自來(lái)水公司調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田 彪

（重慶中法供水有限公司，重慶 401120）

0 引言

近年來(lái)城市化進(jìn)程加快，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，給城市自來(lái)水供應(yīng)提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。隨著“數(shù)字供水”“智慧水務(wù)”的出現(xiàn)，對(duì)自來(lái)水公司信息化的要求越來(lái)越高。自來(lái)水公司的業(yè)務(wù)性質(zhì)與一般的企事業(yè)單位有很大不同，它面對(duì)著千家萬(wàn)戶的服務(wù)需求，管理著供水范圍內(nèi)縱橫交錯(cuò)的地下管網(wǎng)和大量設(shè)備。這對(duì)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等提出了較高的要求。為了給用戶提供安全穩(wěn)定的供水服務(wù)，自來(lái)水公司需要大力發(fā)展供水信息化建設(shè)。以某城市自來(lái)水公司調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹Wonderware 系統(tǒng)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)平臺(tái)”）在城市自來(lái)水公司調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，為自來(lái)水企業(yè)建設(shè)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，全面提高企業(yè)自動(dòng)化、信息化水平，提供有價(jià)值的方法和建議。

1 系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)平臺(tái)是一個(gè)工業(yè)級(jí)軟件平臺(tái)，它以分布式體系架構(gòu)構(gòu)造統(tǒng)一的系統(tǒng)應(yīng)用，由Application Server，Wonderware Historian，Device Integration Server（DAServer）以及InTouch HMI、Historian Client 等多個(gè)軟件組成，構(gòu)成一個(gè)C/S 與B/S架構(gòu)相融合的整套解決方案。這些軟件組件均可以按照硬件的配置以及應(yīng)用的需要在一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)靈活部署。基于ArchestrA 架構(gòu)的系統(tǒng)平臺(tái)提供了開(kāi)放、易用的開(kāi)發(fā)和使用環(huán)境。

系統(tǒng)平臺(tái)是商業(yè)化程度高、自動(dòng)化程度高、具有統(tǒng)一的命名空間、統(tǒng)一分布部署的平臺(tái)軟件。可以統(tǒng)一地將整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載分布到各個(gè)系統(tǒng)，并建立統(tǒng)一的控制邏輯模板，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程軟件部署和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)集中管理、集中組態(tài)、集中修改。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，各節(jié)點(diǎn)功能描述如下：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 組態(tài)維護(hù)/工程師站（GR/IDE）

工程師站安裝的是Wonderware 的IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，能夠?qū)φ麄€(gè)平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)、編輯與修改，是用于開(kāi)發(fā)、維護(hù)及管理Wonderware 應(yīng)用的工程設(shè)計(jì)環(huán)境；GR 服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)整體架構(gòu)，如存儲(chǔ)建立的所有自動(dòng)化對(duì)象模板和實(shí)例、工廠邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、InTouch 畫(huà)面模板的設(shè)計(jì)、I/O 對(duì)象設(shè)置等。

2.2 AOS 服務(wù)器

AOS 服務(wù)器負(fù)責(zé)運(yùn)行針對(duì)項(xiàng)目建模的對(duì)象服務(wù)，包括自動(dòng)化對(duì)象、I/O 對(duì)象等。在各個(gè)AOS 服務(wù)器上安裝DAServer 驅(qū)動(dòng)來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)數(shù)據(jù)，提供給系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)象使用。系統(tǒng)平臺(tái)還支持?jǐn)?shù)據(jù)采集冗余功能，本文系統(tǒng)架構(gòu)采用的是4 臺(tái)AOS 服務(wù)器以兩兩冗余的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和工廠運(yùn)行的可持續(xù)性。

2.3 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)（Historian）

實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)，并提供給Historian Client 或者InTouch 中嵌入的Historian Client 控件使用，或者提供給第三方應(yīng)用使用。

2.4 Web 服務(wù)器

Web 服務(wù)器是用于Web 發(fā)布的服務(wù)器，負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)、畫(huà)面和報(bào)表通過(guò)Web 發(fā)布到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，供授權(quán)用戶通過(guò)IE 瀏覽。

2.5 操作員站

操作員站是接受IDE 部署的InTouch 客戶端，通過(guò)InTouch客戶端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，大幅提高了操作員效率，加強(qiáng)了過(guò)程控制，從而簡(jiǎn)化并增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化和變更管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

（1）在AOS 服務(wù)器中安裝數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)DAServer，建立通信節(jié)點(diǎn)。DAServer 是連接下位機(jī)和系統(tǒng)平臺(tái)的橋梁，系統(tǒng)平臺(tái)通過(guò)DAServer 讀取現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)數(shù)據(jù)。

（2）建立調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的對(duì)象，通過(guò)DAServer 實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)象與下位機(jī)數(shù)據(jù)的通信連接。

（3）在對(duì)象模板或?qū)嵗兄谱餍枰@示的符號(hào)和動(dòng)畫(huà)鏈接等，并嵌入到InTouch 模板中部署實(shí)例。通過(guò)設(shè)備對(duì)象將符號(hào)和動(dòng)畫(huà)鏈接與下位機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使下位機(jī)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)顯示在監(jiān)控界面中，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.1 工藝界面組態(tài)

該界面能真實(shí)反映水廠、加壓站和管網(wǎng)詳細(xì)工藝流程，并能實(shí)時(shí)顯示各個(gè)工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。若要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，可以在輸入權(quán)限后進(jìn)行相關(guān)操作。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，界面能通過(guò)報(bào)警提示實(shí)時(shí)反應(yīng)出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的報(bào)警信息，以便于調(diào)度人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，做出應(yīng)急處理，保證供水穩(wěn)定。

4.2 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)分析

整個(gè)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)由DAServer 獲取到各個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)后會(huì)把數(shù)據(jù)提供到AOS 服務(wù)器，數(shù)據(jù)經(jīng)由AOS 服務(wù)器處理后存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，不僅存儲(chǔ)所有水廠、加壓站和管網(wǎng)的數(shù)據(jù)，也為后續(xù)信息管理系統(tǒng)提供開(kāi)放性接口。利用系統(tǒng)平臺(tái)軟件的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能可以保證數(shù)據(jù)的完整性。當(dāng)AOS 節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)連接后，AOS 節(jié)點(diǎn)會(huì)暫存數(shù)據(jù)于本地，連接正常后會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)分析功能可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)圖顯示，可靈活查詢泵房、設(shè)備、數(shù)據(jù)類型，可按小時(shí)、天、月進(jìn)行顯示，可對(duì)趨勢(shì)圖放大縮小和前后翻動(dòng)，可顯示鼠標(biāo)位置值和時(shí)間，可對(duì)相同數(shù)據(jù)不同的時(shí)間段、不同的工藝段、不同數(shù)據(jù)的相同時(shí)間段的數(shù)據(jù)對(duì)比。

4.3 報(bào)警功能

實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的報(bào)警系統(tǒng)是水司實(shí)現(xiàn)安全調(diào)度的關(guān)鍵。系統(tǒng)平臺(tái)可以根據(jù)各不同類型的報(bào)警設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，并且對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)設(shè)置限值，可顯示高值、高高值、低值、低低值報(bào)警。報(bào)警分實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警：實(shí)時(shí)報(bào)警為當(dāng)前正在發(fā)生的報(bào)警，歷史報(bào)警即為過(guò)去一段時(shí)間所發(fā)生的報(bào)警。實(shí)時(shí)/歷史報(bào)警面板會(huì)顯示出報(bào)警點(diǎn)的“報(bào)警時(shí)間”“對(duì)象屬性名”“狀態(tài)”“注釋”“優(yōu)先級(jí)”“持續(xù)時(shí)間”等相關(guān)報(bào)警信息，依據(jù)報(bào)警點(diǎn)的不同優(yōu)先級(jí)和不同狀態(tài)顯示不同的顏色，易于操作人員分析報(bào)警信息。歷史報(bào)警提供過(guò)濾篩選，可根據(jù)“報(bào)警系統(tǒng)”“開(kāi)始時(shí)間”“結(jié)束時(shí)間”等作為索引進(jìn)行過(guò)濾顯示。

4.4 報(bào)表功能

Wonderware 公司的Historian Client 是一款嵌入至Wonderware Historian 的功能強(qiáng)大的分析和報(bào)告軟件，可讓操作人員、工程師及運(yùn)營(yíng)管理人員掌握近乎實(shí)時(shí)的歷史生產(chǎn)詳情。Historian Client 軟件能夠根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)表。該報(bào)表無(wú)需編程，即可實(shí)現(xiàn)Wonderware Historian 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表的生成。

報(bào)表顯示方式可為表格、曲線、柱狀圖、餅狀圖等多種對(duì)比顯示方式，提供生成格式為PDF、XLS 等文件供用戶選擇。報(bào)表還支持以Web 方式進(jìn)行報(bào)表顯示、手動(dòng)配置、手動(dòng)生成、手動(dòng)清除等功能，為管理用戶提供多樣的管理方式，滿足各類型用戶的需求。

4.5 Web 發(fā)布功能

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)的Information Server 軟件將實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)、監(jiān)視畫(huà)面、實(shí)時(shí)及歷史報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)曲線分析等功能發(fā)布到辦公局域網(wǎng)中，可根據(jù)需要發(fā)布到Internet 網(wǎng)絡(luò)中，提供這些數(shù)據(jù)給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理者，為企業(yè)生產(chǎn)決策提供第一手的分析資料。其Web 發(fā)布功能采用B/S 架構(gòu)，只需通過(guò)支持HTML5 的瀏覽器便可實(shí)現(xiàn)對(duì)畫(huà)面和數(shù)據(jù)的瀏覽。

4.6 系統(tǒng)權(quán)限管理

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)必須設(shè)立安全登錄機(jī)制和登錄賬號(hào)管理制度，只有具有權(quán)限的賬號(hào)和密碼才可以登錄系統(tǒng)，并對(duì)主要控制功能進(jìn)行操作確認(rèn)。系統(tǒng)應(yīng)記錄操作過(guò)程，對(duì)登錄人的主要操作進(jìn)行記錄。

系統(tǒng)平臺(tái)的安全機(jī)制原理為：所有的監(jiān)控對(duì)象按照區(qū)域或子系統(tǒng)以及安全操作原則分為不同的對(duì)象安全組；所有的用戶分成不同的角色；對(duì)于不同的角色可以定義角色和對(duì)象安全組的對(duì)應(yīng)關(guān)系；僅有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角色中的用戶才能操作對(duì)象安全組中的對(duì)象；同時(shí)操作權(quán)限還能定義是否可以確認(rèn)報(bào)警，是否可以修改工程師才能修改的設(shè)定，是否可以修改系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)等。這是一個(gè)非常嚴(yán)謹(jǐn)和完善的安全機(jī)制，這樣的機(jī)制不需要任何的編程，通過(guò)定義和組態(tài)就能完成，用戶在系統(tǒng)運(yùn)行中也能自如地增添用戶和角色，以擴(kuò)展系統(tǒng)的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

基于系統(tǒng)平臺(tái)的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，相較于老舊的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)，系統(tǒng)的維護(hù)更加簡(jiǎn)單，程序的開(kāi)發(fā)與部署更加高效。同時(shí)，便捷的存儲(chǔ)和導(dǎo)出設(shè)備數(shù)據(jù)功能，為智慧水務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該系統(tǒng)在某城市自來(lái)水公司調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的投運(yùn)，有效提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，對(duì)城市自來(lái)水的生產(chǎn)與調(diào)度起到了極大的促進(jìn)作用，真正做到既保證安全供水又實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，提升了公司的自動(dòng)化、信息化水平，為自來(lái)水相關(guān)企業(yè)建設(shè)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)起到了典型的示范作用。