器，作為主服務(wù)器配套的子服務(wù)器群。子數(shù)據(jù)服務(wù)器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不同的PLC系統(tǒng)進(jìn)行配置，融合多種PLC系統(tǒng)及解決部分PLC系統(tǒng)不能跨網(wǎng)段傳輸數(shù)據(jù)的問(wèn)題。組態(tài)子服務(wù)器系統(tǒng)主要有四個(gè)重要的功能。

A、通過(guò)以太網(wǎng)連接中心服務(wù)器，以Modbus Tcp/ip或P2P或系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送的方式，為中央服務(wù)器提供數(shù)據(jù),通訊速度以毫秒為單位；

B、通過(guò)各種不同的網(wǎng)絡(luò)方式（如有線以太網(wǎng)、無(wú)線以太網(wǎng)、4G路由等），不同的協(xié)議（如Modbus RTU、MODBUS/TCP等），與PLC系統(tǒng)相連；

C、可作為客戶(hù)端的子系統(tǒng)接入點(diǎn)，其系統(tǒng)接入性能與中心服務(wù)器相同，便于當(dāng)?shù)丶夹g(shù)管理人員直接管理，同時(shí)各類(lèi)客戶(hù)端根據(jù)權(quán)限可以跨越中心服務(wù)器直接訪問(wèn)子服務(wù)器。形成多種層次的訪問(wèn)/服務(wù)結(jié)構(gòu)，使整個(gè)系統(tǒng)更具靈活性。

 E、根據(jù)需要，子服務(wù)器可擴(kuò)展下一層子服務(wù)器，連接更多的PLC及現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)，同時(shí)不會(huì)形響任何在用的系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)具有足夠的安全擴(kuò)展特性。

4、系統(tǒng)建設(shè)情況

4.1系統(tǒng)首頁(yè)（見(jiàn)下圖）

珠海供水系統(tǒng)中的各個(gè)水廠、泵站、水庫(kù)等，按地理位置分布其中。比較直觀，易于監(jiān)控及管理，頁(yè)面可以動(dòng)態(tài)無(wú)級(jí)縮放。

4.2、水廠具體頁(yè)面

對(duì)水廠的監(jiān)控，通過(guò)點(diǎn)擊菜單或頁(yè)面中的圖標(biāo)進(jìn)入即可。如下圖香洲水廠。

4.3、流程具體頁(yè)面。點(diǎn)擊菜單進(jìn)入次氯酸鈉消毒車(chē)間。

4.4、拱北水廠加氯間

4.5、濾池控制設(shè)計(jì)

4.6、歷史曲線設(shè)計(jì)

4.7、數(shù)據(jù)記錄情況

系統(tǒng)的功能、面頁(yè)設(shè)計(jì)，以智能化應(yīng)用為目標(biāo)。系統(tǒng)的訪問(wèn)連接、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)瀏覽分析等操作，全部以最傻瓜式應(yīng)用方式實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)系統(tǒng)建設(shè)完善后，每個(gè)生產(chǎn)單位、生產(chǎn)流程狀況都可以處在監(jiān)控當(dāng)中，只要有互聯(lián)網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

5、更高層次的應(yīng)用

幾十個(gè)類(lèi)似的生產(chǎn)單位，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)流程的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，然后根據(jù)需要提取到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，將形成一個(gè)龐大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后再進(jìn)更高層次的智能、智慧應(yīng)用。

因此珠海供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，在完成系統(tǒng)內(nèi)各水庫(kù)、水廠、泵站、管網(wǎng)、加壓泵站、二次供水系統(tǒng)、用戶(hù)水表等生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控外，也完成了龐大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及提取，為日后智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)起重要作用。

6、系統(tǒng)完善

    由于各個(gè)水廠、泵站自動(dòng)化系統(tǒng)軟件硬件的多樣化，供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)在整合各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的過(guò)程中，存在一些不足。如為了統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，配置的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的類(lèi)別較多，管理起來(lái)難度很大，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性也存在一定的問(wèn)題。因此各個(gè)水廠、泵站自控系統(tǒng)建設(shè)或改造時(shí)，建議盡量采用同一品牌帶以太網(wǎng)通信的PLC系統(tǒng)，減少因轉(zhuǎn)協(xié)議太多帶來(lái)的故障，降低系統(tǒng)的維護(hù)難度及成本，同時(shí)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

7、人才隊(duì)伍培養(yǎng)

供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，及建成后能否處在良好使用狀態(tài)，人才培養(yǎng)及利用是關(guān)鍵因素之一。公司最高領(lǐng)導(dǎo)層應(yīng)有足夠的重視，并直接關(guān)切，盡早規(guī)劃才能有效解決。

7.1系統(tǒng)管理人才

    要求精通下述各類(lèi)子系統(tǒng)建設(shè)及管理，熟悉各種業(yè)務(wù)流程、各種生產(chǎn)工藝流程、管網(wǎng)管理及項(xiàng)目管理知識(shí)，具有良好的協(xié)調(diào)溝通能力等。

7.2數(shù)據(jù)庫(kù)使用及管理人才；

    數(shù)據(jù)庫(kù)管理是重要的技術(shù)人才，是日后大數(shù)據(jù)平臺(tái)能否正確使用、安全運(yùn)行關(guān)鍵。要求要熟悉數(shù)據(jù)庫(kù)編程、維護(hù)管理等相關(guān)技術(shù)，特別是掌握Oracle、DB2、SQL Server等使用技術(shù)，這將關(guān)系統(tǒng)到各個(gè)子系統(tǒng)到大數(shù)據(jù)平臺(tái)接口的定義及日常維護(hù)管理。

7.3應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)及管理人才；

    應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)管理人員，應(yīng)熟悉各類(lèi)網(wǎng)站構(gòu)建及建設(shè)管理，熟悉各類(lèi)腳本語(yǔ)言，如主流的HTML、PHP、JSP、ASP及.net，JavaScript和 VBScript等。是各種應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)流程管理、質(zhì)量把控的關(guān)鍵。

7.4網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器（硬件）使用及管理人才；

    要求熟悉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理，熟悉服務(wù)器系統(tǒng)的構(gòu)建，熟悉機(jī)房管理，能進(jìn)行日常維護(hù)。

7.5自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)管理、儀器儀表使用及管理人才。

 這層專(zhuān)業(yè)人才，含概了水廠、泵站、管網(wǎng)、二次加壓泵站等所有生產(chǎn)單位、節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)及管理、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀表使用及維護(hù)管理。主要是電氣自動(dòng)化、電子技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的人才。保證底層系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、數(shù)據(jù)精確計(jì)量，大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)才具有實(shí)質(zhì)意義。

8、結(jié)束語(yǔ)

供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)作為大數(shù)據(jù)平臺(tái)部分，是實(shí)現(xiàn)供水企業(yè)生產(chǎn)信息化、一體化監(jiān)控的重要平臺(tái)之一，是大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)，它將有效整合目前各個(gè)水廠、泵站子系統(tǒng)孤立存在的局面，解決各子系統(tǒng)互聯(lián)互通的問(wèn)題。

在實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)充分考慮各生產(chǎn)單位的實(shí)際使用需求、使用習(xí)慣，并加強(qiáng)新系統(tǒng)的培訓(xùn)及使用貫徹力度，共同參與完善。使系統(tǒng)的每一部分功能建成都能獲得良好的應(yīng)用體驗(yàn)，獲得各個(gè)生產(chǎn)單位的認(rèn)可及支持。

目前珠海供水實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)部分建設(shè)良好，獲得廣泛的認(rèn)同及應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)起到良好的輔助作用；為供水系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，科學(xué)調(diào)度起到積極的作用。并且具備良好數(shù)據(jù)集合基礎(chǔ)，為日后大數(shù)據(jù)平臺(tái)的實(shí)施提供良好的技術(shù)支持。

由于作者時(shí)間及水平有限，淺顯的研究及分析難免有不足及疏漏，敬請(qǐng)同行們不惜批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)

[1] 《電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》李鳳閣、佟為明等編著，機(jī)械工業(yè)出版社；

[2] 《MicroLogix 核心控制系統(tǒng)》錢(qián)曉龍、趙舵等編著，機(jī)械工業(yè)出版社；

[3]  CANVIEW組態(tài)軟件 聯(lián)機(jī)手冊(cè)。

作者1簡(jiǎn)介：

姓名：林景秀； 姓別：男；出生年月：1973年8月

學(xué)歷：本科（計(jì)算機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)）；畢業(yè)學(xué)校：西南科技大學(xué)

職務(wù)：珠海市水務(wù)集團(tuán)有限公司城區(qū)制水分公司/生產(chǎn)技術(shù)辦主任

職稱(chēng)：技師、助理工程師

辦公地址：珠海市香洲區(qū)拱北粵海中路2083號(hào)

郵政編碼：519020

作者2簡(jiǎn)介：

姓名：王杭州；姓別：男；

職務(wù)：珠海市水務(wù)集團(tuán)有限公司/供水業(yè)務(wù)部總經(jīng)理

職稱(chēng)：高級(jí)工程師

辦公地址：珠海市香洲區(qū)拱北粵海中路2083號(hào)

郵政編碼：519020