自來水公司調度監控系統的設計與實現

田 彪

（重慶中法供水有限公司，重慶 401120）

0 引言

近年來城市化進程加快，環境污染日益嚴重，給城市自來水供應提出了嚴重的挑戰。隨著“數字供水”“智慧水務”的出現，對自來水公司信息化的要求越來越高。自來水公司的業務性質與一般的企事業單位有很大不同，它面對著千家萬戶的服務需求，管理著供水范圍內縱橫交錯的地下管網和大量設備。這對調度監控系統的安全性、可靠性、穩定性、經濟性等提出了較高的要求。為了給用戶提供安全穩定的供水服務，自來水公司需要大力發展供水信息化建設。以某城市自來水公司調度監控系統為例，介紹Wonderware 系統平臺（以下簡稱“系統平臺”）在城市自來水公司調度監控系統中的應用，為自來水企業建設調度監控系統，全面提高企業自動化、信息化水平，提供有價值的方法和建議。

1 系統平臺

系統平臺是一個工業級軟件平臺，它以分布式體系架構構造統一的系統應用，由Application Server，Wonderware Historian，Device Integration Server（DAServer）以及InTouch HMI、Historian Client 等多個軟件組成，構成一個C/S 與B/S架構相融合的整套解決方案。這些軟件組件均可以按照硬件的配置以及應用的需要在一個開發環境中實現靈活部署。基于ArchestrA 架構的系統平臺提供了開放、易用的開發和使用環境。

系統平臺是商業化程度高、自動化程度高、具有統一的命名空間、統一分布部署的平臺軟件。可以統一地將整個系統的負載分布到各個系統，并建立統一的控制邏輯模板，實現遠程軟件部署和維護，實現集中管理、集中組態、集中修改。

2 系統架構

系統架構如圖1 所示，各節點功能描述如下：

圖1 系統架構

2.1 組態維護/工程師站（GR/IDE）

工程師站安裝的是Wonderware 的IDE 集成開發環境，能夠對整個平臺架構進行開發、編輯與修改，是用于開發、維護及管理Wonderware 應用的工程設計環境；GR 服務器負責存儲整體架構，如存儲建立的所有自動化對象模板和實例、工廠邏輯結構的設計、InTouch 畫面模板的設計、I/O 對象設置等。

2.2 AOS 服務器

AOS 服務器負責運行針對項目建模的對象服務，包括自動化對象、I/O 對象等。在各個AOS 服務器上安裝DAServer 驅動來采集現場下位機數據，提供給系統平臺對象使用。系統平臺還支持數據采集冗余功能，本文系統架構采用的是4 臺AOS 服務器以兩兩冗余的方式進行數據采集，以保證數據穩定性和工廠運行的可持續性。

2.3 實時歷史數據庫（Historian）

實時歷史數據庫負責存儲現場采集的設備運行數據與環境參數，并提供給Historian Client 或者InTouch 中嵌入的Historian Client 控件使用，或者提供給第三方應用使用。

2.4 Web 服務器

Web 服務器是用于Web 發布的服務器，負責把數據、畫面和報表通過Web 發布到監控網絡中，供授權用戶通過IE 瀏覽。

2.5 操作員站

操作員站是接受IDE 部署的InTouch 客戶端，通過InTouch客戶端對現場設備進行監視和控制，大幅提高了操作員效率，加強了過程控制，從而簡化并增強標準化和變更管理。

3 系統設計步驟

（1）在AOS 服務器中安裝數據采集驅動DAServer，建立通信節點。DAServer 是連接下位機和系統平臺的橋梁，系統平臺通過DAServer 讀取現場下位機數據。

（2）建立調度監控系統設備參數的對象，通過DAServer 實現設備對象與下位機數據的通信連接。

（3）在對象模板或實例中制作需要顯示的符號和動畫鏈接等，并嵌入到InTouch 模板中部署實例。通過設備對象將符號和動畫鏈接與下位機數據進行關聯，使下位機數據能夠實時顯示在監控界面中，實現了調度監控系統對現場設備的數據采集和監視控制。

4 系統功能設計

4.1 工藝界面組態

該界面能真實反映水廠、加壓站和管網詳細工藝流程，并能實時顯示各個工藝設備運行狀態和數據。若要對現場設備進行控制，可以在輸入權限后進行相關操作。當現場設備出現故障時，界面能通過報警提示實時反應出現場設備的報警信息，以便于調度人員及時發現問題，做出應急處理，保證供水穩定。

4.2 歷史數據存儲與數據分析

整個調度監控系統由DAServer 獲取到各個設備數據后會把數據提供到AOS 服務器，數據經由AOS 服務器處理后存儲至實時歷史數據庫中。實時歷史數據庫是調度監控系統的數據中心，不僅存儲所有水廠、加壓站和管網的數據，也為后續信息管理系統提供開放性接口。利用系統平臺軟件的存儲轉發功能可以保證數據的完整性。當AOS 節點與數據庫節點斷開連接后，AOS 節點會暫存數據于本地，連接正常后會將數據轉發給數據庫。

數據分析功能可實現數據的歷史趨勢圖顯示，可靈活查詢泵房、設備、數據類型，可按小時、天、月進行顯示，可對趨勢圖放大縮小和前后翻動，可顯示鼠標位置值和時間，可對相同數據不同的時間段、不同的工藝段、不同數據的相同時間段的數據對比。

4.3 報警功能

實時、準確、高效的報警系統是水司實現安全調度的關鍵。系統平臺可以根據各不同類型的報警設置不同的優先級，并且對報警數據設置限值，可顯示高值、高高值、低值、低低值報警。報警分實時報警和歷史報警：實時報警為當前正在發生的報警，歷史報警即為過去一段時間所發生的報警。實時/歷史報警面板會顯示出報警點的“報警時間”“對象屬性名”“狀態”“注釋”“優先級”“持續時間”等相關報警信息，依據報警點的不同優先級和不同狀態顯示不同的顏色，易于操作人員分析報警信息。歷史報警提供過濾篩選，可根據“報警系統”“開始時間”“結束時間”等作為索引進行過濾顯示。

4.4 報表功能

Wonderware 公司的Historian Client 是一款嵌入至Wonderware Historian 的功能強大的分析和報告軟件，可讓操作人員、工程師及運營管理人員掌握近乎實時的歷史生產詳情。Historian Client 軟件能夠根據采集到的數據自動生成報表。該報表無需編程，即可實現Wonderware Historian 歷史數據報表的生成。

報表顯示方式可為表格、曲線、柱狀圖、餅狀圖等多種對比顯示方式，提供生成格式為PDF、XLS 等文件供用戶選擇。報表還支持以Web 方式進行報表顯示、手動配置、手動生成、手動清除等功能，為管理用戶提供多樣的管理方式，滿足各類型用戶的需求。

4.5 Web 發布功能

調度監控系統可通過系統平臺的Information Server 軟件將實時的數據、監視畫面、實時及歷史報警、歷史數據報表、歷史數據曲線分析等功能發布到辦公局域網中，可根據需要發布到Internet 網絡中，提供這些數據給企業生產經營管理者，為企業生產決策提供第一手的分析資料。其Web 發布功能采用B/S 架構，只需通過支持HTML5 的瀏覽器便可實現對畫面和數據的瀏覽。

4.6 系統權限管理

調度監控系統必須設立安全登錄機制和登錄賬號管理制度，只有具有權限的賬號和密碼才可以登錄系統，并對主要控制功能進行操作確認。系統應記錄操作過程，對登錄人的主要操作進行記錄。

系統平臺的安全機制原理為：所有的監控對象按照區域或子系統以及安全操作原則分為不同的對象安全組；所有的用戶分成不同的角色；對于不同的角色可以定義角色和對象安全組的對應關系；僅有對應關系的角色中的用戶才能操作對象安全組中的對象；同時操作權限還能定義是否可以確認報警，是否可以修改工程師才能修改的設定，是否可以修改系統配置數據等。這是一個非常嚴謹和完善的安全機制，這樣的機制不需要任何的編程，通過定義和組態就能完成，用戶在系統運行中也能自如地增添用戶和角色，以擴展系統的安全。

5 結語

基于系統平臺的調度監控系統，相較于老舊的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數據采集與監視控制）系統，系統的維護更加簡單，程序的開發與部署更加高效。同時，便捷的存儲和導出設備數據功能，為智慧水務系統的發展提供了數據基礎。該系統在某城市自來水公司調度監控系統中的投運，有效提高了設備運行的安全性和穩定性，對城市自來水的生產與調度起到了極大的促進作用，真正做到既保證安全供水又實現節能降耗的目的，提升了公司的自動化、信息化水平，為自來水相關企業建設調度監控系統起到了典型的示范作用。