▋項目概述

1.1項目背景

近年來隨著中國經濟的繁榮，水工業，包括工業制水、工業污水處理、市政給排水、建筑給排水、水文水利、農村直飲水、節水灌溉、水質檢測等領域工程及配套設施的建設蓬勃發展，新技術的不斷涌現推動著中國水工業自動化、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、水質檢測等業務，可以說城市水務集團公司掌握著一個城市用水的“生命線”。想要實現城市水業“資源統一配置，供水統一調度，運行統一管理”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，把生產現場的各種數據通過信息網絡系統進行系統集成、技術融合，為企業全面實現信息自動化管理奠定基礎。水務集團公司管控一體化系統的目標是利用先進的計算機自動化技術，實現運營管理系統與實時工藝系統的數據有機融合與共享，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，改善操作環境；

2、保證工藝處理生產過程可靠運行，對安全生產提供幫助；

3、實現現代污水處理企業的信息化管理，充分發揮網絡通信技術的優勢，實現信息資源共享，以利于達到節能降耗、經濟運行的目的；

4、與各污水廠進行數據交互，匯總各種有價值數據； 

5、對現場工藝的真實反映與數據的實時更新； 

6、對通訊鏈路進行診斷，當網絡異常時實現數據緩存與斷電續傳的功能； 

7、提供“栩栩如生”的畫面，方便領導觀看與工程師了解現場工藝； 

8、建立城市污水處理系統數據平臺，實現大量高密度的數據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調用數據，進行相關分析； 

10、在Internet網絡或局域網中將實時、歷史、報警等數據以集成的方式進行發布，使用戶可在IE中實現瀏覽。 

1.4需求分析

目前污水處理廠多數流量計等表計均為實現數據上傳，同時多數重點設備監測點也均為實現視頻遠程監控，未創立有效的污水處理廠監控系統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據與視頻監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、歷史數據存儲系統、工藝流程監控系統、管網調度管理系統、視頻系統、GIS地理信息系統、遠程設備管理系統等。

生產調度平臺需要實時采集各地污水分控中心、城市管網、供水公司、水質監測中心的實時數據，完成實時數據的匯總，分類，存儲，以及統計分析。數據實現與關系數據庫的無縫轉儲，可為運營管理部門提供準確完整的真實數據支撐。調度中心工作人員可通過大屏幕隨時了解現場工藝流程，設備運行狀況，數據報表和曲線趨勢，同時可結合視頻系統及GIS地理信息系統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控，及時發現故障并排除、遠程更新設備配置、共享傳輸資料、安裝部署應用軟件等。

采用實時數據庫平臺構建的該信息化平臺可以構建企業生產運營調度管理系統，構建企業信息門戶。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，使信息在企業內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，滿足一系列國際標準和事實標準；

6、系統可靠性高。完全基于瀏覽器方式，管理維護方便。

▋系統建設內容及原則

2.1、系統建設內容

污水處理廠監控系統采用3G/4G/5G無線網絡、工業以太網、RS485總線等通訊方式經由工控軟件I/OServer實現對PLC、流量計等儀表、變頻器等設備的實時數據快速采集，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。系統對各生產裝置流程圖畫面、歷史趨勢、報警信息進行監控，并實現生產信息的整體觀察畫面。 

集團公司遠程運營績效管理系統提供友好直觀的顯示界面，實現生產工藝圖形化實時監視，各種能耗實時顯示；同時系統對污水處理廠最為關注的節能降耗問題進行針對性設計，采用多種科學手段進行最優化控制，如：進行泵站機組聯編控制、優化調度，降低能耗，延長機組使用壽命；自動分析水質數據情況，計算合適的用藥比例，節約用藥成本；曝氣池溶解氧濃度的穩定控制，降低曝氣系統能耗等；完成個污水處理廠數據統計、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、系統設計原則

（1）整體規劃原則

方案設計結合未來發展需求，整體規劃，分布實施。

（2）實用性原則

符合污水廠、自來水廠生產、安全、管理、決策、服務各項業務和職能要求，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

充分考慮系統的安全性，采用安全控制策略，確保系統安全性。

（5）標準化原則

在系統平臺和開發平臺選型時，遵循國際標準及工業標準，系統采用統一的管理信息數據項、信息分類編碼標準、數據及文件格式、網絡通訊規格、通訊接口。

軟件開發標準化，保證軟件開發質量和今后易于維護和系統升級。

（6）擴展性原則

采用模塊化設計思想，保證系統可擴展性。

（7）高性價比原則

充分利用現有設備，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據庫的數據接口，并通過標準關系數據庫接口(ODBC，OLE DB)實現與ERP及其它管理系統的數據集成。

▋系統整體結構

3.1、系統拓撲圖

3.2、系統介紹

信息化平臺系統部署在視頻與數據監控中心。通過數據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據及重要節點視頻監控畫面上傳至監控中心，網絡通訊鏈路現有具備有線光纖的監測點可利用原有通訊鏈路，不具備有線光纖的監測點可采用運營商無線傳輸網路搭建通訊鏈路。數據與視頻監控設備上傳至監控中心后可實現對現場設備的數據及視頻監控的統一管理，另上傳至監控中心的數據及視頻可實現與SCADA平臺及視頻監控平臺的融合，數據可實現與第三方軟件系統的對接，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、歷史數據服務器

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

實時數據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控服務器的運行狀態，一旦主機發生問題從機可在最短時間內切換。

歷史數據服務器作為應用統計分析的數據支撐，對其運行的安全穩定性有較高的要求，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、網絡系統

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

當分控中心與調度中心出現通信故障時，為保證數據完整性，分控中心數據平臺加裝力控科技通信組件CommServer，該組件可實現斷線緩存功能。通信恢復后可將故障時段緩存的數據繼續上傳至調度中心信息平臺，從而避免了數據流失。

CommServer組件支持力控軟件以各種網絡方式互相通信，比如RS232/485/422、無線電臺、電話輪巡撥號、3G/4G/5G、以太網等方式，實現與其他節點力控軟件的通信。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)直接將離開區域數據庫的數據進行發送，提高系統效率；

(5)第三方程序通過開放協議可以多種網絡方式直接訪問力控實時數據庫。

3.2.3、 生產調度管理

水務生產調度系統的建設要滿足企業運營優化管理，節能降耗的要求，因此提供了生產調度管理功能。

水務生產調度系統以數據服務器為核心，通過每日廠級數據匯總，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。依靠這些參數生成調度方案，輔助企業對所屬區域的供水、水網運行優化調度管理，同時通過網絡實現數據共享，將生產調度數據直接用于辦公自動化系統，實現“監測、控制、調度、管理”一體化，提高生產效率，提升經濟效益。

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：對設備運行進行監控，及時發現故障并排除、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的配置信息。

• 維護（Maintance） ——及時發現網絡故障，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據、狀況。并可以實現定時監測（水源井數據、管網壓力、TOC、COD、PH、流量等一次性儀表在一段時間內，按照固定的周期進行數據采集）。中心控制室可以實時城市水網的瞬時流量和累積流量等數據, 通過遠程部署功能可以對監測現場設備進行遠程啟動、設定工作時間、調整工作周期、數據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調度平臺數據中。

3.2.5、 視頻監控系統集成

水務生產調度系統需接入視頻遠程監控系統，對城市供水管網各個重點泵站以及自來水廠等廠區進行實時監視，視頻圖像信息可實現無延時連續監控、錄像和傳輸，視頻圖像信息通過公眾網光纜路徑傳輸至水務集團信息化平臺，并能在統一的監控平臺下顯示和存儲。在調度中心控制室內配備大屏幕顯示系統，與信息化平臺系統連接，實現數據和視頻的任意顯示功能（大屏幕顯示系統的輸入信號：生產數據、實時視頻、公眾網絡圖文和音視頻信號、VCD、SD卡等各種信號源）。

力控監控組態軟件全新的產品推出了視頻全集成解決方案，通過一套組件支持海康、大華等主流的視頻廠商。同時提供用戶集成開發SDK，用戶可根據此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

• 可實現動態資源切換，實現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、 數據與視頻采集設備選型

技術規范

CM550遙測終端機集傳統遙測終端機功能與3G/4G/5G Ethernet等通信功能于一體，實現水文/水資源/TCP Modbus 等數據的采集、存儲、顯示、控制、報警及傳輸等綜合功能。

CM550 采用高性能的工業級 32 位通信處理器和工業級無線模塊，以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平臺，提供翻斗式雨量計接口、RS232、RS485、以太網、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。同時支持才茂網頁配置，方便現場調試和參數配置。該產品可廣泛適用于水利信息化、灌區信息化、智慧水務、智慧城市項目、地質災害項目等場景。

（1)應用拓撲

(2)產品特點

工業級應用設計

• 采用高性能工業級無線模塊

• 采用高性能工業級 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,金屬外殼和系統安全隔離，特別適合于工控現場的應用

• 寬電源輸入（DC 5~36V）, 電源接口內置反相保護和過壓保護

遵循標準

• 水文自動測報系統設備遙測終端機

•  水文自動測報系統設備基本技術條件

• 水文自動測報系統技術規范

• 水資源監測設備技術要求

• 水資源監測設備質量檢驗

符合規約

• 《水文監測數據通信規約》

• 《水資源監測數據傳輸規約》

主要功能

• 雨量觸發采集

• 定時數據采集、存儲及上報

• 預警加報

• 可同時支持多種通訊方式

• 支持4G/5G 采集數據方式

• 支持設備電壓監測功能

• 支持圖片抓拍功能

• 支持人工置數功能

• 支持本地外接觸摸屏顯示、配置和調試功能

• 遠程查詢實時數據及歷史數據

• 本地導出歷史數據

產品特色

• 一體化設計：集傳統遙測終端機功能與 3G/4G/5G/Ethernet傳輸功能于一體，實現水文/水資源數據的采集、存儲、顯示、控制、報警及傳輸等綜合功能。

• 工業級設計：寬溫設計，耐高低溫，耐強電磁干擾。適用于各種惡劣的現場。采用完備的系統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）。

• 大容量數據存儲空間：提供 32MB 的內部 Flash 數據存儲空間，可存儲 10 年以上的采集數據。

• 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

穩定可靠

• WDT 看門狗設計，保證系統穩定

• 采用完備的防掉線機制，保證數據終端永遠在線

•  RS232/RS485 接口內置 15KV ESD 保護

•  SIM/UIM 卡接口內置 15KV ESD 保護

• 電源接口內置反相保護和過壓保護

•  天線接口防雷保護（可選）