濟南水務集團生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)建設

張 倩， 張 菁， 滿曉文

(濟南水務集團有限公司， 山東 濟南 250000)

1 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建設背景

隨著現(xiàn)代化建設的發(fā)展，城市供水區(qū)域日漸擴大，需水量不斷增加[1]。濟南水務集團原有各系統(tǒng)功能單一、操作不便且相互獨立，系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源于多個數(shù)據(jù)庫，無統(tǒng)一展示界面，也缺少數(shù)據(jù)關聯(lián)與分析；原有SCADA系統(tǒng)基于C/S結構且存在部分監(jiān)測點的數(shù)據(jù)上發(fā)錯誤、連續(xù)性差、傳輸延遲甚至無法上傳等問題，導致系統(tǒng)與現(xiàn)場的實際工況情況脫離，無法實現(xiàn)實時監(jiān)控；面向生產(chǎn)信息化的移動生產(chǎn)調(diào)度功能未作整合，數(shù)據(jù)查閱也無完整的體系，無法實現(xiàn)移動辦公。整體上，原有系統(tǒng)無法滿足現(xiàn)代化企業(yè)運作的需要。

2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建設

2.1 建設思路

首先建立一個數(shù)據(jù)倉庫，將各個獨立系統(tǒng)數(shù)據(jù)抽取后整合成一個數(shù)據(jù)中心，對系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的存儲、分析和管理。然后對現(xiàn)有系統(tǒng)進行功能整合，建立起集數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制于一體的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，依托相應傳輸網(wǎng)絡，從數(shù)據(jù)倉庫中讀取水廠、泵房、加壓站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及管網(wǎng)壓力、流量、水質(zhì)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，對部分數(shù)據(jù)進行深層分析和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)統(tǒng)一、集中、全面展示各項數(shù)據(jù)。

2.2 整體設計

系統(tǒng)建設遵循“架構統(tǒng)一、標準統(tǒng)一、規(guī)范建設”的整體設計原則，采用模塊化設計手段，做到了可靠性、先進性、經(jīng)濟性、適應性、靈活性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從根本上提升生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的整體功能。

2.2.1數(shù)據(jù)倉庫設計

生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是一個包含海量數(shù)據(jù)的多功能系統(tǒng)，建立一個大數(shù)據(jù)倉庫，通過對各層系統(tǒng)數(shù)據(jù)的梳理與規(guī)劃，選擇性的抽取關鍵數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)倉庫，使數(shù)據(jù)得到充分分析和計算，從而實現(xiàn)共享與正確利用。數(shù)據(jù)倉庫是由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成的整體。數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)類型主要有用于管理的關系數(shù)據(jù)、用于實時監(jiān)控的實時數(shù)據(jù)、用于存儲地理信息的空間數(shù)據(jù)等，其體系結構如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)倉庫體系結構

2.2.2系統(tǒng)組織架構

新建系統(tǒng)采用面向服務的架構(SOA)應用集成，利用Web服務技術實現(xiàn)基礎功能。為了將集團原有各類異構系統(tǒng)集成到新的SOA應用中，搭建起遵循SOA的應用集成適配框架，如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)組織框架

2.2.3系統(tǒng)功能架構

新建系統(tǒng)的功能全面，架構清晰，主要功能包括系統(tǒng)總覽、在線監(jiān)控、綜合報警、綜合分析、報表統(tǒng)計、調(diào)度管理、生產(chǎn)填報以及系統(tǒng)設置，具體功能架構如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)功能架構

2.2.4系統(tǒng)特點

新建基于WEB的SCADA系統(tǒng)，具有良好的開放性、兼容性和容錯能力，且易于功能和用戶量的擴充。通過引進先進的數(shù)據(jù)倉庫理念和高性能的前端渲染技術，采用輕量級前端框架，徹底解決數(shù)據(jù)加載緩慢的問題，集成多種不同類型數(shù)據(jù)，增加手機端系統(tǒng)，可以隨時隨地查看生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)。

建設生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)倉庫，制定統(tǒng)一、標準的對外接口，從根本上解決了數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)監(jiān)測的問題，確保了數(shù)據(jù)有效性、實時性、準確性。同時為未來的生產(chǎn)過程自動化建設預留標準接口，使未來新建或其他生產(chǎn)系統(tǒng)能夠無縫接入。

3 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)建設的內(nèi)容與實現(xiàn)的功能

本次系統(tǒng)建設內(nèi)容包括兩大部分：一是建設數(shù)據(jù)倉庫；二是搭建集數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制于一體的生產(chǎn)運營平臺。數(shù)據(jù)倉庫為生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的展示提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)通過PC端調(diào)度系統(tǒng)、大屏展示系統(tǒng)及其配套的APP系統(tǒng)3個途徑進行綜合展示。

3.1 數(shù)據(jù)倉庫建設

建立統(tǒng)一的水務數(shù)據(jù)倉庫，加強各系統(tǒng)的綜合管理，轉(zhuǎn)變原有的分散數(shù)據(jù)存儲和管理為物理上分布存儲，邏輯上統(tǒng)一管理的模式，對共享數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲，提高數(shù)據(jù)集成、共享水平，方便數(shù)據(jù)訪問和提取。實現(xiàn)濟南水務數(shù)據(jù)的分布存儲、邏輯整合和管理自治，大大提升數(shù)據(jù)資源的安全性、可靠性和可用性，以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行效率。由表1可知，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要可以分為兩種：直接來源于底層硬件設備的協(xié)議接入、來源于第三方軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。根據(jù)原有系統(tǒng)的特征，選擇最合適的數(shù)據(jù)接入方式，包括Web Service 接口接入、消息中間件數(shù)據(jù)交換接入、開發(fā)數(shù)據(jù)庫訪問以及設備協(xié)議解析。

表1 整合數(shù)據(jù)的來源、類型與接入方式

3.2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的平臺搭建

3.2.1PC端調(diào)度系統(tǒng)

PC端調(diào)度系統(tǒng)是生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的核心，采用B/S架構，實現(xiàn)了在網(wǎng)頁上監(jiān)測供水管網(wǎng)、供水泵房、水廠等各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)；實時分析各流量、壓力數(shù)據(jù)，并有各種報表統(tǒng)計，包括日報、月報、季報、年報等報表形式；以GIS地圖為底圖，實現(xiàn)了主干管網(wǎng)的縮放展示；實現(xiàn)了水廠整體工藝流程和泵房內(nèi)機組運行狀態(tài)的直觀顯示，并可按實際情況設置各類異常報警等。

PC端調(diào)度系統(tǒng)除了具備基本的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制功能，還具備綜合分析的能力，可以對生產(chǎn)、流量、壓力和水質(zhì)數(shù)據(jù)進行綜合分析。

(1)生產(chǎn)分析

通過將水量歷史數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、節(jié)假日等數(shù)據(jù)進行算法分析、處理，建立水量預測模型，預測誤差控制在5%以內(nèi)。通過該預測模型可以預測分析各水廠、加壓站以及各分區(qū)水量，可預測未來日、周、月各時段的供水量，幫助工作人員提前了解供水量變化趨勢，為城市的用水規(guī)劃、計劃、合理調(diào)度提供參考依據(jù)，對減少供水能耗和資源浪費，提高供水效率和供水服務具有非常重要的意義，也是實現(xiàn)智慧調(diào)度及智慧水務的重要組成部分。以玉清水廠水量預測為例，從圖4可以看到預測水量與實際供水量曲線擬合度非常高，通過對比預測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)得知當日水量預測誤差為3.9%，預測數(shù)據(jù)較為準確，具有很好的參考價值。

圖4 玉清水廠預測水量與實際供水量對比曲線

(2)壓力分析

通過分析各個壓力數(shù)據(jù)，展示各個壓力數(shù)據(jù)的合格率情況，可以對壓力數(shù)據(jù)進行過濾和篩選，去除異常數(shù)據(jù)，形成壓力合格率報表。

(3)流量分析

通過對流量數(shù)據(jù)的分析，展示夜間最小流量情況，分析最小流量發(fā)生的時間是否在用水規(guī)律中經(jīng)驗值較低的時間段內(nèi)，以及夜間最小流量占平均流量的比重。進一步明確該監(jiān)控范圍內(nèi)是否存在漏損點，為公司查找漏損點、控制漏損提供數(shù)據(jù)支撐。

(4)水質(zhì)分析

通過分析各個監(jiān)控點的水質(zhì)(pH、余氯、濁度)，可以對水質(zhì)數(shù)據(jù)進行過濾和篩選并形成水質(zhì)合格率報表。水質(zhì)分析功能支持高級查詢對象管理、刷新、過濾、排序、導出等基本操作。

此外，系統(tǒng)在GIS地圖中添加片區(qū)及供水區(qū)域圖，展示了該市范圍內(nèi)所有供水流向、各廠站所在位置、供水壓力及供水范圍，GIS地圖中圖層要素包括壓力、流量、水質(zhì)等，可專題展示流量一張圖、壓力一張圖、水質(zhì)一張圖等信息。GIS地圖中實現(xiàn)管線的層級顯示，可對管線、站點、供水區(qū)域進行疊加，實現(xiàn)管線與地圖的高度融合，便于快速了解本市供水格局，準確掌握供水動態(tài)。如圖5所示，通過片區(qū)、水廠、加壓站供水區(qū)域圖，可以方便地了解各廠站、片區(qū)的實際供水范圍，及時對發(fā)生突發(fā)事件的區(qū)域進行供水調(diào)度調(diào)整，保證居民正常生活用水不受影響。

圖5 濟南水務集團水廠供水區(qū)域

同時，在GIS地圖上標注了各水廠、加壓站以及各監(jiān)測點的位置，并對其上傳的數(shù)據(jù)(壓力、流量、濁度、余氯)以及各廠站機組運行狀態(tài)進行監(jiān)測。以鵲華水廠為例，在地圖上標注水廠具體位置同時還可監(jiān)測供水量在內(nèi)的各項實時數(shù)據(jù)如圖6所示，極大地方便了調(diào)度人員對各廠站供水動態(tài)的掌握。

圖6 鵲華水廠監(jiān)測點

系統(tǒng)還以GIS地圖為底圖，實現(xiàn)了主干管網(wǎng)的縮放展示，如圖7所示。對主干管網(wǎng)的供水流向進行標注，清楚地展示出主干管網(wǎng)的供水方向，便于快速了解本市供水格局。

圖7 濟南水務集團主干管網(wǎng)流向

在生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中，地圖總覽在融合供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)地圖功能的同時，還添加了“MapGIS供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)”的免登錄跳轉(zhuǎn)鏈接，點擊鏈接可直接進入。該系統(tǒng)具有非常強大的功能，包括：查詢定位功能，可根據(jù)地名、道路名稱、坐標、緩沖區(qū)，以及設施屬性進行查詢；統(tǒng)計匯總功能，可完成管點數(shù)量、管線長度、消防栓等各種設施的統(tǒng)計匯總；管網(wǎng)分析功能，可實現(xiàn)連通、爆管分析、關閥搜索等，其中管網(wǎng)的爆管分析如圖8所示。調(diào)度技術人員跳轉(zhuǎn)到該系統(tǒng)，可以對爆管、停水以及漏損等事件做到準確分析。

圖8 供水管網(wǎng)GIS中的爆管分析

3.2.2大屏展示系統(tǒng)

濟南水務中心調(diào)度室采用LED室內(nèi)小間距1.2mm技術大屏，顯示分辨率達到6K，使用壽命約10萬小時，達到國內(nèi)大屏幕顯示技術行業(yè)先進水平。為結合智慧水務建設理念，依托并適應先進的顯示技術建設的生產(chǎn)調(diào)度大屏展示系統(tǒng)，以視頻、流程圖、表格、曲線等多種方式，直觀、具體地展示各類生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)，并支持部分內(nèi)容的聯(lián)動，增加“水廠-加壓站-監(jiān)測點”的拓撲圖等功能。生產(chǎn)調(diào)度大屏展示系統(tǒng)便于調(diào)度人員快速準確地了解現(xiàn)場情況并分析利弊，從而做出正確的決策，極大提高了調(diào)度中心的工作效率。

圖9所示的生產(chǎn)運行界面包含水廠、加壓站的關鍵數(shù)據(jù)，并能顯示濟南水務集團地圖概況。選中某個水廠，界面右側即會顯示該廠站的工藝流程圖、水量分析和能耗分析數(shù)據(jù)。

圖9 大屏系統(tǒng)水廠和加壓站的生產(chǎn)運行界面

3.2.3APP系統(tǒng)

APP系統(tǒng)采用了原生+H5的混合架構模式，有效提升了整體性能，同時保障APP運行的穩(wěn)定性。APP界面整體以九宮格形式排列，支持界面顏色切換，支持天氣信息展示，支持地圖查閱、實時報警、廠站、管網(wǎng)監(jiān)控等功能。若發(fā)生壓力報警、流量報警等相關緊急事件，系統(tǒng)可以自動將報警信息推送到管理人員手機上，實現(xiàn)隨時、隨地辦公，推動各級部門的精確化、高效化管理，具體界面如圖10至圖12所示。

圖10 APP首頁

圖11 水廠實時參數(shù)

圖12 瞬時進水流量對比曲線

4 結論

① 數(shù)據(jù)倉庫的建設，提高了數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性、可靠性，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源共建共享，避免了重復投資。

② 通過搭建新的生產(chǎn)運營平臺，實現(xiàn)對供水區(qū)域的整體監(jiān)控，達到集中控制和管理，保證各廠站安全、可靠、平穩(wěn)、高效運行。

③ 濟南水務集團生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)建設突出了數(shù)據(jù)把控與數(shù)據(jù)流程貫穿，由數(shù)據(jù)分散改為數(shù)據(jù)集中、由分散管理改為集中管理、由人工判斷逐步成為智能決策。系統(tǒng)的建成使生產(chǎn)更加智能化、管理更加精細化、決策更加科學化、運營更加高效化，實現(xiàn)公司信息資源整合，為未來建立和完善供水信息資源合理配置和高效利用體系提供了智慧保障。