一、項目背景

      臺灣省臺北縣新荘市中港地區由于地勢低洼，貴子坑溪和中港大排兩大排水干線的大水都流向這里，導致附近民眾長期以來深受水患，尤其是當臺風來襲會在短時間內帶來大量降水，由于排水能力不夠更會造成該地區大范圍淹水，災情相當嚴重。  

       上世紀80年代初，臺北縣政府為了解決這一問題，修建了中港西抽水站，用以收集新莊、泰山、五股地區流經的雨水，包括臺一線公路以北，中山高速公路以南之低洼平地，集流面積廣達1,660公頃。主要以新荘市區及五股工業區為主，將新荘市中港、輔仁、泰山及及五股低洼地，經中港及貴子坑溪兩大排水干線匯集于五股工業區西北角，排至大窠坑溪，平時雨水少的季節，均以重力自然排水；并于出口處設立中港西抽水站，當雨季尤其是臺風季節來臨，大窠坑溪水位高漲后比排水干道的集水區水位高時，重力閘門關閉并及時通過中港東西兩個抽水站進行排水，以達到快速排除市區水澇的問題。  

       第一次新建的中港西抽水站設置了8個抽水機組，總抽水量達64CMS；但歷經近年來多次臺風后，發現還會常發生各集水區內遭到淹水的情形，臺北縣政府經過仔細調研和檢討，發現為現有抽水機組容量不足所致；為徹底解決淹水問題，臺北縣政府決定擴建中港抽水站的抽水容量，但由于原有站房面積有限及貴子坑溪與中港大排兩個區域的地勢有較大差別，常造成地勢較低的中港大排集水區的排水干線受地勢較高的貴子坑溪集水區排水干線的排擠，而導致低洼地區排水較慢而導致淹水時間較長。  

      為徹底解決新荘市區的淹水問題，臺北縣政府于04年陸續擴建了中港西抽水站，并增建了中港東抽水站，并制定了以下目標：

1、擴大中港東、西兩個抽水站的抽水容量，以徹底避免集水區內的淹水情形；  

2、收集并整合中港東、西兩個抽水站的實時監測信息，并實時顯示于中港東站內設立的馬賽克流程圖板中，以達到重要實時信息現場操作人員清晰觀測到的效果；

 

3、構建中港東、西兩個抽水站水位流量預測系統，提供未來5分鐘、10分鐘及30分鐘的水情預測，警示功能。  

二、項目規模

1、擴建后的中港東、西抽水站其抽水機及附屬設備類型及數量如下表：  

 

       除上述設備之外，中港東及中港西上游增設了6個流量站、6個水位站、4個雨量站，并且配備類神經水情預測網絡系統，用來預測未來一段時間內上游水情變化趨勢。

        擴建后的中港抽水站，總抽水容量達142CMS（遠高于目前所需求的134CMS），也就是511200噸/小時，抽水能力非常之大，完全可以達到快速排澇的效果。

2、擴建后的中港東平面圖如下：

 

3、擴建后的中港西平面圖如下：

 

三、項目業主、集成商、設計院

1、業主：臺北縣政府
2、監造單位：萬銘工程科技股份有限公司
3、承攬商：臺灣鼎磊企業股份有限公司  

四、項目主要軟硬件產品  

1、主要硬件產品：
-PLC：貝加萊B&R
-工控機：研華工控機
-服務器：IBM服務器

 -網絡交換機：MOXA網絡交換機

2、主要軟件產品：
-SCADA軟件：北京亞控KingView繁體中文版
-工業庫軟件：北京亞控KingHistorian英文版
-水情預測軟件：德凌資訊

五、項目挑戰

本項目基于上位機監測系統主要遇到兩大方面的挑戰：

 1、水情預測方面

 本次項目擴建后，基于過去的經驗，臺北縣政府深刻感受到監控系統缺乏水情預測是一個很大的缺失！因此本次擴建目標中明確提出要增加水情，即水位流量預測分析系統，以做到防患于未然。

水情預測系統要求必須有一個強大的數據庫支撐，用來快速存儲大量的水情數據用以分析和預測，同時，要求數據庫系統具有高度的穩定性、極強的數據壓縮技術以保證數據庫能長期存儲實時數據并且以后能正常查詢歷史數據進行分析。而抽水站擴建前使用的只是關系數據庫，顯然達不到長期快速存儲大量實時數據的效果，更不能實現對數據的合理壓縮以實現對系統空間的合理占用。過去幾年使用關系數據庫的實踐表明：關系數據庫在長期存儲大量歷史數據后，查詢性能明顯下降。

 2、實時監控方面

本項目擴建后，在這種設備種類和數量繁多、設備控制流程復雜、實時采集監控點數達3000多點的情況下，必須采取可靠的監控設備和技術，才能確保抽水機組在惡劣的臺風天氣能夠正常連續運行，確保當地居民的生命財產安全。

本項目明確要求：上位監控系統必須能夠即時顯示各個設備的運轉狀況、即時記錄所有設備的運轉信息、即時記錄各設備故障信息和產生的報警信息；并可隨時查詢某一段時間內各抽水機組中關鍵點的工作情況，需提供基于水位等的各種重要監測信息的分析統計報表。

為了實現上述功能，該系統對數據存儲和的查詢功能、性能要求都極高，要求有方便的報表查詢系統的支持。而該抽水站原有的軟件監控系統不能實現對歷史報警和歷史數據的報表查詢。  

 六、解決方案

為實現擴建后的中港抽水站達到想要的實時信息監測目標和及時提供水位流量的預測結果，臺灣英碩系統股份有限公司作為本項目實施的承接商，決定選用北京亞控科技KingView6.53和工業實時數據庫Kinghistorian軟件，以此來構建整個抽水站的監控系統；同時和臺北大學水工研究所合作完成水情預測系統的構建和結果預告。該系統解決方案融合了現場通信技術，數據庫技術，SCADA/HMI技術，C/S技術等的一體化的數據采集監控系統整體解決方案：

1、完整的解決方案架構圖如下：

 

 

 

 

 2、項目解決方案說明和功能特點：

#為保障項目安全可靠，本監控系統全部采取冗余配置體系：

所有PLC跟上位監控計算機均采用雙網絡連接通訊；這種連接方式避免了單一網絡系統中網絡出現故障后現場實時數據不能及時傳到監控中心的弊端。當主網絡通訊中斷時，通過PLC自動切換到從網，保證通訊鏈路不中斷，為系統不間斷采集提供了可靠性保障。

上位監控軟件組態王也采用了雙機熱備配置；其構造思想是主機和從機通過TCP/IP網絡連接，正常情況下主機處于工作狀態，實時跟IO設備通訊完成對實時數據的監控；從機處于監視狀態，一旦從機發現主機異常，從機將會在很短的時間之內代替主機，完全實現主機的功能。

 #Kinghistorian和水情分析預測系統充分結合，是水位預測高準確性的關鍵措施：

 KingHistorian是北京亞控科技發展有限公司面向現代化制造型企業推出的工業數據庫產品，具有以下突出特點：

-它能夠以毫秒級分辨率高速存儲整個企業的生產數據，存儲速度：每秒超過20，000點；

-具有超強的歷史數據檢索速度，任意變量任意一天的歷史數據（數據量為10，000條記錄）不超過5秒；
 
-支持對大規模監控系統的變量定義和存儲。單個服務器100，000點；

-具有超大的數據存儲容量。長達數年的歷史數據保存和歸檔；

-高可用性、高容錯性（健壯性）和高可靠性，支持雙機冗余配置；

-支持開放的數據訪問接口OLEDB（ADO）、SQL-92（99）、XML、OPC標準，可與其他系統方便交互實時、歷史數據；
 
-整型變量：64位；模擬變量：雙精度（64位），可充分滿足不同數據精度的需要。
 
類神經網絡系統是臺灣大學水工所推出的一款基于水位預測分析系統，該系統主要原理是模仿人類神經系統(能夠大量且平行式處理各種數據信息)，而設計出了一套水位分析預測模型。其建構模式就是建構過程中需對輸入資料信息做相關性分析，以確認各監測點水位與流量、水位與雨量間的相互關系，以此來預測下一時刻下游關鍵地區水位的情況。該系統經過多年的項目運用經驗和不斷修正，目前水位預測準確度得到業內的高度認可。
 
水位分析預測項目運用類神經網絡一般通過以下3個階段來實現：
 
第一階段：收集類神經系統所需要的訓練信息：
 
一般會提前1年開始收集各水位站、流量站、雨量站的資料信息；

第二階段：利用類神經網絡系統驗證信息：

 通過過去收集的信息，以驗證類神經網絡具有預報中港東、西抽水站未來5分鐘、10分鐘、30分鐘水位的能力；

第三階段：測試資料，試運行幾個月的歷史資料，以檢查其水位是否合理

透過以上三個階段，確保類伸進網絡的水位預測效果在合理和可接受的范圍之內，該系統并能隨時根據現場收集信息進行修正，以不斷提高水位預測的準確度。

本項目中，類神經網絡系統從08年3月份就開始啟動收集現場雨量、水位、流量等訓練信息,相關工作已經由類神經網絡系統獨自完成；08年11月份開始類神經網絡系統和KingHistorian的配合使用：兩個系統軟件之間通過KingHistorian提供的開放API接口進行數據通訊，一方面通過KingHistorian收集現場各雨量站、水位站、流量站監測到的實時數據信息，另一方面類神經網絡系統不斷將未來5分鐘、10分鐘、30分鐘等的水位預測結果存儲到KingHistorian中。09年2月份整個監控系統完成交付后，KingHistorian又實現了將實時水位預測結果通過局域網傳給組態王。目前現場值班人員可以通過組態王快速了解到水位的預測結果，并以此來做下一步的抽水站工作安排。       

3、使用完善、強大的歷史庫存取服務器—KingHistorian：

為了監控現場設備的運行情況，本項目使用了17個貝加萊PLC，監控點達到3000多個，為了達到臺北縣政府要求長期、高效存儲和查詢歷史數據的要求，決定選擇使用KingHistorian軟件作為組態王的歷史庫服務器。

4、完善的基于分布式網絡監控系統，可隨時隨地了解抽水站情況：

本項目采用C/S結構，除了現場配置兩個基于冗余的監控系統外，還在其他辦公室配備了15個客戶端，各負責人可以隨時監控現場信息；

七、項目運行界面展示

 

 

 

 

 

 

八、運行效果

中港抽水站自動化系統于2009年2月開始進入運行測試，2009年3月正式啟用。北京亞控組態王和kinghistorian軟件在中港東、西抽水站成功應用以后，成功實現了對抽水站所有設備的實時監控，并能實時顯示水情信息及完成水情預測和通知，方便了抽水站人員對設備的操作和維護，更為臺北縣政府解決當地民眾的淹水問題提供了可靠的保證。

臺灣內政部長李逸洋指出，中港東抽水站的及監控系統的全面啟用，是新莊市民一大福音，中港大排東西抽水站的總抽水量，僅次于臺北市的玉成抽水站，抽水防洪系統相當完善。