一、引言 

      水利是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，而泵站是水利工程的重要組成部分，它們在解決洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水環(huán)境惡化當(dāng)今三大水資源問題中起著不可替代的作用，承擔(dān)著區(qū)域性的防洪、除澇、灌溉、調(diào)水和供水的重任，在我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和全面服務(wù)于小康社會的建設(shè)中，占有非常重要的地位。泵站又是為水提供勢能，解決無自流條件下的排灌、供水和水資源調(diào)配問題的水的唯一人工動力來源，是解決洪澇災(zāi)害、干旱缺水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和城鄉(xiāng)居民生活用水的重要工程措施，是“生態(tài)水利”、“環(huán)境水利”、“資源水利”、“現(xiàn)代水利”、“可持續(xù)發(fā)展水利”的具體體現(xiàn)。本文以亞控軟件KingSCADA和KingHistorian等產(chǎn)品為基礎(chǔ)設(shè)計出滿足大型水利泵站監(jiān)控管理中心運營需求的一整套成熟的解決方案。

二、構(gòu)建泵站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)的目的 

      1、通過SCADA軟件實現(xiàn)對泵站龐大的現(xiàn)場數(shù)據(jù)高性能的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視，并且通過SCADA軟件實現(xiàn)對各個設(shè)備的高可靠性的操控。同時將SCADA系統(tǒng)采集到的信息上傳至泵站上一級管理單位，為上層系統(tǒng)實現(xiàn)泵站集中管理和信息化調(diào)度提供便利；

      2、將全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)等大型復(fù)雜系統(tǒng)實時狀態(tài)以模擬動畫、視頻影像、GIS信息高度集成的形式在SCADA畫面上顯示，形成數(shù)據(jù)模擬與視頻影像、GIS系統(tǒng)無縫集成的監(jiān)控方式。

      3、充分利用完整的歷史數(shù)據(jù)庫和報警事件數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，基于所存儲的歷史數(shù)據(jù)方便的進行分析統(tǒng)計、事故分析和追憶。實現(xiàn)大型泵站的信息化管理。

      4、解決目前大部分泵站自動化水平低，設(shè)備運行安全問題較突出，運行管理和技術(shù)分析受技術(shù)條件限制較大的問題，保證泵站更加安全、可靠、經(jīng)濟地運行。

三、 解決方案 

      1、系統(tǒng)解決要點：

      1）SCADA監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備操控的實時性、高度正確性與可靠性以及對設(shè)備操控的安全性。

      2）對現(xiàn)場設(shè)備大量數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集，實時數(shù)據(jù)處理與展示，保證數(shù)據(jù)的實時性、準(zhǔn)確性與完整性。

      3）動態(tài)模擬圖形與視頻信息、動態(tài)趨勢、報表等展示方式的高度集成。

      4）保證數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)對大點數(shù)數(shù)據(jù)的高速歷史存儲。

      5）歷史數(shù)據(jù)存儲應(yīng)具有高效的存儲壓縮性能。

      6）數(shù)據(jù)檢索應(yīng)具備快速的響應(yīng)速度。

      7）提供快捷的分析工具使操作人員可以方便地完成數(shù)據(jù)存儲、查詢、分析、統(tǒng)計計算。

      8）支持多客戶端并發(fā)訪問數(shù)據(jù)而不影響系統(tǒng)性能。

      2、解決方案架構(gòu)圖

  圖1 解決方案架構(gòu)圖

      四、 方案分析

      該方案可分為四個層次，第一層為現(xiàn)場控制層，主要包括現(xiàn)場硬件PLC、儀表等設(shè)備；第二層為SCADA監(jiān)控層，包括中控室SCADA工程師站和操作員站；第三層為數(shù)據(jù)存儲層，主要包括工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；第四層是數(shù)據(jù)應(yīng)用層，主要包括調(diào)度分析平臺、web發(fā)布服務(wù)器、大屏幕展示系統(tǒng)等。

      1、高性能的數(shù)據(jù)采集與高可靠性的設(shè)備操控為泵站的安全穩(wěn)定運行提供保證

      在大型水利泵站SCADA系統(tǒng)中，無論是對實時數(shù)據(jù)和報警信息采集的準(zhǔn)確性還是遠程操作的可靠性都有極高的要求，因為無論是實時數(shù)據(jù)中斷還是操作命令不能準(zhǔn)確下發(fā)，都有可能影響整個系統(tǒng)的工作，還有可能造成嚴(yán)重的事故，輕者導(dǎo)致設(shè)備的損壞，重者會導(dǎo)致人身安全事故。為了保證系統(tǒng)采集\控制的可靠性，該方案采用SCADA操作員站雙機熱備、雙網(wǎng)冗余配置。

圖2 冗余功能

     方案中SCADA工作站中數(shù)據(jù)采集軟件KingIOServer3.0與監(jiān)控軟件KingSCADA3.0互相獨立運行，工業(yè)數(shù)據(jù)庫和上層管理單位直接從KingIOServer3.0獲取數(shù)據(jù)，與監(jiān)控系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾。同時KingIOServer3.0具有數(shù)據(jù)緩存功能，當(dāng)與工業(yè)庫或上層網(wǎng)絡(luò)通訊異常時，KingIOServer3.0會緩存歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)通訊恢復(fù)后再將數(shù)據(jù)上發(fā)，保證數(shù)據(jù)的完整性。

圖3 緩存功能

      2、畫面信息全集成功能實現(xiàn)在SCADA系統(tǒng)上就能對現(xiàn)場情況一目了然

      目前泵站現(xiàn)場工作人員主要從事現(xiàn)場設(shè)備操控和維護，自動化水平參差不齊并且普遍不高，所以他們所需的是一套畫面生動逼真、模擬動畫與視頻影像和GIS系統(tǒng)相結(jié)合、對設(shè)備操作簡便、報表\曲線查詢靈活方便、診斷和監(jiān)視信息完善的SCADA系統(tǒng)。

      方案中采用的KingSCADA3.0軟件，具有豐富的動畫效果，可以把現(xiàn)場環(huán)境以三維立體效果展現(xiàn)出來。

圖4 立體畫面效果圖

       KingSCADA3.0軟件的畫面全集成功能能夠?qū)D形模擬動畫、視頻影像、GIS系統(tǒng)集成在同一畫面顯示。

圖5 畫面全集成

      3、基于工業(yè)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用實現(xiàn)泵站自動化與信息化結(jié)合的先進管理模式

      大型泵站的運營管理要求實現(xiàn)水利水情信息、全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)設(shè)備運轉(zhuǎn)\操作\故障等信息進行存儲記錄，通過所存儲的歷史數(shù)據(jù)可以方便生成各種值班報表、操作報表、報警報表以及日月年報表。

通過對工業(yè)數(shù)據(jù)庫中大量歷史數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計，結(jié)合以往經(jīng)驗與分析結(jié)果總結(jié)出泵站運營管理的優(yōu)化調(diào)度方案，提供事故預(yù)警機制，防患于未然。為泵站更加可靠、經(jīng)濟運營提供保障。

圖6 抽水機操作記錄表

      通過對工業(yè)數(shù)據(jù)庫中大量歷史數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計，結(jié)合以往經(jīng)驗與分析結(jié)果總結(jié)出泵站運營管理的優(yōu)化調(diào)度方案，提供事故預(yù)警機制，防患于未然。為泵站更加可靠、經(jīng)濟運營提供保障。

      五、總結(jié)

      大型水利泵站監(jiān)控系統(tǒng)其控制的設(shè)備非常多，機組容量大，因此它必須要求系統(tǒng)先進、可靠、安全。系統(tǒng)在保證可靠實用、部署靈活、結(jié)構(gòu)柔性易擴充的前提下，采用“雙機雙網(wǎng)”冗余化和開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得整個系統(tǒng)技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理、功能完善，性能優(yōu)越，極大地滿足大型水利泵站監(jiān)控管理中心運營需求。