一、引言 

      水利是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，而泵站是水利工程的重要組成部分，它們?cè)诮鉀Q洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水環(huán)境惡化當(dāng)今三大水資源問(wèn)題中起著不可替代的作用，承擔(dān)著區(qū)域性的防洪、除澇、灌溉、調(diào)水和供水的重任，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和全面服務(wù)于小康社會(huì)的建設(shè)中，占有非常重要的地位。泵站又是為水提供勢(shì)能，解決無(wú)自流條件下的排灌、供水和水資源調(diào)配問(wèn)題的水的唯一人工動(dòng)力來(lái)源，是解決洪澇災(zāi)害、干旱缺水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和城鄉(xiāng)居民生活用水的重要工程措施，是“生態(tài)水利”、“環(huán)境水利”、“資源水利”、“現(xiàn)代水利”、“可持續(xù)發(fā)展水利”的具體體現(xiàn)。本文以亞控軟件KingSCADA和KingHistorian等產(chǎn)品為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出滿足大型水利泵站監(jiān)控管理中心運(yùn)營(yíng)需求的一整套成熟的解決方案。

二、構(gòu)建泵站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)的目的 

      1、通過(guò)SCADA軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站龐大的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)高性能的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視，并且通過(guò)SCADA軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的高可靠性的操控。同時(shí)將SCADA系統(tǒng)采集到的信息上傳至泵站上一級(jí)管理單位，為上層系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)泵站集中管理和信息化調(diào)度提供便利；

      2、將全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門(mén)控制系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)等大型復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)以模擬動(dòng)畫(huà)、視頻影像、GIS信息高度集成的形式在SCADA畫(huà)面上顯示，形成數(shù)據(jù)模擬與視頻影像、GIS系統(tǒng)無(wú)縫集成的監(jiān)控方式。

      3、充分利用完整的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和報(bào)警事件數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，基于所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)方便的進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)、事故分析和追憶。實(shí)現(xiàn)大型泵站的信息化管理。

      4、解決目前大部分泵站自動(dòng)化水平低，設(shè)備運(yùn)行安全問(wèn)題較突出，運(yùn)行管理和技術(shù)分析受技術(shù)條件限制較大的問(wèn)題，保證泵站更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

三、 解決方案 

      1、系統(tǒng)解決要點(diǎn)：

      1）SCADA監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備操控的實(shí)時(shí)性、高度正確性與可靠性以及對(duì)設(shè)備操控的安全性。

      2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備大量數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與展示，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性與完整性。

      3）動(dòng)態(tài)模擬圖形與視頻信息、動(dòng)態(tài)趨勢(shì)、報(bào)表等展示方式的高度集成。

      4）保證數(shù)據(jù)庫(kù)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)大點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)的高速歷史存儲(chǔ)。

      5）歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)具有高效的存儲(chǔ)壓縮性能。

      6）數(shù)據(jù)檢索應(yīng)具備快速的響應(yīng)速度。

      7）提供快捷的分析工具使操作人員可以方便地完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

      8）支持多客戶端并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)而不影響系統(tǒng)性能。

      2、解決方案架構(gòu)圖

  圖1 解決方案架構(gòu)圖

      四、 方案分析

      該方案可分為四個(gè)層次，第一層為現(xiàn)場(chǎng)控制層，主要包括現(xiàn)場(chǎng)硬件PLC、儀表等設(shè)備；第二層為SCADA監(jiān)控層，包括中控室SCADA工程師站和操作員站；第三層為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，主要包括工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；第四層是數(shù)據(jù)應(yīng)用層，主要包括調(diào)度分析平臺(tái)、web發(fā)布服務(wù)器、大屏幕展示系統(tǒng)等。

      1、高性能的數(shù)據(jù)采集與高可靠性的設(shè)備操控為泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保證

      在大型水利泵站SCADA系統(tǒng)中，無(wú)論是對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息采集的準(zhǔn)確性還是遠(yuǎn)程操作的可靠性都有極高的要求，因?yàn)闊o(wú)論是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中斷還是操作命令不能準(zhǔn)確下發(fā)，都有可能影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，還有可能造成嚴(yán)重的事故，輕者導(dǎo)致設(shè)備的損壞，重者會(huì)導(dǎo)致人身安全事故。為了保證系統(tǒng)采集\控制的可靠性，該方案采用SCADA操作員站雙機(jī)熱備、雙網(wǎng)冗余配置。

圖2 冗余功能

     方案中SCADA工作站中數(shù)據(jù)采集軟件KingIOServer3.0與監(jiān)控軟件KingSCADA3.0互相獨(dú)立運(yùn)行，工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)和上層管理單位直接從KingIOServer3.0獲取數(shù)據(jù)，與監(jiān)控系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾。同時(shí)KingIOServer3.0具有數(shù)據(jù)緩存功能，當(dāng)與工業(yè)庫(kù)或上層網(wǎng)絡(luò)通訊異常時(shí)，KingIOServer3.0會(huì)緩存歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)通訊恢復(fù)后再將數(shù)據(jù)上發(fā)，保證數(shù)據(jù)的完整性。

圖3 緩存功能

      2、畫(huà)面信息全集成功能實(shí)現(xiàn)在SCADA系統(tǒng)上就能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況一目了然

      目前泵站現(xiàn)場(chǎng)工作人員主要從事現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操控和維護(hù)，自動(dòng)化水平參差不齊并且普遍不高，所以他們所需的是一套畫(huà)面生動(dòng)逼真、模擬動(dòng)畫(huà)與視頻影像和GIS系統(tǒng)相結(jié)合、對(duì)設(shè)備操作簡(jiǎn)便、報(bào)表\曲線查詢靈活方便、診斷和監(jiān)視信息完善的SCADA系統(tǒng)。

      方案中采用的KingSCADA3.0軟件，具有豐富的動(dòng)畫(huà)效果，可以把現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以三維立體效果展現(xiàn)出來(lái)。

圖4 立體畫(huà)面效果圖

       KingSCADA3.0軟件的畫(huà)面全集成功能能夠?qū)D形模擬動(dòng)畫(huà)、視頻影像、GIS系統(tǒng)集成在同一畫(huà)面顯示。

圖5 畫(huà)面全集成

      3、基于工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化與信息化結(jié)合的先進(jìn)管理模式

      大型泵站的運(yùn)營(yíng)管理要求實(shí)現(xiàn)水利水情信息、全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門(mén)控制系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)\操作\故障等信息進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，通過(guò)所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)可以方便生成各種值班報(bào)表、操作報(bào)表、報(bào)警報(bào)表以及日月年報(bào)表。

通過(guò)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中大量歷史數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)與分析結(jié)果總結(jié)出泵站運(yùn)營(yíng)管理的優(yōu)化調(diào)度方案，提供事故預(yù)警機(jī)制，防患于未然。為泵站更加可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)提供保障。

圖6 抽水機(jī)操作記錄表

      通過(guò)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中大量歷史數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)與分析結(jié)果總結(jié)出泵站運(yùn)營(yíng)管理的優(yōu)化調(diào)度方案，提供事故預(yù)警機(jī)制，防患于未然。為泵站更加可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)提供保障。

      五、總結(jié)

      大型水利泵站監(jiān)控系統(tǒng)其控制的設(shè)備非常多，機(jī)組容量大，因此它必須要求系統(tǒng)先進(jìn)、可靠、安全。系統(tǒng)在保證可靠實(shí)用、部署靈活、結(jié)構(gòu)柔性易擴(kuò)充的前提下，采用“雙機(jī)雙網(wǎng)”冗余化和開(kāi)放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、功能完善，性能優(yōu)越，極大地滿足大型水利泵站監(jiān)控管理中心運(yùn)營(yíng)需求。