自來水泵站集控中心建設(shè)研究及應(yīng)用

摘要：自來水泵站是城市供水的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為了進(jìn)一步提高自來水泵站的運(yùn)行管理水平，本文在現(xiàn)場調(diào)研及對水務(wù)信息化建設(shè)要求的充分理解的基礎(chǔ)上，對泵站集控中心建設(shè)的各項(xiàng)功能進(jìn)行了深入分析和細(xì)化，設(shè)計(jì)了一套集控中心建設(shè)方案，并在上海市奉賢自來水有限公司泵站管理所進(jìn)行了實(shí)施，實(shí)施效果良好，為泵站的智慧運(yùn)行、高效管理打下了可靠基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：自來水，泵站，集控中心，供水管網(wǎng)，WEB展示

0、引言

自來水泵站是供水管網(wǎng)的一個重要組成部分，在我國的各個城市的不同區(qū)域均分布著不同規(guī)模的自來水泵站，其擔(dān)負(fù)著區(qū)域供水增壓的重要作用，個別泵站還需要進(jìn)行水質(zhì)的進(jìn)一步提升，確保用戶水質(zhì)達(dá)標(biāo)，因此自來水泵站是城市供水的重要基礎(chǔ)設(shè)施。其功能也決定了自來水泵站地域的分散性，因此對于各個泵站的運(yùn)行控制是相對獨(dú)立的，各個泵站需要多班組輪換運(yùn)行，供水管網(wǎng)泵站之間的關(guān)聯(lián)性也不能及時掌握，這樣不僅增加了人工成本，而且對供水泵站運(yùn)行狀態(tài)的統(tǒng)一管理帶來很大的不便。基于供水泵站運(yùn)行現(xiàn)狀，本文針對性的對城市供水管網(wǎng)自來水泵站集控中心建設(shè)進(jìn)行研究和分析，統(tǒng)一了區(qū)域供水泵站運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)及泵站管理運(yùn)行信息化建設(shè)的要求。

1、集控中心建設(shè)研究

集控中心，顧名思義就是中心集中控制，其基于自來水泵站自動化、網(wǎng)絡(luò)信息化及中心智能化進(jìn)行建設(shè)。通過集控中心的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)供水區(qū)域各泵站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息全面覆蓋，并遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了自來水泵站的實(shí)時集控和高效運(yùn)營，形成可靠的應(yīng)急指揮平臺。同時通過集控中心提高供水區(qū)域內(nèi)各泵站的自動化控制水平，實(shí)現(xiàn)信息資源的互通、整合與共享，進(jìn)行功能反哺，進(jìn)一步提高各個泵站的生產(chǎn)運(yùn)行水平。

本文根據(jù)自來水泵站集控中心功能建設(shè)實(shí)際應(yīng)用需求，在對自來水泵站現(xiàn)有狀況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定了集控中心建設(shè)的相關(guān)功能模塊。

1.1網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

由于自來水泵站地域分散，要實(shí)現(xiàn)集中控制，網(wǎng)絡(luò)傳輸是基礎(chǔ)。由于自來水?dāng)?shù)據(jù)的重要性及集中中心需要實(shí)時監(jiān)控，因此對網(wǎng)絡(luò)的安全性、穩(wěn)定性、及時性都有較高的要求。另外泵站一般均有生產(chǎn)監(jiān)控?cái)z像頭，這部分視頻監(jiān)控信號也需要上傳，也只有上傳了這些信號才能最終實(shí)現(xiàn)泵站無人值守，集控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。綜合以上因素，就要求網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)不能只采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，而是要選用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，即可以選擇各運(yùn)營商的VLAN專線業(yè)務(wù)進(jìn)行信息傳輸，同時考慮備用無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余，故障自動切換。

需要注意的是網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)建設(shè)前需要核算泵站相應(yīng)的帶寬，包括視頻信號帶寬和生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸帶寬，泵站計(jì)算單站點(diǎn)上行帶寬需求，集控中心計(jì)算所有接入泵站的下行帶寬需求，并預(yù)留一定的帶寬余量，同時做好視頻和數(shù)據(jù)的帶寬分離傳輸，相互不影響。

1.2數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)主要用于各泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控。可以采用Wondware平臺軟件，分布式部署。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）數(shù)據(jù)實(shí)時采集。數(shù)據(jù)采集軟件部署于泵站服務(wù)器，連接泵站本地控制系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，向泵站及中心可視化節(jié)點(diǎn)提供實(shí)時數(shù)據(jù)。如果中心和泵站網(wǎng)絡(luò)中斷，不影響泵站實(shí)時監(jiān)控，同時該數(shù)據(jù)采集軟件向工業(yè)實(shí)時數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳。在網(wǎng)絡(luò)中斷時，數(shù)據(jù)能夠在泵站本地服務(wù)器自動緩存，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后數(shù)據(jù)補(bǔ)傳至數(shù)據(jù)庫。

（3）數(shù)據(jù)歷史存儲。在中心及某泵站配置相應(yīng)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歷史存儲及災(zāi)備。

（4）數(shù)據(jù)可視化展示。在集控中心根據(jù)值班人員數(shù)量設(shè)置相應(yīng)的可視化節(jié)點(diǎn)操作員站，部署泵站生產(chǎn)工藝流程開發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各泵站的集中可視化實(shí)時監(jiān)控。可視化節(jié)點(diǎn)可根據(jù)要求實(shí)時擴(kuò)展。

（5）語音報警提示。在集控中心上位機(jī)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)各自來水泵站主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)異常語音報警、提醒現(xiàn)場值班人員進(jìn)行及時干預(yù);報警可按重要程度分級設(shè)置，具有相應(yīng)的優(yōu)先級。

（6）報表統(tǒng)計(jì)功能。根據(jù)用戶需求自動生成相關(guān)的系統(tǒng)報表，比如日報表、月報表、年報表等。

（7）集中管理功能。在集控中心設(shè)置應(yīng)用對象管理服務(wù)器，主要用于節(jié)點(diǎn)管理，集控中心可以通過管理平臺下載、更新、控制各泵站節(jié)點(diǎn)。

（8）系統(tǒng)擴(kuò)展功能。能夠根據(jù)后續(xù)生成需求進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展;系統(tǒng)應(yīng)具有相應(yīng)的開放性擴(kuò)展接口，和第三方進(jìn)行數(shù)據(jù)交互等。

1.3、WEB展示系統(tǒng)

WEB展示系統(tǒng)是一個直觀的、綜合的、多業(yè)務(wù)、多場景展示平臺。主要是對各泵站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，形成指標(biāo)進(jìn)行展示，并對所有泵站的整體運(yùn)行情況進(jìn)行形象、直觀的展示，其主要包括以下幾個場景：

（1）WEB首頁。首頁主要基于地圖實(shí)現(xiàn)對泵站的地理位置、集控中心的地理位置、重要用戶地理位置及其之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)注，并對各自來水泵站的供水區(qū)域進(jìn)行展示，并結(jié)合監(jiān)測點(diǎn)壓力實(shí)現(xiàn)熱力圖展示。所有的展示均在不同的圖層，以便單獨(dú)展示。 首頁還包括一些綜合信息展示，如各泵站的進(jìn)、出水壓力實(shí)時動態(tài)展示;各泵站的主要指標(biāo)的合格率及泵站的綜合體征進(jìn)行展示;泵站的供水能力進(jìn)行實(shí)時動態(tài)展示等。

（2）運(yùn)行監(jiān)控指標(biāo)面版，展示具體到某一泵站內(nèi)部指標(biāo)實(shí)時信息。如實(shí)時展示當(dāng)前泵站濁度、壓力、余氯、流量、旁通余氯指標(biāo);極值監(jiān)測，統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)極值并展示;實(shí)時進(jìn)出水水質(zhì)流量的折線圖等。

（3）運(yùn)行監(jiān)控動態(tài)工況面板。這是運(yùn)行監(jiān)控的另一種展示形態(tài)，可以通過html5 canvas技術(shù)直觀形象的展示泵站內(nèi)部各個裝置的連通圖，結(jié)合動態(tài)檢測數(shù)據(jù)實(shí)時改變圖形開關(guān)、閥門等開閉裝置的狀態(tài)及示數(shù)，清晰直觀的把控站內(nèi)動態(tài)。

（4）趨勢分析。將不同泵站監(jiān)測的所有指標(biāo)進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋嗤笜?biāo)對比，不同指標(biāo)趨勢對比。

（5）智能研判。這個功能主要是在數(shù)據(jù)積累一定量的情況下進(jìn)行開發(fā)，將近一個月站點(diǎn)內(nèi)各類指標(biāo)異常情況及近半年站點(diǎn)內(nèi)異常情況數(shù)據(jù)代入設(shè)計(jì)研判模型，得出研判結(jié)果，指導(dǎo)生產(chǎn)。

（6）系統(tǒng)配置。這相當(dāng)于系統(tǒng)后臺，包括用戶信息配置及可配置告警的類目及閥值等。

1.4、大屏顯示系統(tǒng)

大屏顯示系統(tǒng)主要用于WEB展示平臺的硬件支撐，其主要包括大屏幕拼接墻和坐席模塊。坐席模塊應(yīng)滿足值班人員24小時值班的舒適性需求;大屏幕拼接墻是將高清晰度、數(shù)字化顯示、多屏處理、信號切換、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用綜合為一個整體，形成一個智能化、操作簡便和迅速的集中控制顯示系統(tǒng)。通過拼接墻顯示系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)用戶應(yīng)用系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)信號、視頻圖像信息的綜合顯示，主要包括生產(chǎn)工藝過程顯示和現(xiàn)場視頻監(jiān)控顯示等相關(guān)內(nèi)容，最終形成一套技術(shù)先進(jìn)、多信號源集中控制、大數(shù)據(jù)量處理、實(shí)時準(zhǔn)確顯示的管理控制平臺，從而滿足用戶集中管理、調(diào)度、判斷和決策指揮的需要。

2、集控中心組成

2.1、系統(tǒng)拓補(bǔ)圖

根據(jù)對自來水泵站集控中心建設(shè)功能的研究分析，集控中心建設(shè)主要由網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)、WEB展示系統(tǒng)和大屏顯示系統(tǒng)構(gòu)成。在空間上集控中心則主要有監(jiān)控中心和各自來水泵站現(xiàn)場站點(diǎn)組成。其系統(tǒng)拓補(bǔ)圖如下：

2.2、集中監(jiān)控中心

集中監(jiān)控中心主要由網(wǎng)絡(luò)傳輸及安全設(shè)備、操作計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、大屏拼接墻及相關(guān)軟件軟件組成。

網(wǎng)絡(luò)傳輸及安全設(shè)備主要包括路由器、交換機(jī)及防火墻。路由器及交換機(jī)主要用于中心和各自來水泵站組網(wǎng)建設(shè)，通過運(yùn)營商專線構(gòu)建一個相對較安全的VLAN。防火墻主要用于外網(wǎng)訪問安全控制。

操作計(jì)算機(jī)和服務(wù)器主要用于部署相關(guān)的工控軟件及應(yīng)用軟件，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控功能的硬件支撐。

大屏拼接墻主要有LED顯示屏拼接而成，通過視頻拼接處理器實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的展示。

相關(guān)軟件主要包括組態(tài)應(yīng)用軟件和WEB平臺軟件，通過定制開發(fā)實(shí)現(xiàn)用戶需求的各項(xiàng)功能。

2.3、自來水泵站現(xiàn)場站點(diǎn)

自來水泵站現(xiàn)場站點(diǎn)主要有自控儀表系統(tǒng)、服務(wù)器及操作計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。

要實(shí)現(xiàn)泵站的集中控制，泵站自身必須具有完備的自控儀表系統(tǒng)，這是集控中心建設(shè)的基礎(chǔ)條件。自控儀表系統(tǒng)主要包括PLC控制柜、泵站相關(guān)水質(zhì)儀表、壓力儀表、液位儀表、流量儀表等。同時，在泵站部署服務(wù)器及操作計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)泵站自身的全自動控制及人工控制，預(yù)留遠(yuǎn)程接口，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和運(yùn)營商專線實(shí)現(xiàn)集控中心的遠(yuǎn)端監(jiān)控。

3、實(shí)際應(yīng)用

該自來水泵站集控中心建設(shè)研究方案在上海市自來水奉賢有限公司泵站管理所進(jìn)行了建設(shè)應(yīng)用。該泵站管理所集控中心的建設(shè)主要完成了以下幾方面的工作：

（1）、網(wǎng)絡(luò)搭建。各泵站與集控中心的網(wǎng)絡(luò)采用電信的VLAN業(yè)務(wù)完成組網(wǎng)，集控中心申請一條固定IP專線，用于數(shù)據(jù)發(fā)布。在各泵站部署安裝了1套路由器;在集控中心機(jī)房部署安裝了1套中心路由器和1套核心交換機(jī);外網(wǎng)專線配置了1套防火墻。

（2）、實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)。主要軟件部署及功能如下：

1）各泵站配置數(shù)據(jù)采集軟件OI Servers ，部署于各泵站配置的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器上，用于連接現(xiàn)場控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，向泵站及中心可視化節(jié)點(diǎn)提供實(shí)時數(shù)據(jù);如果中心和泵站網(wǎng)絡(luò)中斷，不影響泵站實(shí)時監(jiān)控，同時該采集器向工業(yè)實(shí)時數(shù)據(jù)局庫提供數(shù)據(jù);該服務(wù)器還可以用于節(jié)點(diǎn)管理，監(jiān)控中心可以通過管理平臺下載控制該泵站節(jié)點(diǎn)，同時在斷網(wǎng)情況下，數(shù)據(jù)可以通過該服務(wù)器緩存在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后補(bǔ)發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

2）在中心設(shè)置2臺操作員計(jì)算機(jī)，部署可視化節(jié)點(diǎn)軟件，即組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。整個組態(tài)在中心開發(fā)，通過管理服務(wù)器及應(yīng)用程序服務(wù)器下載部署至各個泵站，后期還可以根據(jù)需要擴(kuò)展可視化節(jié)點(diǎn)。其中的1臺操作員站也用于工程師站，配置1套開發(fā)軟件，用于整個系統(tǒng)的開發(fā)。

3）在中心設(shè)置1臺服務(wù)器，部署Galaxy儲備庫，即系統(tǒng)平臺軟件的管理服務(wù)器，用于管理整個系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行。

4）在中心和某一泵站分別設(shè)置1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，分別部署1套工業(yè)庫，兩個工業(yè)庫互為冗余，提高系統(tǒng)的可靠性。

5）集控中心語音報警。各泵站及中心可視化節(jié)點(diǎn)可對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制、對現(xiàn)場出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行語音報警。

6）系統(tǒng)報表統(tǒng)計(jì)。根據(jù)用戶實(shí)際報表格式，進(jìn)行報表系統(tǒng)開發(fā)，可查看當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)報表和曲線，實(shí)現(xiàn)了年、月、日報表系統(tǒng)自動生成、查詢等報表功能。

（3）數(shù)據(jù)存儲分析及WEB平臺開發(fā)。數(shù)據(jù)存儲分析平臺主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲，保障歷史數(shù)據(jù)的完整性，并對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得到對客戶生產(chǎn)有用的數(shù)據(jù)WEB憑條展示;WEB平臺的開發(fā)：包含各泵站數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)趨勢、地理信息、調(diào)度決策、報警信息以及所有泵站的綜合運(yùn)行指標(biāo)等相關(guān)功能模塊。

（4）大屏顯示系統(tǒng)。大屏顯示系統(tǒng)采用3行4列，共計(jì)12塊55寸液晶屏拼接而成，集控中心各操作站及服務(wù)器通過視頻拼接圖像處理器投屏，實(shí)現(xiàn)了WEB平臺及生產(chǎn)監(jiān)控平臺的大屏展示。

總的來說，在2019年該方案通過在上海市奉賢自來水公司泵站泵站管理所的建設(shè)應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能，目前該系統(tǒng)運(yùn)行正常，驗(yàn)證了方案中的各功能設(shè)計(jì)，滿足了泵站集中控制的基本要求。

結(jié)語

自來水泵站集控中心建設(shè)研究是對泵站遠(yuǎn)程無人值守及智慧水務(wù)的一次功能分析，該方案通過在上海市自來水奉賢有限公司泵站管理所的實(shí)際應(yīng)用，通過中心和各泵站見網(wǎng)絡(luò)搭建、數(shù)據(jù)實(shí)時采集軟硬件的部署調(diào)試、WEB平臺的開發(fā)和大屏顯示系統(tǒng)的建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)的泵站管理所集控平臺要求的各項(xiàng)功能，為泵站運(yùn)行管理提供了良好的支撐。

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作者簡介：周葉（1983-），男 ?，本科 ，漢 ，上海奉賢 ，上海市自來水奉賢有限公司副總經(jīng)理，工程師，從事研究現(xiàn)代化供水企業(yè)的安全優(yōu)質(zhì)供水及高效運(yùn)營管理。

（上海市自來水奉賢有限公司 ?上海 ?201400）