汙（wū）水處理廠遠程監測係統信息化平台建（jiàn）設方案

▋項目概述

1.1項目背景

近年（nián）來隨著中國經濟的繁榮，水（shuǐ）工業，包括工業製水、工業汙水處理、市政給（gěi）排水、建築給排水、水文水利、農村直飲水、節水灌（guàn）溉、水質檢（jiǎn）測等領域工程及配套設施的（de）建設蓬勃發展，新技術的不斷（duàn）湧現推（tuī）動著中國水工業自動化、信息化的不斷深入（rù）。

城市水務集團（tuán）公司主要（yào）負責城市（shì）製水、供水、排水、汙水處理、中水回用、水質檢測（cè）等業務，可以（yǐ）說城市水務集團公司掌握著一個城市用（yòng）水的“生命（mìng）線”。想要實（shí）現城市水業“資源統（tǒng）一配置，供水統一調度，運行統一管理”這一目標，需（xū）要在水務集團建設完善（shàn）智能的自動化信息平台（tái）。

1.2項目意義（yì）

管控（kòng）一體化是指（zhǐ）管理與控製一體化，就是利用各種技術，把生產現場的各種數據通過信息網絡係統進行係統（tǒng）集成、技術融合（hé），為企業全麵實現信息自動化管理奠（diàn）定基礎。水務集團（tuán）公司（sī）管控一體（tǐ）化係統的目標是（shì）利（lì）用先進的計算機自（zì）動化技術（shù），實現運營管理係統與實時工藝係統的數據（jù）有機融（róng）合（hé）與共享，建立一體化信息集成平台（tái）。同時通過對各汙水廠運（yùn）行狀況的快（kuài）速響（xiǎng）應與優化控製，在確保汙水處理達標排放的（de）同時，進一步提高社會效益和經濟效（xiào）益（yì）。

1.3項目目標

1、自動化控製代替人工操作，減輕勞動強度，改善操作環（huán）境；

2、保證工藝處理生產過程可靠運行，對安全生（shēng）產提供幫助；

3、實現現（xiàn）代汙水處理企業的信息（xī）化管理，充分發揮（huī）網絡通信技術的優勢，實（shí）現（xiàn）信息資源共（gòng）享，以利於達到節能降耗、經濟運（yùn）行（háng）的目的；

4、與各汙水廠進（jìn）行數據交互（hù），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（shí）現（xiàn）數據緩存與斷電（diàn）續傳的功能（néng）； 

7、提供“栩栩如生”的畫麵，方便（biàn）領導觀看與工程師了解（jiě）現場工藝； 

8、建立城市汙水處理（lǐ）係統數據平台，實現（xiàn）大量高密度的數（shù）據進行高速存儲與快速查詢，為綜合分析提供條件（jiàn）； 

9、提供（gòng）多種開放（fàng）性接口，便於其它第三（sān）方（fāng）係統（tǒng）調用數據，進行相關分（fèn）析； 

10、在Internet網絡或局域網中將（jiāng）實時、曆史、報警等數據以集成（chéng）的（de）方式進行發布，使用戶可在IE中實現瀏覽。 

1.4需求分析

目前汙水處（chù）理（lǐ）廠多（duō）數流量計等表（biǎo）計（jì）均為實現數據上傳，同時（shí）多數重（chóng）點（diǎn）設（shè）備監測點也均為實現視頻遠程監（jiān）控（kòng），未創立有（yǒu）效的汙水處理廠監控係統SCADA平台，為管理和服務工作帶來很大的工作量，也形成了汙水處理信息化孤島。因（yīn）此，建立建全一套完善（shàn）的有效的（de）數據與視頻監（jiān）控平台顯得尤為重要。汙水（shuǐ）處理廠信息化平台可分為實時運營管理係統、曆史數（shù）據存儲係統、工藝流程監控係統、管網調度管理係統、視（shì）頻係統、GIS地理信息係統、遠程（chéng）設備管理係統等。

生產調（diào）度平台需要實時采集各地汙水分（fèn）控中心、城市管網、供水公（gōng）司、水質監測中心的實時數據，完成實時數據的匯（huì）總，分類，存儲，以及統（tǒng）計分（fèn）析。數據實現與關係數（shù）據庫的無（wú）縫轉儲，可（kě）為運營（yíng）管理部門提供準確完整的真實數據支（zhī）撐。調（diào）度中心工作人（rén）員可通過大屏幕隨（suí）時了解現場工藝流程（chéng），設備運行狀（zhuàng）況（kuàng），數（shù）據報表和曲線趨（qū）勢，同時可（kě）結合視頻係統及GIS地理信息（xī）係統及時了解故障及報警（jǐng）信息。信息化平台具備遠程設備管理功能，可對（duì）遠（yuǎn）程（chéng）設備運行進（jìn）行監控（kòng），及時發現故障並排除、遠程更新設備配置、共享傳輸（shū）資料、安裝部署應用軟件等。

采（cǎi）用實時數據庫平台構建的該信息化平台可以（yǐ）構建企業生產運營調度管理係統，構（gòu）建企業（yè）信息門戶（hù）。主要特點如下：

1、基於Internet進行管理和查（chá）看；

2、Intranet的應用和集成，使信息（xī）在企業內部共享和（hé）應用更便捷充分（fèn），易於升級和維護；

3、模塊化結構，靈活組合，伸縮性強；

4、圖形化界麵，易於掌握使用（yòng）；

5、開放式係統，滿足一係列（liè）國際標準和事實標準；

6、係統可靠性（xìng）高（gāo）。完全基於（yú）瀏覽（lǎn）器方式，管理維護方便。

▋係統建（jiàn）設內容及原則

2.1、係統建（jiàn）設內容（róng）

汙水處理廠監控係統采用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（jì）等儀表、變頻器（qì）等設備的實時數據快速采集，對汙水提升泵電機、閘門、電動\氣動閥門、粗\細格柵電機、鼓風機等進（jìn）行控（kòng）製。係統對各生產裝置流程圖畫（huà）麵、曆（lì）史趨勢、報警信息進行監控，並實現生產信息的整體觀（guān）察畫麵。 

集團公司遠程運營績效管理係統（tǒng）提供友好直觀的顯示界（jiè）麵，實現生產工藝（yì）圖形化實時監視，各種（zhǒng）能耗（hào）實時顯示；同時（shí）係統對汙水處理廠（chǎng）最為關注（zhù）的節（jiē）能降耗問題進行針對性設計，采用多種科學（xué）手段進行最優化控製，如：進行（háng）泵站機組聯編控製、優化調度，降低能耗，延長機組使用壽命；自動分析水質數據（jù）情況，計算合（hé）適的用藥比例，節約用藥成本；曝氣池溶解氧濃度的穩定控製，降低曝氣係統能耗等；完成個（gè）汙水（shuǐ）處理廠數據統計、分析、處理，對各汙水處理廠完（wán）成設備管理、工藝（yì）分析、成本（běn）分析、績效管理。 

2.2、係統設計原則

（1）整體規劃原則

方案（àn）設計結合未來發（fā）展需求，整體規劃（huá），分布實施。

（2）實用性原則

符合汙水廠、自來水廠生產、安全、管理、決（jué）策、服務各項業務和職能要求，人機界麵形（xíng）象化、直觀化和（hé）人性化，操作、維護（hù）簡便易用。

（3）先進成熟性原則（zé）

整體結構和技術（shù）上采用當前先進、成熟的方案和技術。

（4）安全（quán）性原則

充分（fèn）考慮係統的安全性，采（cǎi）用安全控製（zhì）策略，確保係統安（ān）全性。

（5）標準化原則

在係統平台和開發平台選（xuǎn）型（xíng）時，遵循國際標準及工業（yè）標準，係統采（cǎi）用統一的管理信（xìn）息數（shù）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（fā）質量（liàng）和今後易於維護和係統升級。

（6）擴展性原則

采用模（mó）塊化設計思想，保證係統可擴展性。

（7）高性價比原則

充分利用現有設備，新增設（shè）備（bèi）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（néng）與其它應用係統集成，做到信息共享和資源共享。

（9）互操作（zuò）性原則

支持各種主流實時數（shù）據庫（kù）的數據接口，並通（tōng）過標準關係數據庫接口(ODBC，OLE DB)實現與ERP及其它管（guǎn）理係（xì）統的數據集成。

▋係統整體結構

3.1、係統拓撲圖

3.2、係統介紹

信息化平台係統部署（shǔ）在（zài）視頻與數據監控中心。通過數據采集與視頻采集一體化（huà）設備將遠端流量計等（děng）儀表設備的數（shù）據及重要節點視頻監控畫麵上傳至（zhì）監控中心，網絡通訊鏈路（lù）現有具備（bèi）有（yǒu）線光纖的監測點可（kě）利用原（yuán）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（liàn）路（lù）。數據與視頻監控設備上傳至監控中心後可實現（xiàn）對現場（chǎng）設備的數據及（jí）視（shì）頻監控的統一管（guǎn）理，另上傳至監控中心的數據及視頻可實現與SCADA平台（tái）及（jí）視頻監控平台的融合，數據可實現與第三方軟件係統的對接，從而打通信息化孤島，為運營（yíng）管理帶來信息化水（shuǐ）平的提升。

3.2.1、實時、曆史數據服務器

此服務器的功能是將控製係統的數據進行接收、壓縮、計算、分析後存入數據庫（kù），向管理層的其他用戶提供曆史數據（jù）及實時數據的（de）查詢功能。係統不但（dàn）要能滿足現階（jiē）段（duàn）的業務要求，而且要能滿足將來業務的增（zēng）長和新（xīn）技術發展的要求（qiú），要在原有設備繼續發揮作用（yòng）的基礎（chǔ）上（shàng），保證用戶能方便（biàn）地增加或調整設備，改善係統功能和性能（néng），支持將來（lái）係統不斷更新和便於升級，從而保護原有投（tóu）資（zī）。主機係（xì）統應具有良好（hǎo）的可擴展能力（lì），滿足不同規模計算環境的要求，並且能提供多種升級途徑，給業務的不（bú）斷發（fā）展創（chuàng）造條件。

實時數據庫服務器配備力（lì）控科技pSpace Server軟件平台采取（qǔ）冗餘架構，兩台（tái）服務器互為熱備，通過實（shí）時心跳檢測監控服（fú）務器的運行狀（zhuàng）態，一旦主機發生問題從機可在最短時間內切換。

曆史數（shù）據服務器作為應用統計分析（xī）的數據支撐，對其運行的安全穩定性有較高（gāo）的要求（qiú），因此采用磁盤陣列硬冗（rǒng）餘架構。同樣配備力控科技pSpace Server軟件平台。

3.2.2、網絡係統

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，本係統采用VPN的網絡模式（shì）或者（zhě）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)出現於Internet盛行的今天,它使企業網絡幾乎可以無限（xiàn）延伸到地球的每個角落（luò）,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台。

當分控中心與（yǔ）調度中心出現通信故障時（shí），為保證數（shù）據完整性（xìng），分控中心數據平台加裝力控（kòng）科技通信組件CommServer，該組件可實現斷線緩存功能。通信恢複（fù）後可將故障時段緩存的數（shù）據繼續上傳至調度中心信息平台，從而（ér）避免了數據流失。

CommServer組件支持力控（kòng）軟件以各種網絡方式互相通信，比如RS232/485/422、無（wú）線電台、電話輪巡撥號、3G/4G/5G、以太網等方式，實現與（yǔ）其他節點力控軟（ruǎn）件的通信。該組件具有以下特性：

(1)具備分（fèn）組和地址概念（niàn），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)具備故障恢複功能，通信中斷時具備斷線緩存功能；

(4)直（zhí）接將離開（kāi）區域數據（jù）庫的數據進（jìn）行發送，提高係統效率；

(5)第三方程序通過開放協議可以多種網絡方式直（zhí）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（dù）係統的建設要滿足企業運營優化管理，節能降耗的（de）要求，因此提供了（le）生產調度管理（lǐ）功（gōng）能。

水務生產調度係統以數據服務器為核心，通過每日廠級數據匯（huì）總，及（jí）時下達次日（rì）的指標（biāo），保證總供水需求平衡，避免浪費或者不足。通過各種（zhǒng）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（shēng）成調度方案，輔助企業對所屬區域的供水、水網運行（háng）優化調度管理，同時通（tōng）過（guò）網絡實現數據共享，將生產調度（dù）數據直接用於辦公自動（dòng）化係（xì）統，實現“監（jiān）測（cè）、控（kòng）製、調度、管理（lǐ）”一體化，提高生產（chǎn）效率，提升經濟（jì）效益（yì）。

3.2.4、 遠程設備管理

遠程設備管理顧名思義就（jiù）是對（duì）設備進行異地管理，包括：對設備運行進行監控，及時發現（xiàn）故障並排除、遠程更新設備配置、共（gòng）享傳（chuán）輸（shū）資料、安（ān）裝部署應用軟件（jiàn）等內（nèi）容。

遠程設備管理可以分為以下四個層麵

• 運行（Operation）——保證設備可以高效可靠的運（yùn）行。

• 控製（Administrator） ——管理硬件和軟件係統的（de）配置信息。

• 維護（Maintance） ——及時發現網絡故障，並排除。

• 提供（Provision）——提供硬件和軟件的服務。

  
  

通過遠程設備管理功（gōng）能，用戶可以在線查看、查詢、獲（huò）取各種模擬設備和開關的最（zuì）新數據、狀況。並可以實現定（dìng）時監測（水源井數據、管（guǎn）網壓力、TOC、COD、PH、流量等一次（cì）性儀表在一段時間內，按照固定的（de）周期進行（háng）數（shù）據采集）。中心控製室可以實時（shí）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（chǎng）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（chéng）操作，並將分析結（jié）果和設備運（yùn）行日誌記錄於水務（wù）集團水務生產調（diào）度平台數據中。

3.2.5、 視頻監控係統集成

水務生產調度係統需接入視頻遠程監控係統，對城市供水管網各個重（chóng）點泵站以及自來水（shuǐ）廠等廠區進（jìn）行（háng）實時監視，視頻圖像信息可實現無延時連續監控、錄像（xiàng）和傳輸，視頻圖像信息通過公眾網光纜（lǎn）路徑傳輸（shū）至水務集團信（xìn）息化平台，並能在統一的監控平台下（xià）顯示和存（cún）儲。在調（diào）度中心控製（zhì）室內配備（bèi）大屏幕顯示係統，與信息化平台係統連接，實現數（shù）據和視頻的任（rèn）意顯示功能（大屏幕顯示係統的輸入信（xìn）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（hào）源）。

力控監控組態軟件全新的產品推（tuī）出了視頻全集成解決方案，通過一套組件支持（chí）海康、大華等主流的視頻廠商。同時提（tí）供用戶集（jí）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（tài）資源切換，實現多種廠商視頻的平（píng）台集成

• 采（cǎi）用了全新（xīn）的框架技術，能夠更（gèng）好地兼容視頻SDK

• 采用（yòng）統（tǒng）一的界（jiè）麵庫（kù）及資源，可針對不同廠商形成視頻庫

• 解決（jué）了視頻庫版本快（kuài）速升級的（de）兼容問題

3.2.6、 數據與視頻采集設備選型

技術規範

CM550遙測終（zhōng）端機集（jí）傳統遙測終端機功能與（yǔ）3G/4G/5G Ethernet等通信（xìn）功能於一（yī）體，實現水文/水資源/TCP Modbus 等數據的采集、存儲、顯示、控製、報警及傳輸等（děng）綜合功能。

CM550 采用高性能的工業級（jí） 32 位通信（xìn）處理器和工（gōng）業級無線模塊，以嵌入式實時操作係統為（wéi）軟件（jiàn）支撐平台，提供翻鬥式雨量計接（jiē）口、RS232、RS485、以太（tài）網、模擬量輸入、開關量輸入和繼電（diàn）器接口，可滿足各種不同水文/水資（zī）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（kě）廣泛適（shì）用於水利信息化、灌區信（xìn）息化、茄子视频水務、茄子视频城市項目、地質災害（hài）項目等場景。

（1)應用拓撲

(2)產品特點

工業級應用設計（jì）

• 采用高性（xìng）能（néng）工業級無線模塊（kuài）

• 采（cǎi）用高性能工業級 32 位通信（xìn）處理器

• 支持低功耗模（mó）式，包括休（xiū）眠模式、定時上下（xià）線（xiàn）模式

• 采用金屬外殼，保護等（děng）級 IP30,金屬（shǔ）外殼和係統安全隔離，特別適合於工控（kòng）現場的應用

• 寬電源輸入（DC 5~36V）, 電源接口內置（zhì）反（fǎn）相（xiàng）保護和過壓保（bǎo）護

遵循標準

• 水文自動測（cè）報係統設備遙測終（zhōng）端機

•  水文自動測報係統設備基本技術條件

• 水文自動測報係統技術規（guī）範（fàn）

• 水資源監測設備技術要求

• 水資源（yuán）監測設備質量（liàng）檢驗

符合（hé）規約

• 《水文監測數據通信規約》

• 《水資源監測數據傳輸（shū）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（bào）

• 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（gōng）置數功能

• 支持本地外接觸摸屏顯（xiǎn）示、配置（zhì）和（hé）調試功能

• 遠程查詢實時數據及（jí）曆史數據

• 本地導出曆史數據

產品特色

• 一體化設計：集傳統遙測終端機功能與 3G/4G/5G/Ethernet傳輸功能於一體，實現水文/水資源數據的采集、存儲、顯示、控製、報警及（jí）傳輸等（děng）綜合功能。

• 工業級（jí）設計：寬溫設計，耐高低溫，耐強電（diàn）磁幹擾。適用於各種惡劣的現場。采（cǎi）用完備（bèi）的係統保護機製和防掉線機製，保證（zhèng）終端永（yǒng）遠在線。

• 接口豐富、標準易用：提供 1 個翻鬥式雨量計接口（kǒu）、1 個脈衝計數接口、2 個 RS232 接口、2 個 RS485 接口、4 路模擬量輸入接口（16 位 AD、支持（chí） 4-20mA 電（diàn）流或 0-5V 電壓（yā）信號（hào））、2 路開關量輸（shū）入接口、2 路開關量輸出接口（繼電器驅動）。

• 大容量數據（jù）存儲空間：提供 32MB 的內部 Flash 數據存儲空間，可（kě）存儲 10 年以上（shàng）的采集數據。

• 多種通信方（fāng）式：3G/4G/5G /Ethernet 為主傳輸通道、短（duǎn）信為備（bèi）份傳輸通道（dào）；

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

• 本地（dì）配置方式：串口配（pèi）置等方（fāng）式。

• 遠程（chéng）管理功能：支持遠程參數配置（同時支持平台配置方（fāng）式和短信配置（zhì）方式）、遠程（chéng）程序升級。提供功能強

穩定可（kě）靠

• WDT 看門狗設計（jì），保證係統穩定

• 采用（yòng）完備的（de）防（fáng）掉線機製，保證數據終端永遠在（zài）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（kǒu）內置反相（xiàng）保護和過壓（yā）保護

•  天線（xiàn）接口防雷保護（可選）