一、引言
 

隨著我國城市建設和國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展、對外開放程度的加快、人民生活水平和城市化水平的提高，大中型城市對水資源的需求越來越高。為滿足城市日益增長的供水需求，供水泵站的規(guī)模不斷增大，各個城市陸續(xù)建成了大型供水泵站，城市對泵站的安全運行、節(jié)約能源的要求也不斷提高。
在這種背景下，大型供水泵站中的SCADA系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集與處理、主輔機設備的控制與調(diào)節(jié)、現(xiàn)場運行監(jiān)視、故障預警、與調(diào)度中心的數(shù)據(jù)交互都發(fā)揮著重要的支撐作用，有效的保證泵站運行的安全可靠、經(jīng)濟節(jié)能。
 

二、系統(tǒng)需求
 

1.確保供水安全可靠
 

大型供水泵站一般日供水量可達數(shù)百萬立方米，它好比是城市供水系統(tǒng)的心臟。如果大型供水泵站出現(xiàn)故障，會直接影響到城市的工業(yè)與生活用水，嚴重的甚至會導致供水的癱瘓，因此，“安全供水”是大型供水泵站的首要任務。
 

為確保系統(tǒng)的安全運行，需要SCADA系統(tǒng)在采集設備、通訊網(wǎng)絡以及服務器故障時能及時采取行而有效的冗余措施；當網(wǎng)絡中斷或過慢時能采取適當?shù)木彺媸侄?，保證數(shù)據(jù)連續(xù)完整。另外，還需要一種直觀的監(jiān)視方式，以便泵站工作人員及時了解采集、傳輸、鏈路的狀態(tài)。
 

2.發(fā)揮高性能特點，使供水更加穩(wěn)定
 

在實現(xiàn)了“安全供水”之后，大型供水泵站會進一步對供水的穩(wěn)定性提出要求，目標是確保供水平衡，防止供水時大時小，也可避免對水泵機組的損壞。
 

由于泵站工作人員會在SCADA系統(tǒng)上了解當前運行狀態(tài)、分析歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合集控中心調(diào)度預案對控制工藝及參數(shù)做出調(diào)整，因此，若沒有的數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)檢索、與集控中心交互的性能，將會造成泵站工作人員狀態(tài)判斷的遲緩、分析的誤差、調(diào)節(jié)的不合理，zui終導致供水的不穩(wěn)定。
 

所以，基于供水穩(wěn)定的需求，SCADA系統(tǒng)應該具備快速的性能。
 

3.交互的數(shù)據(jù)橋梁
 

供水調(diào)度一體化是將來城市供水的必然趨勢。將來會陸續(xù)在水系或城市建立統(tǒng)一的調(diào)度中心，實現(xiàn)各水系的供水調(diào)度。而大型泵站SCADA系統(tǒng)一方面將實時數(shù)據(jù)上傳給調(diào)度中心，另一方面具體執(zhí)行調(diào)度中心觸發(fā)的預案。由于其承上啟下的特點，因此會對城市供水統(tǒng)一調(diào)度有重要作用。
 

三、系統(tǒng)解決要點
 

-對主泵機組LCU及輔助設備進行快速采集,保證數(shù)據(jù)采集的實時性。
 

-對采集鏈路、通訊網(wǎng)絡進行診斷，使工作人員可隨時了解通訊及數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。
 

-實現(xiàn)基于實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的冗余功能，實現(xiàn)快速的切換，在網(wǎng)絡中斷、網(wǎng)速過慢時將數(shù)據(jù)緩存，待恢復后實現(xiàn)斷點續(xù)傳，確保數(shù)據(jù)完整性。
 

-利用多樣的圖形展示手段，進行實時、歷史數(shù)據(jù)的展示，達到直觀、清晰的效果。
 

-對于設備的操作分配不同的控制優(yōu)先級別，操作人員的操作需通過權(quán)限驗證，以保證系統(tǒng)的安全性。
 

-進行多樣報警及預警檢測，并將報警通過聲光、語音、短信、的方式輸出，實現(xiàn)直觀的事故追憶。
 

-對大量的高密度的過程數(shù)據(jù)進行高性能的壓縮存儲，以這些數(shù)據(jù)為依據(jù)，實現(xiàn)專業(yè)的計算分析。
 

-與調(diào)度中心進行數(shù)據(jù)交互，向上提供可靠的數(shù)據(jù)，向下執(zhí)行調(diào)度中心的預案指令。
 

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

-在Internet網(wǎng)絡或局域網(wǎng)中將實時、歷史、報警等數(shù)據(jù)以集成的方式進行發(fā)布，使用戶可在IE中實現(xiàn)瀏覽。
 

四、系統(tǒng)方案
 

1.系統(tǒng)配置

圖1  系統(tǒng)配置圖

2.應用軟件部署 

                 
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)場設備的實時數(shù)據(jù)，與SCADA軟件、上層集控中心進行數(shù)據(jù)交互，并存儲數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中。
 

-SCADA軟件（KingSCADA 3.0）：以圖形、動畫、報表、趨勢等手段展現(xiàn)泵站的工藝流程、設備的運行狀態(tài)，完成操作員在上位機上的的控制。
 

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

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

-展示平臺（KingGraphic）：是大量歷史數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的分析展示平臺，管理人員可通過趨勢、報表、歷史回放等手段了解泵站過去的狀況、分析未來的趨勢。
 

-計算平臺（KingCalculation）：針對大型供水泵站運行特點，采用多種專業(yè)算法，在大量過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行復雜計算。
 

-報警與事件檢測平臺（KingA&E）：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)，采用多種檢測方法實現(xiàn)復雜的報警事件檢測，在事故發(fā)生前及時預警，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定。
 

-門戶軟件（KingProtal）：將多種數(shù)據(jù)集成后以門戶的形式向廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)進行發(fā)布，用戶可從網(wǎng)頁實現(xiàn)瀏覽。
 

3.方案特點
 

雙機雙網(wǎng)冗余
 

為確保泵站的安全運行，SCADA系統(tǒng)采用雙機雙網(wǎng)冗余配置，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的冗余，在恢復后，故障期間的歷史、報警數(shù)據(jù)可自動同步，充分保證數(shù)據(jù)的完整性。并支持增加專門的冗余狀態(tài)探測通道，通過配置網(wǎng)卡實現(xiàn)快速的切換，并可以做到1S內(nèi)的切換。zui大程度的保證泵站的安全、穩(wěn)定運行。
 

數(shù)據(jù)緩存和斷點續(xù)傳
 

泵站的網(wǎng)絡系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡中斷或網(wǎng)速過慢的情況并不多，但是一旦出現(xiàn)必將因數(shù)據(jù)丟失而造成分析的誤差、決策的不準確。因此，為了實現(xiàn)在網(wǎng)絡中斷時也不丟失數(shù)據(jù)的要求，系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)緩存的功能，當網(wǎng)絡異常時，系統(tǒng)可將數(shù)據(jù)緩存在本地磁盤，待恢復后，再自動將緩存的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫中。如此一來，可zui大程度的確保數(shù)據(jù)的*。
 

在線監(jiān)視
 

當泵站監(jiān)控系統(tǒng)與控制設備通訊失敗的時候，操作人員一般通過觀察界面數(shù)據(jù)刷新情況來做出判斷。但是從找準數(shù)據(jù)點到判斷出異常通常都需要花費較長的時間，如果界面制作不夠直觀，那么時間將會更長。為了解決該問題，I/O Server 3.0為用戶提供了在線監(jiān)視工具，監(jiān)視的內(nèi)容包括I/O Server的性能，鏈路、設備、數(shù)據(jù)塊的采集信息、當前狀態(tài)、失敗記錄等，為及時排除故障爭取了寶貴時間。

圖3 在線監(jiān)視工具
 

直觀的展示效果
 

SCADA系統(tǒng)通過圖形展示功能使操作人員了解當前狀況，這雖然是SCADA系統(tǒng)的基本功能，但是圖形展示的逼真與否將關(guān)系到操作人員作出判斷的及時性和準確性，是對SCADA系統(tǒng)展示手段多樣性的一個考驗。KingSCADA3.0提供了40多種動畫鏈接，如：飛入飛出效果、鼠標狀態(tài)等，圖形采用GDI+技術(shù)，支持過渡色、透明色。其逼真的視覺效果，幫助操作人員快速準確作出判斷。

圖4 圖形效果
 

強大的報警與追憶
 

大型泵站發(fā)生事故后若不能及時發(fā)現(xiàn)并排除將會造成極大的經(jīng)濟損失，這對SCADA系統(tǒng)的報警及追憶功能要求很高。報警事件檢測平臺KingA&E 通過復雜的檢測判斷，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)，不但對當前的狀態(tài)進行分析，還可預測出未來一定時間內(nèi)是否有故障的趨勢，真正實現(xiàn)見微知著的作用。系統(tǒng)在檢測到異常后可通過聲光、語音、短信、等多種方式發(fā)出報警。對于已發(fā)生的事故，KingGraphic的回放控件可實現(xiàn)歷史重演，使追憶更為直觀。

圖5 歷史回放
 

與集控中心的交互
 

大型供水泵站一般都會有與集控中心進行數(shù)據(jù)交互的需要，統(tǒng)一協(xié)調(diào)也是未來城市供水的發(fā)展方向。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖?、安全、可靠角度考慮，泵站與集控中心間的數(shù)據(jù)傳輸應采用系統(tǒng)內(nèi)部的傳輸接口，因為系統(tǒng)內(nèi)部的傳輸接口解析簡單，無需反復的請求、回復，也不會添加繁瑣包頭包尾，從而實現(xiàn)快速可靠的數(shù)據(jù)交互。
 

高性能的歷史存儲
 

工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫承擔著存儲、管理大量的、高密度的過程數(shù)據(jù)的工作，當需要時它還需快速的將某時間段內(nèi)的過程數(shù)據(jù)提供出來。因此工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫的性能直接關(guān)系到分析、統(tǒng)計的效果。
 

主要的性能指標：
 

-工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫可以在線連續(xù)存儲，并達到15萬條記錄/秒的存儲速度。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫單臺服務器可以支持100萬點的數(shù)據(jù)點。
 

-工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫256個 客戶端并發(fā)查詢，每秒可達2萬條記錄。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定支持256客戶端并發(fā)查詢。
 

-工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持毫秒級數(shù)據(jù)分辨率。
 

-工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持三種以上的存儲壓縮方式，壓縮方式和壓縮參數(shù)可供用戶配置，數(shù)據(jù)壓縮可壓縮掉25%-95%的數(shù)據(jù)。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持按日、周、月進行數(shù)據(jù)歸檔。
 

豐富的開放性接口
 

-系統(tǒng)中的工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)深層分析的數(shù)據(jù)支撐，而深層分析經(jīng)常是由不同的系統(tǒng)實現(xiàn)的，這就要求工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫具有豐富的開放性接口。

-KingHistorian3.0支持API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM等數(shù)據(jù)接口，支持SQL語句查詢。此外還可與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)互訪。如SQL Server、Oracle、Excel、Access等。

圖6KingHistorian 3.0的開放接口
 

五、典型案例
 

-上海青草沙五號溝泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)