一、引言
 

隨著我國城市建設和國民經濟的迅速發展、對外開放程度的加快、人民生活水平和城市化水平的提高，大中型城市對水資源的需求越來越高。為滿足城市日益增長的供水需求，供水泵站的規模不斷增大，各個城市陸續建成了大型供水泵站，城市對泵站的安全運行、節約能源的要求也不斷提高。
在這種背景下，大型供水泵站中的SCADA系統在數據采集與處理、主輔機設備的控制與調節、現場運行監視、故障預警、與調度中心的數據交互都發揮著重要的支撐作用，有效的保證泵站運行的安全可靠、經濟節能。
 

二、系統需求
 

1.確保供水安全可靠
 

大型供水泵站一般日供水量可達數百萬立方米，它好比是城市供水系統的心臟。如果大型供水泵站出現故障，會直接影響到城市的工業與生活用水，嚴重的甚至會導致供水的癱瘓，因此，“安全供水”是大型供水泵站的首要任務。
 

為確保系統的安全運行，需要SCADA系統在采集設備、通訊網絡以及服務器故障時能及時采取行而有效的冗余措施；當網絡中斷或過慢時能采取適當的緩存手段，保證數據連續完整。另外，還需要一種直觀的監視方式，以便泵站工作人員及時了解采集、傳輸、鏈路的狀態。
 

2.發揮高性能特點，使供水更加穩定
 

在實現了“安全供水”之后，大型供水泵站會進一步對供水的穩定性提出要求，目標是確保供水平衡，防止供水時大時小，也可避免對水泵機組的損壞。
 

由于泵站工作人員會在SCADA系統上了解當前運行狀態、分析歷史數據，結合集控中心調度預案對控制工藝及參數做出調整，因此，若沒有的數據采集、歷史數據檢索、與集控中心交互的性能，將會造成泵站工作人員狀態判斷的遲緩、分析的誤差、調節的不合理，zui終導致供水的不穩定。
 

所以，基于供水穩定的需求，SCADA系統應該具備快速的性能。
 

3.交互的數據橋梁
 

供水調度一體化是將來城市供水的必然趨勢。將來會陸續在水系或城市建立統一的調度中心，實現各水系的供水調度。而大型泵站SCADA系統一方面將實時數據上傳給調度中心，另一方面具體執行調度中心觸發的預案。由于其承上啟下的特點，因此會對城市供水統一調度有重要作用。
 

三、系統解決要點
 

-對主泵機組LCU及輔助設備進行快速采集,保證數據采集的實時性。
 

-對采集鏈路、通訊網絡進行診斷，使工作人員可隨時了解通訊及數據傳輸狀態。
 

-實現基于實時數據、歷史數據、報警數據的冗余功能，實現快速的切換，在網絡中斷、網速過慢時將數據緩存，待恢復后實現斷點續傳，確保數據完整性。
 

-利用多樣的圖形展示手段，進行實時、歷史數據的展示，達到直觀、清晰的效果。
 

-對于設備的操作分配不同的控制優先級別，操作人員的操作需通過權限驗證，以保證系統的安全性。
 

-進行多樣報警及預警檢測，并將報警通過聲光、語音、短信、的方式輸出，實現直觀的事故追憶。
 

-對大量的高密度的過程數據進行高性能的壓縮存儲，以這些數據為依據，實現專業的計算分析。
 

-與調度中心進行數據交互，向上提供可靠的數據，向下執行調度中心的預案指令。
 

-提供多種開放性接口，便于其它第三方系統調用數據，進行相關分析。
 

-在Internet網絡或局域網中將實時、歷史、報警等數據以集成的方式進行發布，使用戶可在IE中實現瀏覽。
 

四、系統方案
 

1.系統配置

圖1  系統配置圖

2.應用軟件部署 

                 
圖2  軟件部署結構
 

-I/O 數據采集軟件（I/O Server3.0）：快速采集現場設備的實時數據，與SCADA軟件、上層集控中心進行數據交互，并存儲數據到數據庫中。
 

-SCADA軟件（KingSCADA 3.0）：以圖形、動畫、報表、趨勢等手段展現泵站的工藝流程、設備的運行狀態，完成操作員在上位機上的的控制。
 

-工業歷史數據庫（KingHistorian 3.0）：存儲大量的過程數據，在采集、存儲、檢索方面具有強大的性能，它是深層分析與統計的數據基礎。
 

-客戶端軟件（KingSCADA Client）：基于C/S架構，是KingSCADA3.0的客戶端軟件。為操作員提供日常操作所需的操作平臺，也可滿足分布式的要求。
 

-展示平臺（KingGraphic）：是大量歷史數據、計算數據、報警數據的分析展示平臺，管理人員可通過趨勢、報表、歷史回放等手段了解泵站過去的狀況、分析未來的趨勢。
 

-計算平臺（KingCalculation）：針對大型供水泵站運行特點，采用多種專業算法，在大量過程數據的基礎上進行復雜計算。
 

-報警與事件檢測平臺（KingA&E）：將數據轉換為狀態，采用多種檢測方法實現復雜的報警事件檢測，在事故發生前及時預警，確保系統安全穩定。
 

-門戶軟件（KingProtal）：將多種數據集成后以門戶的形式向廣域網或局域網進行發布，用戶可從網頁實現瀏覽。
 

3.方案特點
 

雙機雙網冗余
 

為確保泵站的安全運行，SCADA系統采用雙機雙網冗余配置，可實現實時數據、歷史數據、報警數據的冗余，在恢復后，故障期間的歷史、報警數據可自動同步，充分保證數據的完整性。并支持增加專門的冗余狀態探測通道，通過配置網卡實現快速的切換，并可以做到1S內的切換。zui大程度的保證泵站的安全、穩定運行。
 

數據緩存和斷點續傳
 

泵站的網絡系統出現網絡中斷或網速過慢的情況并不多，但是一旦出現必將因數據丟失而造成分析的誤差、決策的不準確。因此，為了實現在網絡中斷時也不丟失數據的要求，系統提供了數據緩存的功能，當網絡異常時，系統可將數據緩存在本地磁盤，待恢復后，再自動將緩存的數據傳送到數據庫中。如此一來，可zui大程度的確保數據的*。
 

在線監視
 

當泵站監控系統與控制設備通訊失敗的時候，操作人員一般通過觀察界面數據刷新情況來做出判斷。但是從找準數據點到判斷出異常通常都需要花費較長的時間，如果界面制作不夠直觀，那么時間將會更長。為了解決該問題，I/O Server 3.0為用戶提供了在線監視工具，監視的內容包括I/O Server的性能，鏈路、設備、數據塊的采集信息、當前狀態、失敗記錄等，為及時排除故障爭取了寶貴時間。

圖3 在線監視工具
 

直觀的展示效果
 

SCADA系統通過圖形展示功能使操作人員了解當前狀況，這雖然是SCADA系統的基本功能，但是圖形展示的逼真與否將關系到操作人員作出判斷的及時性和準確性，是對SCADA系統展示手段多樣性的一個考驗。KingSCADA3.0提供了40多種動畫鏈接，如：飛入飛出效果、鼠標狀態等，圖形采用GDI+技術，支持過渡色、透明色。其逼真的視覺效果，幫助操作人員快速準確作出判斷。

圖4 圖形效果
 

強大的報警與追憶
 

大型泵站發生事故后若不能及時發現并排除將會造成極大的經濟損失，這對SCADA系統的報警及追憶功能要求很高。報警事件檢測平臺KingA&E 通過復雜的檢測判斷，將數據轉換為狀態，不但對當前的狀態進行分析，還可預測出未來一定時間內是否有故障的趨勢，真正實現見微知著的作用。系統在檢測到異常后可通過聲光、語音、短信、等多種方式發出報警。對于已發生的事故，KingGraphic的回放控件可實現歷史重演，使追憶更為直觀。

圖5 歷史回放
 

與集控中心的交互
 

大型供水泵站一般都會有與集控中心進行數據交互的需要，統一協調也是未來城市供水的發展方向。從數據傳輸的快速、安全、可靠角度考慮，泵站與集控中心間的數據傳輸應采用系統內部的傳輸接口，因為系統內部的傳輸接口解析簡單，無需反復的請求、回復，也不會添加繁瑣包頭包尾，從而實現快速可靠的數據交互。
 

高性能的歷史存儲
 

工業歷史數據庫承擔著存儲、管理大量的、高密度的過程數據的工作，當需要時它還需快速的將某時間段內的過程數據提供出來。因此工業歷史數據庫的性能直接關系到分析、統計的效果。
 

主要的性能指標：
 

-工業歷史數據庫可以在線連續存儲，并達到15萬條記錄/秒的存儲速度。工業歷史數據庫單臺服務器可以支持100萬點的數據點。
 

-工業歷史數據庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒。工業歷史數據庫256個 客戶端并發查詢，每秒可達2萬條記錄。工業歷史數據庫穩定支持256客戶端并發查詢。
 

-工業歷史數據庫支持毫秒級數據分辨率。
 

-工業歷史數據庫支持三種以上的存儲壓縮方式，壓縮方式和壓縮參數可供用戶配置，數據壓縮可壓縮掉25%-95%的數據。工業歷史數據庫支持按日、周、月進行數據歸檔。
 

豐富的開放性接口
 

-系統中的工業歷史數據庫是實現深層分析的數據支撐，而深層分析經常是由不同的系統實現的，這就要求工業歷史數據庫具有豐富的開放性接口。

-KingHistorian3.0支持API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM等數據接口，支持SQL語句查詢。此外還可與關系型數據庫進行數據互訪。如SQL Server、Oracle、Excel、Access等。

圖6KingHistorian 3.0的開放接口
 

五、典型案例
 

-上海青草沙五號溝泵站自動化監控系統