一、引言
隨著科學技術的發展和社會的進步，我國各大城市的自來水廠正逐步向“安全供水、科學管理、優質服務”的方向發展。因此如何提高供水質量、達到節能降耗、實現高效管理，是當前自來水廠所面臨的首要問題。另外，提高自動化、信息化水平對自來水廠來說也越來越重要。
隨著自動化控制技術的迅猛發展，自來水廠紛紛建立起SCADA系統來實現水廠從取水到制水、配水的全過程監控，但在實際應用中，真正能達到令人滿意效果的并不多。本方案的目的是從設計、實施到后期維護進行統一規劃，為用戶提供一個具有先進技術的、易于開發維護且易于擴展及分步實施的解決方案。
二、系統需求
1.集中監控、分散控制
自來水廠的監控系統通常分為控制層及管理層兩層結構。控制層完成具體的取水、混凝、沉淀、過濾、送水等環節的測控；管理層主要負責狀態監控、數據采集、故障報警處理等工作。控制層的各工藝環節位置分散，位于中控室的控制中心將進行統一監控，因此自來水廠具有集中監控、分散控制的特點。
基于該特點，自來水廠往往在控制環節少配或不配工作人員，僅在中控室配備有經驗的工作人員，目標是實現“無人或少人值守”。這對SCADA系統的性能要求很高的，采集、分析、控制若不夠快速或者數據傳輸不夠安全，控制中心的作用便會大打折扣，就會造成工藝流程執行的錯誤，嚴重的還會影響供水及水質。因此，高效的性能是集中監控的關鍵。
2.高集成性
自來水廠通常在控制中心實現統一的狀態監控、數據采集、故障報警，為便于控制中心了解所有有價值的數據，它會要求將所有的信息及數據集成到控制中心，如，測點數據、報警狀態、歷史數據、視頻信息等。控制中心需通過一整套完整的平臺體系實現所有信息的觀察及聯動。這對SCADA系統的集成性是一個很大的考驗。
3.管理及調度
除了完成正常的制水、配水工作外，自來水廠作為一個企業，同樣具有成本管理、資源調配的要求。這要求計算機監控系統除了對各工藝環節有控制功能外，還需要考慮如何控制最節約成本，對資源的浪費最小。為了實現這些上層的管理及調度功能，需要SCADA系統能夠匯總大量的過程數據，針對這些數據結合優化算法實現專業的分析，最終做出指導性的決策。
三、系統解決要點
- 與工藝環節的PLC、儀表進行通訊，快速采集實時數據。
- 保證數據完整性，對采集鏈路、通訊網絡進行診斷，實現基于實時數據、
- 歷史數據、報警數據的冗余功能，異常時實現快速的切換，在網絡中斷、網速過慢時將數據緩存。
- 對實測數據及狀態進行直觀逼真的展示（如動畫、報表、趨勢等），進行多
- 種報警及預警檢測，并采用多種方式實現報警通知。對已發生的故障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。
- 以存儲的大量歷史數據為依據，實現專業的優化計算與分析。
- 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、解決方案
1.系統配置
圖1 系統配置圖
2.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水廠過去的狀況、分析未來的趨勢。
- 計算平臺(KingCalculation)：針對自來水廠運行特點，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.方案功能
- 硬件設備的支持能力
自來水廠的計算機監控系統，會與各種硬件設備進行通訊（如PLC、水質檢測儀表、水泵機組、機組電氣柜等），采集現場的實時數據，反映給SCADA軟件同時保存到工業歷史數據庫中。這就要求系統能具有與各種廠家硬件設備的通訊能力，并支持各種通訊協議。方案中的I/O Server 3.0支持與1500多家3000多種硬件通訊，并支持多種標準通訊協議，如MODBUS、Profibus、CAN、OPC等。使得軟件產品可輕松得與各硬件設備進行組合。
圖3 支持的硬件設備
- 有效的安全措施
基于“集中監控、分散控制”的特點，SCADA系統“采集、分析、控制”的安全性與穩定性，無疑是用戶最為關心的，這就需要SCADA系統在安全穩定方面具有強大的性能。
KingSCADA3.0系統支持雙機冗余、雙網絡冗余、雙設備冗余，可以分別針對服務器、網絡、設備的故障實現切換，并且支持獨立的冗余通道，可確保1秒的切換，可保證實時數據、歷史數據、報警數據的連續完整。系統提供專門的性能監視工具，便于用戶及時了解跟采集與傳輸有關的各項信息。當網絡發生中斷時，可講數據本地緩存，當網絡恢復時實現斷點續傳，如此一來，即使發生網絡中斷，也不會丟失數據。
圖4 獨立的冗余探測通道
圖5 性能監視工具
- 一體化的平臺體系
自動化技術快速發展的今天，SCADA系統已經不再是過去簡單的與設備通訊、顯示數據、下發控制指令這么簡單了。隨著自來水廠對管理功能要求的不斷加深，自來水廠迫切需要的是集采集、監視、控制、調度于一身的一體化平臺。這就需要將自動化與信息化相結合，在系統中除了具有監控作用的組態軟件，還需要有具有分析、調度功能的決策系統。
方案中的KingCalculation就是針對大量過程數據，結合自來水行業的復雜算法進行計算分析的軟件平臺；KingA&E是將“數據”轉化為“狀態”，進行預警的判斷與觸發的軟件平臺，可進行超前的趨勢分析。他們的數據基礎是工業歷史數據庫KingHistorian。最終的分析信息、預警信息、決策類提示信息均在展示平臺KingGraphic上進行集中顯示。
圖6 平臺體系
- 豐富的系統接口
為滿足城市的統一供水調度的需要，各區縣的自來水廠往往需要將數據上傳至自來水公司，由自來水公司的供水調度系統實現集中監管與協調。為了便于自來水公司供水調度系統獲取數據，水廠的SCADA系統需具有豐富的開放性接口，本系統由數據采集軟件、SCADA軟件、工業數據庫軟件、上層分析展示軟件等多種不同類型的軟件組成，具有多種數據接口，如API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM等，支持SQL語句查詢。利用這些接口，可以方便的與其它第三方軟件系統實現數據交互。
圖7 豐富的接口
- web功能
Web功能采用B/S結構，可對局域網和廣域網進行發布，客戶可以隨時隨地通過Internet/Intranet實現遠程監控。如廠長辦公室的電腦可通過IE瀏覽器實時瀏覽畫面，監控各種工業數據。若對廣域網發布，那么無論用戶身處何地，均可異地進行監控，這樣做的好處是，便于企業領導無論在何地，即便是出差也可及時了解有價值的數據。
圖8 WEB瀏覽界面
五、案例介紹
- 桂林東江水廠SCADA系統