智慧水務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

周友志

摘 要：智慧水務(wù)是水務(wù)信息化建設(shè)的高級(jí)階段， 以提升績(jī)效表現(xiàn)和決策水平為目標(biāo)的智慧水務(wù)平臺(tái)，已成為水務(wù)公司自動(dòng)化、信息化升級(jí)的主要路線圖。其建設(shè)不僅能極大的提升水務(wù)公司的自身形象、也擴(kuò)展了水務(wù)公司合并采購(gòu)、設(shè)備管理、成本控制等功能，進(jìn)一步深化管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。本文從智慧水務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、展示平臺(tái)及WEB發(fā)布等方面闡述了智慧水務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù);遠(yuǎn)程監(jiān)控;VPN;數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0046-01

1 需求分析

根據(jù)集團(tuán)公司運(yùn)營(yíng)建設(shè)要求并結(jié)合集團(tuán)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，構(gòu)建智慧水務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)。其主要目為：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信與各水廠監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，對(duì)各水廠的工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;實(shí)現(xiàn)對(duì)各水廠進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)管，以保證出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn);基于數(shù)據(jù)采集、處理和分析技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行多維立體分析處理，找出水廠生產(chǎn)成本消耗的根源，為科學(xué)管理決策提供輔助支持;提升集團(tuán)公司形象、擴(kuò)展合并采購(gòu)、設(shè)備管理、成本控制等功能，進(jìn)一步深化管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧水務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件化、模塊化和平臺(tái)化，以保證數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，滿足可持續(xù)性開發(fā)需求，每一個(gè)應(yīng)用程序都做到高度模塊化，以便支持可能的跨平臺(tái)的移植能力，同時(shí)具備可擴(kuò)展的技術(shù)框架和標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)外接口，為與系統(tǒng)外的應(yīng)用系統(tǒng)和二次開發(fā)預(yù)留接口。智慧水務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

在集團(tuán)總部設(shè)立監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心，配置數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、VPN路由器（專業(yè)級(jí)）及各種軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析處理。各水廠現(xiàn)場(chǎng)配置數(shù)據(jù)采集PC站、VPN路由器（入門級(jí)）及數(shù)據(jù)采集軟件，通過(guò)VPN網(wǎng)絡(luò)將各水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)推送至數(shù)據(jù)中心。在數(shù)據(jù)中心與各水廠數(shù)據(jù)采集PC站通信中，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性對(duì)數(shù)據(jù)通信有較大的影響。本工程采用VPN網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)通信主要特點(diǎn)是搭建容易，通信穩(wěn)定。VPN連接方式要求中心與子站都必須配被專有VPN路由器，數(shù)據(jù)中心設(shè)固定IP地址，方便各子站對(duì)中心發(fā)起VPN連接。各水廠根據(jù)實(shí)際情況采用有線或者無(wú)線（3G/4G）通訊方式，現(xiàn)有水廠盡量采用已有的有線網(wǎng)絡(luò)建立VPN通訊，在沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)的水廠采用無(wú)線通訊（3G/4G）方式建立VPN連接。

3 數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)

3.1 水廠本地?cái)?shù)據(jù)采集

在各水廠原有SCADA自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，增加數(shù)據(jù)采集PC站，數(shù)據(jù)采集PC站通過(guò)采集軟件的OPC功能從各水廠原有的SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。各個(gè)水廠建設(shè)年代不同，軟件品牌、版本也不一樣，很多舊版本的SCADA軟件不帶有OPC功能，在這種情況下，將采取直接從水廠的PLC系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)或更換升級(jí)SCADA軟件。

3.2 數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)中心設(shè)置冗余數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，所有水廠采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將匯總到冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器中。數(shù)據(jù)中心最基本的功能是采集、匯總、存儲(chǔ)各水廠數(shù)據(jù)，因而保證數(shù)據(jù)的完整與安全顯得非常必要。在實(shí)際情況中，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)往往會(huì)造成數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)缺失。本工程采用I/OServe數(shù)據(jù)采集軟件，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的雙通道鏈路并行采集，有效解決了數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題。I/OServer軟件具有本地緩存，斷點(diǎn)續(xù)傳的強(qiáng)大功能，能可靠的將采集到的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。當(dāng)水廠子站與數(shù)據(jù)中心的傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷時(shí)，歷史數(shù)據(jù)將緩存到本地的數(shù)據(jù)采集PC站中，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，本地緩存的數(shù)據(jù)將逐步恢復(fù)到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)中。這種方式的好處是當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，不會(huì)影響歷史數(shù)據(jù)的傳輸及存儲(chǔ)。當(dāng)歷史數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，用戶還可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)工作，為數(shù)據(jù)的安全與完整

又加了另一層保險(xiǎn)。

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器安裝有工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，能安全可靠實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理。工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件高效的數(shù)據(jù)采集速度、海量高精度的數(shù)據(jù)分析計(jì)算能力以及開放式的信息發(fā)布與訪問(wèn)機(jī)制，很好的滿足了智慧水務(wù)平臺(tái)要求全部數(shù)據(jù)每1分鐘記錄一次、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)5年以上的需求，為分析統(tǒng)計(jì)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)具備每秒檢索超過(guò)20，000條記錄的查詢速度，無(wú)論是進(jìn)行原始?xì)v史數(shù)據(jù)的查詢檢索，還是復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，都具有快速的響應(yīng)速度。后期可根據(jù)集團(tuán)發(fā)展需要，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可升級(jí)為集群冗余結(jié)構(gòu)，最大限度的保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控

通過(guò)將各水廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、存儲(chǔ)，加工處理，可以將各水廠的工藝畫面直觀的在監(jiān)控中心展示，使管理人員可以隨時(shí)掌握各水廠生產(chǎn)運(yùn)行情況。主要的遠(yuǎn)程監(jiān)控手段有實(shí)時(shí)監(jiān)視、參數(shù)調(diào)整、報(bào)表管理（涵蓋實(shí)時(shí)報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、水質(zhì)日?qǐng)?bào)表等）、趨勢(shì)曲線、報(bào)警預(yù)警、遠(yuǎn)程控制、事件記錄（供事故追溯、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)操作分析）、能耗管理、智慧分析。

5 展示平臺(tái)及WEB發(fā)布

通過(guò)智慧水務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示平臺(tái)軟件，可以隨時(shí)瀏覽每個(gè)水廠的工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警故障等信息。數(shù)據(jù)的查看方式既有逼真的動(dòng)畫流程圖，也有直觀的實(shí)時(shí)報(bào)表、曲線、柱狀圖等，用以滿足不同使用者的需求。數(shù)據(jù)計(jì)算分析平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)于工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，可以快速的自動(dòng)完成各水廠生產(chǎn)成本、設(shè)備能耗、投入與產(chǎn)出對(duì)比、達(dá)標(biāo)率等分析統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并生成相應(yīng)的日、月、季度、年報(bào)表與曲線，比以往人工計(jì)算的效率有了飛速的提高。數(shù)據(jù)展示平臺(tái)采用C/S結(jié)構(gòu)，即所有的展示平臺(tái)為客戶端?？蛻舳送ㄟ^(guò)讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，展示所需數(shù)據(jù)。C/S結(jié)構(gòu)有效的對(duì)服務(wù)器與客戶端進(jìn)行了分工，均分了各個(gè)電腦的工作負(fù)荷，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)與通信工作，客戶端注重人機(jī)交互、畫面展示工作。

利用WEB發(fā)布服務(wù)器將監(jiān)控組態(tài)畫面進(jìn)行發(fā)布，從而使公司管理人員的計(jì)算機(jī)在不需要額外安裝軟件的情況下，使用IE瀏覽器或手機(jī)APP即可方便查看到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的畫面，進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)視、報(bào)警查看、報(bào)表查詢等功能，并在相應(yīng)權(quán)限下進(jìn)行操作。IE客戶端和WEB發(fā)布服務(wù)器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶能夠在任何地方獲得與在WEB服務(wù)器上一樣的畫面和數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警顯示、趨勢(shì)曲線顯示等，以及方便快捷的控制功能。

6 結(jié)語(yǔ)

建立管控一體的綜合信息平臺(tái)，以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，擴(kuò)展集團(tuán)型水務(wù)公司的合并采購(gòu)、設(shè)備管理、成本控制等功能，進(jìn)一步深化管理。增強(qiáng)總部支持性、管控力量，強(qiáng)化績(jī)效管理和減少漏洞、浪費(fèi)等，提高集團(tuán)效益，建立集約化高級(jí)調(diào)度管理中心。同時(shí)考慮引入專業(yè)性仿真模型系統(tǒng)，建立計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化、數(shù)據(jù)一體化、流程整合化、決策科學(xué)化，使集團(tuán)公司的生產(chǎn)、服務(wù)和管理能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)

[1]劉喜梅，王康勝.污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2014，39（06）：83-86+90.

[2]田雨，蔣云鐘，楊明祥.智慧水務(wù)建設(shè)的基礎(chǔ)及發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國(guó)水利，2014，（20）：14-17.