大型供水泵站SCADA系统解决方案

大型供水泵站 SCADA 系统解决方案北京亚控科技发展有限公司一． 引言 随着我国城市建设和国民经济的迅速发展、对外开放程度的加快、人民生活 水平和城市化水平的提高，大中型城市对水资源的需求越来越高。

为满足城市日 益增长的供水需求，供水泵站的规模不断增大，各个城市陆续建成了大型供水泵 站，城市对泵站的安全运行、节约能源的要求也不断提高。

在这种背景下，大型供水泵站中的 SCADA 系统在数据采集与处理、主辅机 设备的控制与调节、现场运行监视、故障预警、与调度中心的数据交互都发挥着 重要的支撑作用，有效的保证泵站运行的安全可靠、经济节能。

二． 系统需求 1. 确保供水安全可靠 大型供水泵站一般日供水量可达数百万立方米， 它好比是城市供水系统的心 脏。

如果大型供水泵站出现故障，会直接影响到城市的工业与生活用水，严重的 甚至会导致供水的瘫痪，因此， “安全供水”是大型供水泵站的首要任务。

为确保系统的安全运行，需要 SCADA 系统在采集设备、通讯网络以及服务器 故障时能及时采取行而有效的冗余措施； 当网络中断或过慢时能采取适当的缓存 手段，保证数据连续完整。

另外，还需要一种直观的监视方式，以便泵站工作人 员及时了解采集、传输、链路的状态。

2. 发挥高性能特点，使供水更加稳定 在实现了“安全供水”之后，大型供水泵站会进一步对供水的稳定性提出要 求，目标是确保供水平衡，防止供水时大时小，也可避免对水泵机组的损坏。

由于泵站工作人员会在 SCADA 系统上了解当前运行状态、分析历史数据，结 合集控中心调度预案对控制工艺及参数作出调整， 因此， 若没有高效的数据采集、 历史数据检索、 与集控中心交互的性能， 将会造成泵站工作人员状态判断的迟缓、 分析的误差、调节的不合理，最终导致供水的不稳定。

所以，基于供水稳定的需求，SCADA 系统应该具备快速高效的性能。

3. 交互的数据桥梁 供水调度一体化是将来城市供水的必然趋势。

将来会陆续在水系或城市建立 统一的调度中心，实现各水系的供水调度。

而大型泵站 SCADA 系统一方面将实时 数据上传给调度中心，另一方面具体执行调度中心触发的预案。

由于其承上启下的特点，因此会对城市供水统一调度有重要作用。

三． 系统解决要点 对主泵机组 LCU 及辅助设备进行快速采集,保证数据采集的实时性。

对采集链路、通讯网络进行诊断，使工作人员可随时了解通讯及数据传输状 态。

实现基于实时数据、历史数据、报警数据的冗余功能，实现快速的切换，在 网络中断、网速过慢时将数据缓存，待恢复后实现断点续传，确保数据完整性。

利用多样的图形展示手段，进行实时、历史数据的展示，达到直观、清晰的 效果。

对于设备的操作分配不同的控制优先级别，操作人员的操作需通过权限验 证，以保证系统的安全性。

进行多样报警及预警检测，并将报警通过声光、语音、短信、Email 的方式 输出，实现直观的事故追忆。

对大量的高密度的过程数据进行高性能的压缩存储，以这些数据为依据，实 现专业的计算分析。

与调度中心进行数据交互，向上提供可靠的数据，向下执行调度中心的预案 指令。

提供多种开放性接口，便于其它第三方系统调用数据，进行相关分析。

在 Internet 网络或局域网中将实时、历史、报警等数据以集成的方式进行 发布，使用户可在 IE 中实现浏览。

四． 系统方案 1. 系统配置图1系统配置图2. 应用软件部署图 2 软件部署结构I/O 数据采集软件（I/O Server3.0） ：快速采集现场设备的实时数据，与 SCADA 软件、上层集控中心进行数据交互，并存储数据到数据库中。

SCADA 软件（KingSCADA 3.0） ：以图形、动画、报表、趋势等手段展现泵站 的工艺流程、设备的运行状态，完成操作员在上位机上的的控制。

工业历史数据库（KingHistorian 3.0） ：存储大量的过程数据，在采集、存 储、检索方面具有强大的性能，它是深层分析与统计的数据基础。

客户端软件（KingSCADA Client） ：基于 C/S 架构，是 KingSCADA3.0 的客户 端软件。

为操作员提供日常操作所需的操作平台，也可满足分布式的要求。

展示平台（KingGraphic） ：是大量历史数据、计算数据、报警数据的分析展示平台，管理人员可通过趋势、报表、历史回放等手段了解泵站过去的状况、分 析未来的趋势。

计算平台(KingCalculation)：针对大型供水泵站运行特点，采用多种专业 算法，在大量过程数据的基础上进行复杂计算。

报警与事件检测平台(KingA&E)：将数据转换为状态，采用多种检测方法实 现复杂的报警事件检测，在事故发生前及时预警，确保系统安全稳定。

门户软件(KingProtal)：将多种数据集成后以门户的形式向广域网或局域网 进行发布，用户可从网页实现浏览。

3. 方案特点 双机双网冗余 为确保泵站的安全运行，SCADA 系统采用双机双网冗余配置，可实现实时 数据、历史数据、报警数据的冗余，在恢复后，故障期间的历史、报警数据可自 动同步，充分保证数据的完整性。

并支持增加专门的冗余状态探测通道，通过配 置专用网卡实现快速的切换，并可以做到 1S 内的切换。

最大程度的保证泵站的 安全、稳定运行。

数据缓存和断点续传 泵站的网络系统出现网络中断或网速过慢的情况并不多， 但是一旦出现必将 因数据丢失而造成分析的误差、决策的不准确。

因此，为了实现在网络中断时也 不丢失数据的要求，系统提供了数据缓存的功能，当网络异常时，系统可将数据 缓存在本地磁盘，待恢复后，再自动将缓存的数据传送到数据库中。

如此一来， 可最大程度的确保数据的万无一失。

在线监视 当泵站监控系统与控制设备通讯失败的时候， 操作人员一般通过观察界面数 据刷新情况来作出判断。

但是从找准数据点到判断出异常通常都需要花费较长的 时间，如果界面制作不够直观，那么时间将会更长。

为了解决该问题，I/O Server 3.0 为用户提供了在线监视工具，监视的内容包括 I/O Server 的性能，链路、设 备、数据块的采集信息、当前状态、失败记录等，为及时排除故障争取了宝贵时 间。

图 3 在线监视工具直观的展示效果 SCADA 系统通过图形展示功能使操作人员了解当前状况，这虽然是 SCADA 系 统的基本功能， 但是图形展示的逼真与否将关系到操作人员作出判断的及时性和 准确性，是对 SCADA 系统展示手段多样性的一个考验。

KingSCADA3.0 提供了 40 多种动画链接，如：飞入飞出效果、鼠标状态特效等，图形采用 GDI+技术， 支持过渡色、透明色。

其逼真的视觉效果，帮助操作人员快速准确作出判断。

图 4 图形效果强大的报警与追忆 大型泵站发生事故后若不能及时发现并排除将会造成极大的经济损失， 这对 SCADA 系统的报警及追忆功能要求很高。

报警事件检测平台 KingA&E 通过复杂的 检测判断，将数据转换为状态，不但对当前的状态进行分析，还可预测出未来一 定时间内是否有故障的趋势，真正实现见微知著的作用。

系统在检测到异常后可通过声光、语音、短信、Email 等多种方式发出报警。

对于已发生的事故， KingGraphic 的回放控件可实现历史重演，使追忆更为直观。

图 4 历史回放与集控中心的交互 大型供水泵站一般都会有与集控中心进行数据交互的需要， 统一协调也是未 来城市供水的发展方向。

从数据传输的快速、安全、可靠角度考虑，泵站与集控 中心间的数据传输应采用系统内部的传输接口， 因为系统内部的传输接口解析简 单，无需反复的请求、回复，也不会添加繁琐包头包尾，从而实现快速可靠的数 据交互。

高性能的历史存储 工业历史数据库承担着存储、管理大量的、高密度的过程数据的工作，当需 要时它还需快速的将某时间段内的过程数据提供出来。

因此工业历史数据库的性 能直接关系到分析、统计的效果。

主要的性能指标：工业历史数据库可以在线连续存储，并达到 15 万条记录/秒的存储速度。

工业历 史数据库单台服务器可以支持 100 万点的数据点。

工业历史数据库单客户端单点查询速度 20 万条记录/秒。

工业历史数据库 256 个 客户端并发查询，每秒可达 2 万条记录。

工业历史数据库稳定支持 256 客户端并 发查询。

工业历史数据库支持毫秒级数据分辨率。

工业历史数据库支持三种以上的存储压缩方式，压缩方式和压缩参数可供用户配 置，数据压缩可压缩掉 25%-95%的数据。

工业历史数据库支持按日、周、月进行数据归档。

丰富的开放性接口 系统中的工业历史数据库是实现深层分析的数据支撑， 而深层分析经常是由 不同的系统实现的，这就要求工业历史数据库具有丰富的开放性接口。

KingHistorian3.0 支持 API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM 等数据 接口，支持 SQL 语句查询。

此外还可与关系型数据库进行数据互访。

如 SQL Server、Oracle、Excel、Access 等。

图 5 KingHistorian 3.0 的开放接口五． 案例介绍 上海青草沙五号沟泵站自动化监控系统。