才茂通信污水處理廠 遠程監(jiān)測系統(tǒng)信息化平臺建設方案

▋項目概述

1.1項目背景

近年來隨著中國經(jīng)濟的繁榮，水工業(yè)，包括工業(yè)制水、工業(yè)污水處理、市政給排水、建筑給排水、水文水利、農(nóng)村直飲水、節(jié)水灌溉、水質(zhì)檢測等領域工程及配套設施的建設蓬勃發(fā)展，新技術的不斷涌現(xiàn)推動著中國水工業(yè)自動化、信息化的不斷深入。

城市水務集團公司主要負責城市制水、供水、排水、污水處理、中水回用、水質(zhì)檢測等業(yè)務，可以說城市水務集團公司掌握著一個城市用水的“生命線”。想要實現(xiàn)城市水業(yè)“資源統(tǒng)一配置，供水統(tǒng)一調(diào)度，運行統(tǒng)一管理”這一目標，需要在水務集團建設完善智能的自動化信息平臺。

1.2項目意義

管控一體化是指管理與控制一體化，就是利用各種技術，把生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)通過信息網(wǎng)絡系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成、技術融合，為企業(yè)全面實現(xiàn)信息自動化管理奠定基礎。水務集團公司管控一體化系統(tǒng)的目標是利用先進的計算機自動化技術，實現(xiàn)運營管理系統(tǒng)與實時工藝系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有機融合與共享，建立一體化信息集成平臺。同時通過對各污水廠運行狀況的快速響應與優(yōu)化控制，在確保污水處理達標排放的同時，進一步提高社會效益和經(jīng)濟效益。

1.3項目目標

1、自動化控制代替人工操作，減輕勞動強度，改善操作環(huán)境；

2、保證工藝處理生產(chǎn)過程可靠運行，對安全生產(chǎn)提供幫助；

3、實現(xiàn)現(xiàn)代污水處理企業(yè)的信息化管理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡通信技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)信息資源共享，以利于達到節(jié)能降耗、經(jīng)濟運行的目的；

4、與各污水廠進行數(shù)據(jù)交互，匯總各種有價值數(shù)據(jù)； 

5、對現(xiàn)場工藝的真實反映與數(shù)據(jù)的實時更新； 

6、對通訊鏈路進行診斷，當網(wǎng)絡異常時實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存與斷電續(xù)傳的功能； 

7、提供“栩栩如生”的畫面，方便領導觀看與工程師了解現(xiàn)場工藝； 

8、建立城市污水處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)大量高密度的數(shù)據(jù)進行高速存儲與快速查詢，為綜合分析提供條件； 

9、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)，進行相關分析； 

10、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。 

1.4需求分析

目前污水處理廠多數(shù)流量計等表計均為實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，同時多數(shù)重點設備監(jiān)測點也均為實現(xiàn)視頻遠程監(jiān)控，未創(chuàng)立有效的污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)SCADA平臺，為管理和服務工作帶來很大的工作量，也形成了污水處理信息化孤島。因此，建立建全一套完善的有效的數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控平臺顯得尤為重要。污水處理廠信息化平臺可分為實時運營管理系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、工藝流程監(jiān)控系統(tǒng)、管網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、遠程設備管理系統(tǒng)等。

生產(chǎn)調(diào)度平臺需要實時采集各地污水分控中心、城市管網(wǎng)、供水公司、水質(zhì)監(jiān)測中心的實時數(shù)據(jù)，完成實時數(shù)據(jù)的匯總，分類，存儲，以及統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)實現(xiàn)與關系數(shù)據(jù)庫的無縫轉儲，可為運營管理部門提供準確完整的真實數(shù)據(jù)支撐。調(diào)度中心工作人員可通過大屏幕隨時了解現(xiàn)場工藝流程，設備運行狀況，數(shù)據(jù)報表和曲線趨勢，同時可結合視頻系統(tǒng)及GIS地理信息系統(tǒng)及時了解故障及報警信息。信息化平臺具備遠程設備管理功能，可對遠程設備運行進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)故障并排除、遠程更新設備配置、共享傳輸資料、安裝部署應用軟件等。

采用實時數(shù)據(jù)庫平臺構建的該信息化平臺可以構建企業(yè)生產(chǎn)運營調(diào)度管理系統(tǒng)，構建企業(yè)信息門戶。主要特點如下：

1、基于Internet進行管理和查看；

2、Intranet的應用和集成，使信息在企業(yè)內(nèi)部共享和應用更便捷充分，易于升級和維護；

3、模塊化結構，靈活組合，伸縮性強；

4、圖形化界面，易于掌握使用；

5、開放式系統(tǒng)，滿足一系列國際標準和事實標準；

6、系統(tǒng)可靠性高。完全基于瀏覽器方式，管理維護方便。

▋系統(tǒng)建設內(nèi)容及原則

2.1、系統(tǒng)建設內(nèi)容

污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)采用3G/4G/5G無線網(wǎng)絡、工業(yè)以太網(wǎng)、RS485總線等通訊方式經(jīng)由工控軟件I/OServer實現(xiàn)對PLC、流量計等儀表、變頻器等設備的實時數(shù)據(jù)快速采集，對污水提升泵電機、閘門、電動\氣動閥門、粗\細格柵電機、鼓風機等進行控制。系統(tǒng)對各生產(chǎn)裝置流程圖畫面、歷史趨勢、報警信息進行監(jiān)控，并實現(xiàn)生產(chǎn)信息的整體觀察畫面。 

集團公司遠程運營績效管理系統(tǒng)提供友好直觀的顯示界面，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝圖形化實時監(jiān)視，各種能耗實時顯示；同時系統(tǒng)對污水處理廠最為關注的節(jié)能降耗問題進行針對性設計，采用多種科學手段進行最優(yōu)化控制，如：進行泵站機組聯(lián)編控制、優(yōu)化調(diào)度，降低能耗，延長機組使用壽命；自動分析水質(zhì)數(shù)據(jù)情況，計算合適的用藥比例，節(jié)約用藥成本；曝氣池溶解氧濃度的穩(wěn)定控制，降低曝氣系統(tǒng)能耗等；完成個污水處理廠數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、處理，對各污水處理廠完成設備管理、工藝分析、成本分析、績效管理。 

2.2、系統(tǒng)設計原則

（1）整體規(guī)劃原則

方案設計結合未來發(fā)展需求，整體規(guī)劃，分布實施。

（2）實用性原則

符合污水廠、自來水廠生產(chǎn)、安全、管理、決策、服務各項業(yè)務和職能要求，人機界面形象化、直觀化和人性化，操作、維護簡便易用。

（3）先進成熟性原則

整體結構和技術上采用當前先進、成熟的方案和技術。

（4）安全性原則

充分考慮系統(tǒng)的安全性，采用安全控制策略，確保系統(tǒng)安全性。

（5）標準化原則

在系統(tǒng)平臺和開發(fā)平臺選型時，遵循國際標準及工業(yè)標準，系統(tǒng)采用統(tǒng)一的管理信息數(shù)據(jù)項、信息分類編碼標準、數(shù)據(jù)及文件格式、網(wǎng)絡通訊規(guī)格、通訊接口。

軟件開發(fā)標準化，保證軟件開發(fā)質(zhì)量和今后易于維護和系統(tǒng)升級。

（6）擴展性原則

采用模塊化設計思想，保證系統(tǒng)可擴展性。

（7）高性價比原則

充分利用現(xiàn)有設備，新增設備合理選型，追求盡可能高的性價比。

（8）可集成性原則

軟件結構本身能與其它應用系統(tǒng)集成，做到信息共享和資源共享。

（9）互操作性原則

支持各種主流實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接口，并通過標準關系數(shù)據(jù)庫接口(ODBC，OLE DB)實現(xiàn)與ERP及其它管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。

▋系統(tǒng)整體結構

3.1、系統(tǒng)拓撲圖

3.2、系統(tǒng)介紹

信息化平臺系統(tǒng)部署在視頻與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。通過數(shù)據(jù)采集與視頻采集一體化設備將遠端流量計等儀表設備的數(shù)據(jù)及重要節(jié)點視頻監(jiān)控畫面上傳至監(jiān)控中心，網(wǎng)絡通訊鏈路現(xiàn)有具備有線光纖的監(jiān)測點可利用原有通訊鏈路，不具備有線光纖的監(jiān)測點可采用運營商無線傳輸網(wǎng)路搭建通訊鏈路。數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控設備上傳至監(jiān)控中心后可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)及視頻監(jiān)控的統(tǒng)一管理，另上傳至監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)及視頻可實現(xiàn)與SCADA平臺及視頻監(jiān)控平臺的融合，數(shù)據(jù)可實現(xiàn)與第三方軟件系統(tǒng)的對接，從而打通信息化孤島，為運營管理帶來信息化水平的提升。

3.2.1、實時、歷史數(shù)據(jù)服務器

此服務器的功能是將控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行接收、壓縮、計算、分析后存入數(shù)據(jù)庫，向管理層的其他用戶提供歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)的查詢功能。系統(tǒng)不但要能滿足現(xiàn)階段的業(yè)務要求，而且要能滿足將來業(yè)務的增長和新技術發(fā)展的要求，要在原有設備繼續(xù)發(fā)揮作用的基礎上，保證用戶能方便地增加或調(diào)整設備，改善系統(tǒng)功能和性能，支持將來系統(tǒng)不斷更新和便于升級，從而保護原有投資。主機系統(tǒng)應具有良好的可擴展能力，滿足不同規(guī)模計算環(huán)境的要求，并且能提供多種升級途徑，給業(yè)務的不斷發(fā)展創(chuàng)造條件。

實時數(shù)據(jù)庫服務器配備力控科技pSpace Server軟件平臺采取冗余架構，兩臺服務器互為熱備，通過實時心跳檢測監(jiān)控服務器的運行狀態(tài)，一旦主機發(fā)生問題從機可在最短時間內(nèi)切換。

歷史數(shù)據(jù)服務器作為應用統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)支撐，對其運行的安全穩(wěn)定性有較高的要求，因此采用磁盤陣列硬冗余架構。同樣配備力控科技pSpace Server軟件平臺。

3.2.2、網(wǎng)絡系統(tǒng)

考慮到城市水網(wǎng)、各個水廠分控中心及各個監(jiān)測點的地理分布情況，本系統(tǒng)采用VPN的網(wǎng)絡模式或者集團專用網(wǎng)絡，組建大型網(wǎng)絡的應用。虛擬私有網(wǎng)絡VPN(Virtual Private Network)出現(xiàn)于Internet盛行的今天,它使企業(yè)網(wǎng)絡幾乎可以無限延伸到地球的每個角落,從而以安全、低廉的網(wǎng)絡互聯(lián)模式為包羅萬象的應用服務提供了發(fā)展的舞臺。

當分控中心與調(diào)度中心出現(xiàn)通信故障時，為保證數(shù)據(jù)完整性，分控中心數(shù)據(jù)平臺加裝力控科技通信組件CommServer，該組件可實現(xiàn)斷線緩存功能。通信恢復后可將故障時段緩存的數(shù)據(jù)繼續(xù)上傳至調(diào)度中心信息平臺，從而避免了數(shù)據(jù)流失。

CommServer組件支持力控軟件以各種網(wǎng)絡方式互相通信，比如RS232/485/422、無線電臺、電話輪巡撥號、3G/4G/5G、以太網(wǎng)等方式，實現(xiàn)與其他節(jié)點力控軟件的通信。該組件具有以下特性：

(1)具備分組和地址概念，不同節(jié)點力控可相互尋址；

(2)支持多個客戶端同時進行訪問該組件的服務器；

(3)具備故障恢復功能，通信中斷時具備斷線緩存功能；

(4)直接將離開區(qū)域數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行發(fā)送，提高系統(tǒng)效率；

(5)第三方程序通過開放協(xié)議可以多種網(wǎng)絡方式直接訪問力控實時數(shù)據(jù)庫。

3.2.3、 生產(chǎn)調(diào)度管理

水務生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建設要滿足企業(yè)運營優(yōu)化管理，節(jié)能降耗的要求，因此提供了生產(chǎn)調(diào)度管理功能。

水務生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)以數(shù)據(jù)服務器為核心，通過每日廠級數(shù)據(jù)匯總，及時下達次日的指標，保證總供水需求平衡，避免浪費或者不足。通過各種圖例分析廠級設備耗電與原水消耗的比率，得出綜合能耗指標。依靠這些參數(shù)生成調(diào)度方案，輔助企業(yè)對所屬區(qū)域的供水、水網(wǎng)運行優(yōu)化調(diào)度管理，同時通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)直接用于辦公自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)“監(jiān)測、控制、調(diào)度、管理”一體化，提高生產(chǎn)效率，提升經(jīng)濟效益。

3.2.4、 遠程設備管理

遠程設備管理顧名思義就是對設備進行異地管理，包括：對設備運行進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)故障并排除、遠程更新設備配置、共享傳輸資料、安裝部署應用軟件等內(nèi)容。

遠程設備管理可以分為以下四個層面

• 運行（Operation）——保證設備可以高效可靠的運行。

• 控制（Administrator） ——管理硬件和軟件系統(tǒng)的配置信息。

• 維護（Maintance） ——及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障，并排除。

• 提供（Provision）——提供硬件和軟件的服務。

  
  

通過遠程設備管理功能，用戶可以在線查看、查詢、獲取各種模擬設備和開關的最新數(shù)據(jù)、狀況。并可以實現(xiàn)定時監(jiān)測（水源井數(shù)據(jù)、管網(wǎng)壓力、TOC、COD、PH、流量等一次性儀表在一段時間內(nèi)，按照固定的周期進行數(shù)據(jù)采集）。中心控制室可以實時城市水網(wǎng)的瞬時流量和累積流量等數(shù)據(jù), 通過遠程部署功能可以對監(jiān)測現(xiàn)場設備進行遠程啟動、設定工作時間、調(diào)整工作周期、數(shù)據(jù)二次查詢等遠程操作，并將分析結果和設備運行日志記錄于水務集團水務生產(chǎn)調(diào)度平臺數(shù)據(jù)中。

3.2.5、 視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成

水務生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)需接入視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)，對城市供水管網(wǎng)各個重點泵站以及自來水廠等廠區(qū)進行實時監(jiān)視，視頻圖像信息可實現(xiàn)無延時連續(xù)監(jiān)控、錄像和傳輸，視頻圖像信息通過公眾網(wǎng)光纜路徑傳輸至水務集團信息化平臺，并能在統(tǒng)一的監(jiān)控平臺下顯示和存儲。在調(diào)度中心控制室內(nèi)配備大屏幕顯示系統(tǒng)，與信息化平臺系統(tǒng)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和視頻的任意顯示功能（大屏幕顯示系統(tǒng)的輸入信號：生產(chǎn)數(shù)據(jù)、實時視頻、公眾網(wǎng)絡圖文和音視頻信號、VCD、SD卡等各種信號源）。

力控監(jiān)控組態(tài)軟件全新的產(chǎn)品推出了視頻全集成解決方案，通過一套組件支持?？?、大華等主流的視頻廠商。同時提供用戶集成開發(fā)SDK，用戶可根據(jù)此SDK集成其他廠家的視頻設備

• 視頻全集成特點

• 高集成性可支持多種視頻設備

• 可實現(xiàn)動態(tài)資源切換，實現(xiàn)多種廠商視頻的平臺集成

• 采用了全新的框架技術，能夠更好地兼容視頻SDK

• 采用統(tǒng)一的界面庫及資源，可針對不同廠商形成視頻庫

• 解決了視頻庫版本快速升級的兼容問題

3.2.6、 數(shù)據(jù)與視頻采集設備選型

技術規(guī)范

CM550遙測終端機集傳統(tǒng)遙測終端機功能與3G/4G/5G Ethernet等通信功能于一體，實現(xiàn)水文/水資源/TCP Modbus 等數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、控制、報警及傳輸?shù)染C合功能。

CM550 采用高性能的工業(yè)級 32 位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，提供翻斗式雨量計接口、RS232、RS485、以太網(wǎng)、模擬量輸入、開關量輸入和繼電器接口，可滿足各種不同水文/水資源及其它應用需求。同時支持才茂網(wǎng)頁配置，方便現(xiàn)場調(diào)試和參數(shù)配置。該產(chǎn)品可廣泛適用于水利信息化、灌區(qū)信息化、智慧水務、智慧城市項目、地質(zhì)災害項目等場景。

（1)應用拓撲

(2)產(chǎn)品特點

工業(yè)級應用設計

• 采用高性能工業(yè)級無線模塊

• 采用高性能工業(yè)級 32 位通信處理器

• 支持低功耗模式，包括休眠模式、定時上下線模式

• 采用金屬外殼，保護等級 IP30,金屬外殼和系統(tǒng)安全隔離，特別適合于工控現(xiàn)場的應用

• 寬電源輸入（DC 5~36V）, 電源接口內(nèi)置反相保護和過壓保護

遵循標準

• 水文自動測報系統(tǒng)設備遙測終端機

•  水文自動測報系統(tǒng)設備基本技術條件

• 水文自動測報系統(tǒng)技術規(guī)范

• 水資源監(jiān)測設備技術要求

• 水資源監(jiān)測設備質(zhì)量檢驗

符合規(guī)約

• 《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》

• 《水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》

主要功能

• 雨量觸發(fā)采集

• 定時數(shù)據(jù)采集、存儲及上報

• 預警加報

• 可同時支持多種通訊方式

• 支持4G/5G 采集數(shù)據(jù)方式

• 支持設備電壓監(jiān)測功能

• 支持圖片抓拍功能

• 支持人工置數(shù)功能

• 支持本地外接觸摸屏顯示、配置和調(diào)試功能

• 遠程查詢實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)

• 本地導出歷史數(shù)據(jù)

產(chǎn)品特色

• 一體化設計：集傳統(tǒng)遙測終端機功能與 3G/4G/5G/Ethernet傳輸功能于一體，實現(xiàn)水文/水資源數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、控制、報警及傳輸?shù)染C合功能。

• 工業(yè)級設計：寬溫設計，耐高低溫，耐強電磁干擾。適用于各種惡劣的現(xiàn)場。采用完備的系統(tǒng)保護機制和防掉線機制，保證終端永遠在線。

• 接口豐富、標準易用：提供 1 個翻斗式雨量計接口、1 個脈沖計數(shù)接口、2 個 RS232 接口、2 個 RS485 接口、4 路模擬量輸入接口（16 位 AD、支持 4-20mA 電流或 0-5V 電壓信號）、2 路開關量輸入接口、2 路開關量輸出接口（繼電器驅動）。

• 大容量數(shù)據(jù)存儲空間：提供 32MB 的內(nèi)部 Flash 數(shù)據(jù)存儲空間，可存儲 10 年以上的采集數(shù)據(jù)。

• 多種通信方式：3G/4G/5G /Ethernet 為主傳輸通道、短信為備份傳輸通道；

• 低功耗設計：支持多種工作模式（包括自報式、查詢式、兼容式等），最大限度降低功耗。

• 本地配置方式：串口配置等方式。

• 遠程管理功能：支持遠程參數(shù)配置（同時支持平臺配置方式和短信配置方式）、遠程程序升級。提供功能強

穩(wěn)定可靠

• WDT 看門狗設計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定

• 采用完備的防掉線機制，保證數(shù)據(jù)終端永遠在線

•  RS232/RS485 接口內(nèi)置 15KV ESD 保護

•  SIM/UIM 卡接口內(nèi)置 15KV ESD 保護

• 電源接口內(nèi)置反相保護和過壓保護

•  天線接口防雷保護（可選）