基于自控數據采集中間件平臺的數字化水廠建設

季蓓蓓

摘要：依托信息化技術，在水廠建設標準化數據中間件平臺，使得水廠的生產自控數據按照信息化技術標準進行端口采集，形成可供信息化業務系統使用的水廠生產基礎數據，為數字化水廠的建設提供基礎數據層面的支撐，保障水廠安全，穩定且高效地生產運營。文章以南京水務集團有限公司建立的基于自控數據采集中間件平臺的數字化水廠為實際案例，闡述了南京水司在水廠信息化管理及相關的生產業務信息化管理實現方面的實踐探索，為其他水司的水廠生產管理工作提供一些參考

關鍵詞：數字化水廠；水廠運營；數據中間件平臺

目前南京水務集團的水廠已基本完成了生產自動控制的一系列建設，大量的生產信息通過PLC將電流轉化為數字信號或者逆向轉換，而被工作人員控制使用，繁重的人工作業已基本被自控控制的機械設備取代。

為了實現數字化水廠的目標，在前幾年，筆者根據目前自控系統的優缺點，應用信息化技術，重點補足自控系統數據無法持久化保存與進行管理分析的短板，嘗試實施水廠的信息系統的實驗性建設。

經過幾年的摸索，我們認為標準化的數字化水廠的實現已具備成功的條件，一個標準化的數字化水廠可以實現水廠的精確管理，提高水廠生產效率以及保障其安全、穩定地生產運營。

1.新技術結構下數字化水廠

本設計結構包含目前主流的信息化思路，主要包括物聯網技術與大數據應用概念。

通過物聯網技術，實現水廠設備的信息化、虛擬化，通過唯一標識，整合其相關的數據源，通過數據中間件，在信息系統中整合成實時的設備虛擬化映射。物聯網不僅僅只是一個標識，更多是實體世界在信息化中的實時投影，本設計通過數據源綁定設備標識，在信息系統中還原一個真實的、實時的設備。

應用大數據概念，對水廠生產數據的維度、粒度進行清洗，對這些含有意義的生產數據進行特征化處理，提高對以往低價值生產數據的“二次加工能力”，通過大數據處理實現水廠生產數據的增值，如通過數據模擬水廠生產運行，優化流程，降低損耗，提高效率，或者預警水廠生產的安全隱患等問題。

新技術下的數字化水廠將達到以下新的高度：

（1）數據為管理層提供更全面、更準確的依據與支撐。目前管理層對水廠的運行狀況只能通過幾個關鍵實時數值進行管理，而精確的生產數據只是應用在相關班組工作人員的日常自控操作中。

通過數字化水廠，既可以全面地掌控水廠的實時生產數據，也可以方便地利用歷史生產數據，并且可以根據管理層的管理思維，依據生產數據流，進行相應的管理系統研發，挖掘與分析水廠生產數據，為管理層提供更全面、更準確的依據與支撐。

（2）數據為水廠的安全穩定生產提供保障。目前水廠的運行的安全穩定是依靠經驗豐富的資深工作人員的人工判斷，存在著因人員一時疏忽和人員流失造成的隱患。

通過數字化水廠，基于大量數據的計算，可以對生產安全問題進行預警或者預判。也可以通過相應的方法，對數據進行分析，讓更多的工作人員具有對安全問題進行控制的能力，進一步保障水廠的安全生產。

（3）數據的標準化為水廠管理標準化提供基礎。數字水廠的結構設計滿足所有水廠的需求，確保各水廠在生產數據流方面得以標準化，而數據又是管理的基礎支撐，依靠標準化數據流進行管理的方法，可以進一步促進各水廠管理措施與標準的標準化統一。

（4）數字化水廠標志著水廠的全面可控的里程碑。數字化水廠實現了水廠所有環節實際運行的數據量化的實現，脫離了以往紙質報表或者口頭管理的不實時與不全面的缺點，水廠所有環節將在數字水廠中得到具體表現，管理層可以全面掌握生產的狀態，獲取途徑便捷，只需要一臺裝有瀏覽器的電腦或者智能手持設備，通過權限的控制就可以達到，標志著水廠全面可控的里程碑。

2.數字化水廠在南京水務的實際應用

2.1水廠生產數據中間件平臺的應用

為了實現數字化水廠這一目標，規范專業水務業務信息化系統對生產數據的需求，使其合理、有效、安全地使用我集團水廠生產的數據。本文設計并建設了南京水務水廠生產數據標準化中間件平臺，對數據端口進行了標準化定義。

本平臺主要由平臺管理操作模塊、生產數據標準化接口層、生產數據采集層和實時生產數據持久化數據庫四大塊構成。整個系統為多層結構框架，從內到外分別是：網絡和操作系統層、數據層、業務邏輯層、表現層、用戶層。數據服務層采用中間件，系統應用層采用B/S模式，通過數據服務層提供的服務開展應用。本平臺主要功能包括：

平臺管理操作模塊：主要實現系統操作管理員對生產數據標準化接口平臺的操作。

①數據標準接口編輯。②采集點自定義配置。③平臺性能監測。④數據標準接口權限體系。⑤操作管理員的權限控制體系。

生產數據標準化接口層：主要實現生產業務分析系統調用生產數據的標準化接口功能。

①數據標準接口調用。②業務系統數據接口權限控制。③加密數據模式設置。

生產數據采集層：主要實現對生產中的數據進行采集及處理的功能。

①數據自動采集。②生產原始數據結構化轉換處理。③集群式數據采集模式。

2.2數字化水廠業務應用

2.2.1在線自定義報表功能

本文采用了新的報表引擎，該引擎可以自由定義報表中的各字段，只要將平臺端口輸出的標準數據源和報表字段綁定，就能生成自己需要的報表。

水廠人員可以簡單地通過該功能模塊配置出目前各水廠使用的電子報表，也可以按自己日常工作需要配置自己需要的數據報表，為生產服務。當水廠人員需要查詢某些數據，在沒有該類報表的情況下，可以自行建立新報表，再也不需要通過程序員從后臺統計數據了。

除此之外，系統可以記錄管理員自己配置的報表，并按照使用的頻率自定義報表排序。

采用報表白定義模塊，在水廠設備發生變動或者新增設備時，可以由管理員自行修改報表配置，及時更新報表，以最快的速度使報表適應生產的實際需要。

2.2.2數據報警功能

報警分為軟報警與硬報警。

軟報警主要是指通過后臺軟件設限過濾出來的數值進行報警（也可以多級預警）。

為報表字段設置標準范圍，針對不同的數據值，單獨設定標準范圍，超出標準范圍的值錄入后高亮顯示，并提示報警。便于工作人員及時發現錯誤或者設備異常情況。在自控數據上傳出現異常情況（如傳輸網絡故障）時，系統也會及時報警，提示數據異常，便于人員及時修復問題，或者采用其他錄入方式代替數據自動采集錄入。

當數據長時間地超標準范圍運行，系統能夠自動推送可能出現的問題，為工作人員提供數據分析的依據。

硬報警主要是指設備PLC采集模塊直接發出的錯誤報警消息進行的報警，不同于軟報警，此類型報警的主要是設備故障或生產關鍵參數出錯等報警，緊急優先度高。

2.2.3分析及決策判斷功能

現階段的水廠報表系統只是抄錄水廠報表數據，并沒有對抄錄數據加以運用，所有數據的報表統計分析都是空白，如何運用這部分數據，為生產工作及管理工作服務，才是水廠報表系統建立的最終目的。

（1）報表定制功能。建立多功能、多種類的分析統計報表，報表可以動態按使用者的需要自動配置，選擇“關注項”及“統計方式”，自動定制報表。自動定制報表功能能夠滿足不同使用者的實際需要，使數據真正為生產服務。

（2）圖表定制功能。建立多功能、多種類的分析統計圖表，圖表可以動態按使用者的需要自動配置，選擇“關注項”“統計方式”“統計形式”“對比類型”等，自動定制圖表。自動定制圖表功能能夠滿足不同使用者的實際需要，使數據真正為生產服務。

（3）數據定制對比分析功能。按使用者的實際需要，選擇對比項，利用數據庫中的數據生成各類統計分析報表及相應的圖表。

（4）數據自動對比分析功能。針對水廠報表系統中的報表數據分析數據，采用圖形、曲線展示方式，能夠更加直觀地反映出水廠的生產情況。對比分析圖表會為水廠的管理工作提供強大、直觀的數據展示。

2.2.4水廠報表檔案化管理

以前的水廠紙質報表是按檔案進行留存管理的，水廠報表升級為電子報表后，也應采取原先的檔案管理模式，報表抄錄完成后，通過審核成為可以留存的檔案報表，該檔案報表需要通過電子簽章記錄審核人的信息，同時生成無法修改的PDF文件，作為企業重要檔案留存。經過審核人的電子簽章簽名后該報表就具備法律效力，作為檔案留存。

2.2.5新的報表呈閱及共享功能

自定義報表功能讓使用者能夠自定義各種報表和圖表，同時能夠將報表、圖表呈閱給領導，或共享給同事，真正實現無紙化辦公。

3.結語

水廠數字化的工作還有很多，在目前技術日新月益的基礎上，如何合理運用技術的力量形成水務，特別是水廠生產的一整套行之有效的信息化解決方案，如何結合現有的自動控制系統與信息化系統，更為精細、高效、安全地進行水廠生產運營，也是以后探索的目標，一個符合實際情況、有效的、性價比高的數字化水廠方案將把我國水務事業推向新的高峰。