基于自控數(shù)據(jù)采集中間件平臺的數(shù)字化水廠建設

季蓓蓓

摘要：依托信息化技術，在水廠建設標準化數(shù)據(jù)中間件平臺，使得水廠的生產(chǎn)自控數(shù)據(jù)按照信息化技術標準進行端口采集，形成可供信息化業(yè)務系統(tǒng)使用的水廠生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù)，為數(shù)字化水廠的建設提供基礎數(shù)據(jù)層面的支撐，保障水廠安全，穩(wěn)定且高效地生產(chǎn)運營。文章以南京水務集團有限公司建立的基于自控數(shù)據(jù)采集中間件平臺的數(shù)字化水廠為實際案例，闡述了南京水司在水廠信息化管理及相關的生產(chǎn)業(yè)務信息化管理實現(xiàn)方面的實踐探索，為其他水司的水廠生產(chǎn)管理工作提供一些參考

關鍵詞：數(shù)字化水廠；水廠運營；數(shù)據(jù)中間件平臺

目前南京水務集團的水廠已基本完成了生產(chǎn)自動控制的一系列建設，大量的生產(chǎn)信息通過PLC將電流轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號或者逆向轉(zhuǎn)換，而被工作人員控制使用，繁重的人工作業(yè)已基本被自控控制的機械設備取代。

為了實現(xiàn)數(shù)字化水廠的目標，在前幾年，筆者根據(jù)目前自控系統(tǒng)的優(yōu)缺點，應用信息化技術，重點補足自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法持久化保存與進行管理分析的短板，嘗試實施水廠的信息系統(tǒng)的實驗性建設。

經(jīng)過幾年的摸索，我們認為標準化的數(shù)字化水廠的實現(xiàn)已具備成功的條件，一個標準化的數(shù)字化水廠可以實現(xiàn)水廠的精確管理，提高水廠生產(chǎn)效率以及保障其安全、穩(wěn)定地生產(chǎn)運營。

1.新技術結(jié)構下數(shù)字化水廠

本設計結(jié)構包含目前主流的信息化思路，主要包括物聯(lián)網(wǎng)技術與大數(shù)據(jù)應用概念。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)水廠設備的信息化、虛擬化，通過唯一標識，整合其相關的數(shù)據(jù)源，通過數(shù)據(jù)中間件，在信息系統(tǒng)中整合成實時的設備虛擬化映射。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅只是一個標識，更多是實體世界在信息化中的實時投影，本設計通過數(shù)據(jù)源綁定設備標識，在信息系統(tǒng)中還原一個真實的、實時的設備。

應用大數(shù)據(jù)概念，對水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的維度、粒度進行清洗，對這些含有意義的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行特征化處理，提高對以往低價值生產(chǎn)數(shù)據(jù)的“二次加工能力”，通過大數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的增值，如通過數(shù)據(jù)模擬水廠生產(chǎn)運行，優(yōu)化流程，降低損耗，提高效率，或者預警水廠生產(chǎn)的安全隱患等問題。

新技術下的數(shù)字化水廠將達到以下新的高度：

（1）數(shù)據(jù)為管理層提供更全面、更準確的依據(jù)與支撐。目前管理層對水廠的運行狀況只能通過幾個關鍵實時數(shù)值進行管理，而精確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)只是應用在相關班組工作人員的日常自控操作中。

通過數(shù)字化水廠，既可以全面地掌控水廠的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也可以方便地利用歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)管理層的管理思維，依據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)流，進行相應的管理系統(tǒng)研發(fā)，挖掘與分析水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為管理層提供更全面、更準確的依據(jù)與支撐。

（2）數(shù)據(jù)為水廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。目前水廠的運行的安全穩(wěn)定是依靠經(jīng)驗豐富的資深工作人員的人工判斷，存在著因人員一時疏忽和人員流失造成的隱患。

通過數(shù)字化水廠，基于大量數(shù)據(jù)的計算，可以對生產(chǎn)安全問題進行預警或者預判。也可以通過相應的方法，對數(shù)據(jù)進行分析，讓更多的工作人員具有對安全問題進行控制的能力，進一步保障水廠的安全生產(chǎn)。

（3）數(shù)據(jù)的標準化為水廠管理標準化提供基礎。數(shù)字水廠的結(jié)構設計滿足所有水廠的需求，確保各水廠在生產(chǎn)數(shù)據(jù)流方面得以標準化，而數(shù)據(jù)又是管理的基礎支撐，依靠標準化數(shù)據(jù)流進行管理的方法，可以進一步促進各水廠管理措施與標準的標準化統(tǒng)一。

（4）數(shù)字化水廠標志著水廠的全面可控的里程碑。數(shù)字化水廠實現(xiàn)了水廠所有環(huán)節(jié)實際運行的數(shù)據(jù)量化的實現(xiàn)，脫離了以往紙質(zhì)報表或者口頭管理的不實時與不全面的缺點，水廠所有環(huán)節(jié)將在數(shù)字水廠中得到具體表現(xiàn)，管理層可以全面掌握生產(chǎn)的狀態(tài)，獲取途徑便捷，只需要一臺裝有瀏覽器的電腦或者智能手持設備，通過權限的控制就可以達到，標志著水廠全面可控的里程碑。

2.數(shù)字化水廠在南京水務的實際應用

2.1水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)中間件平臺的應用

為了實現(xiàn)數(shù)字化水廠這一目標，規(guī)范專業(yè)水務業(yè)務信息化系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的需求，使其合理、有效、安全地使用我集團水廠生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。本文設計并建設了南京水務水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準化中間件平臺，對數(shù)據(jù)端口進行了標準化定義。

本平臺主要由平臺管理操作模塊、生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準化接口層、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集層和實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)持久化數(shù)據(jù)庫四大塊構成。整個系統(tǒng)為多層結(jié)構框架，從內(nèi)到外分別是：網(wǎng)絡和操作系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層、表現(xiàn)層、用戶層。數(shù)據(jù)服務層采用中間件，系統(tǒng)應用層采用B/S模式，通過數(shù)據(jù)服務層提供的服務開展應用。本平臺主要功能包括：

平臺管理操作模塊：主要實現(xiàn)系統(tǒng)操作管理員對生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準化接口平臺的操作。

①數(shù)據(jù)標準接口編輯。②采集點自定義配置。③平臺性能監(jiān)測。④數(shù)據(jù)標準接口權限體系。⑤操作管理員的權限控制體系。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準化接口層：主要實現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務分析系統(tǒng)調(diào)用生產(chǎn)數(shù)據(jù)的標準化接口功能。

①數(shù)據(jù)標準接口調(diào)用。②業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口權限控制。③加密數(shù)據(jù)模式設置。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集層：主要實現(xiàn)對生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進行采集及處理的功能。

①數(shù)據(jù)自動采集。②生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)結(jié)構化轉(zhuǎn)換處理。③集群式數(shù)據(jù)采集模式。

2.2數(shù)字化水廠業(yè)務應用

2.2.1在線自定義報表功能

本文采用了新的報表引擎，該引擎可以自由定義報表中的各字段，只要將平臺端口輸出的標準數(shù)據(jù)源和報表字段綁定，就能生成自己需要的報表。

水廠人員可以簡單地通過該功能模塊配置出目前各水廠使用的電子報表，也可以按自己日常工作需要配置自己需要的數(shù)據(jù)報表，為生產(chǎn)服務。當水廠人員需要查詢某些數(shù)據(jù)，在沒有該類報表的情況下，可以自行建立新報表，再也不需要通過程序員從后臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)了。

除此之外，系統(tǒng)可以記錄管理員自己配置的報表，并按照使用的頻率自定義報表排序。

采用報表白定義模塊，在水廠設備發(fā)生變動或者新增設備時，可以由管理員自行修改報表配置，及時更新報表，以最快的速度使報表適應生產(chǎn)的實際需要。

2.2.2數(shù)據(jù)報警功能

報警分為軟報警與硬報警。

軟報警主要是指通過后臺軟件設限過濾出來的數(shù)值進行報警（也可以多級預警）。

為報表字段設置標準范圍，針對不同的數(shù)據(jù)值，單獨設定標準范圍，超出標準范圍的值錄入后高亮顯示，并提示報警。便于工作人員及時發(fā)現(xiàn)錯誤或者設備異常情況。在自控數(shù)據(jù)上傳出現(xiàn)異常情況（如傳輸網(wǎng)絡故障）時，系統(tǒng)也會及時報警，提示數(shù)據(jù)異常，便于人員及時修復問題，或者采用其他錄入方式代替數(shù)據(jù)自動采集錄入。

當數(shù)據(jù)長時間地超標準范圍運行，系統(tǒng)能夠自動推送可能出現(xiàn)的問題，為工作人員提供數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

硬報警主要是指設備PLC采集模塊直接發(fā)出的錯誤報警消息進行的報警，不同于軟報警，此類型報警的主要是設備故障或生產(chǎn)關鍵參數(shù)出錯等報警，緊急優(yōu)先度高。

2.2.3分析及決策判斷功能

現(xiàn)階段的水廠報表系統(tǒng)只是抄錄水廠報表數(shù)據(jù)，并沒有對抄錄數(shù)據(jù)加以運用，所有數(shù)據(jù)的報表統(tǒng)計分析都是空白，如何運用這部分數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)工作及管理工作服務，才是水廠報表系統(tǒng)建立的最終目的。

（1）報表定制功能。建立多功能、多種類的分析統(tǒng)計報表，報表可以動態(tài)按使用者的需要自動配置，選擇“關注項”及“統(tǒng)計方式”，自動定制報表。自動定制報表功能能夠滿足不同使用者的實際需要，使數(shù)據(jù)真正為生產(chǎn)服務。

（2）圖表定制功能。建立多功能、多種類的分析統(tǒng)計圖表，圖表可以動態(tài)按使用者的需要自動配置，選擇“關注項”“統(tǒng)計方式”“統(tǒng)計形式”“對比類型”等，自動定制圖表。自動定制圖表功能能夠滿足不同使用者的實際需要，使數(shù)據(jù)真正為生產(chǎn)服務。

（3）數(shù)據(jù)定制對比分析功能。按使用者的實際需要，選擇對比項，利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生成各類統(tǒng)計分析報表及相應的圖表。

（4）數(shù)據(jù)自動對比分析功能。針對水廠報表系統(tǒng)中的報表數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)，采用圖形、曲線展示方式，能夠更加直觀地反映出水廠的生產(chǎn)情況。對比分析圖表會為水廠的管理工作提供強大、直觀的數(shù)據(jù)展示。

2.2.4水廠報表檔案化管理

以前的水廠紙質(zhì)報表是按檔案進行留存管理的，水廠報表升級為電子報表后，也應采取原先的檔案管理模式，報表抄錄完成后，通過審核成為可以留存的檔案報表，該檔案報表需要通過電子簽章記錄審核人的信息，同時生成無法修改的PDF文件，作為企業(yè)重要檔案留存。經(jīng)過審核人的電子簽章簽名后該報表就具備法律效力，作為檔案留存。

2.2.5新的報表呈閱及共享功能

自定義報表功能讓使用者能夠自定義各種報表和圖表，同時能夠?qū)蟊?、圖表呈閱給領導，或共享給同事，真正實現(xiàn)無紙化辦公。

3.結(jié)語

水廠數(shù)字化的工作還有很多，在目前技術日新月益的基礎上，如何合理運用技術的力量形成水務，特別是水廠生產(chǎn)的一整套行之有效的信息化解決方案，如何結(jié)合現(xiàn)有的自動控制系統(tǒng)與信息化系統(tǒng)，更為精細、高效、安全地進行水廠生產(chǎn)運營，也是以后探索的目標，一個符合實際情況、有效的、性價比高的數(shù)字化水廠方案將把我國水務事業(yè)推向新的高峰。