才茂通信污水处理厂 远程监测系统信息化平台建设方案

▋项目概述

1.1项目背景

近年来随着中国经济的繁荣，水工业，包括工业制水、工业污水处理、市政给排水、建筑给排水、水文水利、农村直饮水、节水灌溉、水质检测等领域工程及配套设施的建设蓬勃发展，新技术的不断涌现推动着中国水工业自动化、信息化的不断深入。

城市水务集团公司主要负责城市制水、供水、排水、污水处理、中水回用、水质检测等业务，可以说城市水务集团公司掌握着一个城市用水的“生命线”。想要实现城市水业“资源统一配置，供水统一调度，运行统一管理”这一目标，需要在水务集团建设完善智能的自动化信息平台。

1.2项目意义

管控一体化是指管理与控制一体化，就是利用各种技术，把生产现场的各种数据通过信息网络系统进行系统集成、技术融合，为企业全面实现信息自动化管理奠定基础。水务集团公司管控一体化系统的目标是利用先进的计算机自动化技术，实现运营管理系统与实时工艺系统的数据有机融合与共享，建立一体化信息集成平台。同时通过对各污水厂运行状况的快速响应与优化控制，在确保污水处理达标排放的同时，进一步提高社会效益和经济效益。

1.3项目目标

1、自动化控制代替人工操作，减轻劳动强度，改善操作环境；

2、保证工艺处理生产过程可靠运行，对安全生产提供帮助；

3、实现现代污水处理企业的信息化管理，充分发挥网络通信技术的优势，实现信息资源共享，以利于达到节能降耗、经济运行的目的；

4、与各污水厂进行数据交互，汇总各种有价值数据； 

5、对现场工艺的真实反映与数据的实时更新； 

6、对通讯链路进行诊断，当网络异常时实现数据缓存与断电续传的功能； 

7、提供“栩栩如生”的画面，方便领导观看与工程师了解现场工艺； 

8、建立城市污水处理系统数据平台，实现大量高密度的数据进行高速存储与快速查询，为综合分析提供条件； 

9、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； 

10、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。 

1.4需求分析

目前污水处理厂多数流量计等表计均为实现数据上传，同时多数重点设备监测点也均为实现视频远程监控，未创立有效的污水处理厂监控系统SCADA平台，为管理和服务工作带来很大的工作量，也形成了污水处理信息化孤岛。因此，建立建全一套完善的有效的数据与视频监控平台显得尤为重要。污水处理厂信息化平台可分为实时运营管理系统、历史数据存储系统、工艺流程监控系统、管网调度管理系统、视频系统、GIS地理信息系统、远程设备管理系统等。

生产调度平台需要实时采集各地污水分控中心、城市管网、供水公司、水质监测中心的实时数据，完成实时数据的汇总，分类，存储，以及统计分析。数据实现与关系数据库的无缝转储，可为运营管理部门提供准确完整的真实数据支撑。调度中心工作人员可通过大屏幕随时了解现场工艺流程，设备运行状况，数据报表和曲线趋势，同时可结合视频系统及GIS地理信息系统及时了解故障及报警信息。信息化平台具备远程设备管理功能，可对远程设备运行进行监控，及时发现故障并排除、远程更新设备配置、共享传输资料、安装部署应用软件等。

采用实时数据库平台构建的该信息化平台可以构建企业生产运营调度管理系统，构建企业信息门户。主要特点如下：

1、基于Internet进行管理和查看；

2、Intranet的应用和集成，使信息在企业内部共享和应用更便捷充分，易于升级和维护；

3、模块化结构，灵活组合，伸缩性强；

4、图形化界面，易于掌握使用；

5、开放式系统，满足一系列国际标准和事实标准；

6、系统可靠性高。完全基于浏览器方式，管理维护方便。

▋系统建设内容及原则

2.1、系统建设内容

污水处理厂监控系统采用3G/4G/5G无线网络、工业以太网、RS485总线等通讯方式经由工控软件I/OServer实现对PLC、流量计等仪表、变频器等设备的实时数据快速采集，对污水提升泵电机、闸门、电动\气动阀门、粗\细格栅电机、鼓风机等进行控制。系统对各生产装置流程图画面、历史趋势、报警信息进行监控，并实现生产信息的整体观察画面。 

集团公司远程运营绩效管理系统提供友好直观的显示界面，实现生产工艺图形化实时监视，各种能耗实时显示；同时系统对污水处理厂最为关注的节能降耗问题进行针对性设计，采用多种科学手段进行最优化控制，如：进行泵站机组联编控制、优化调度，降低能耗，延长机组使用寿命；自动分析水质数据情况，计算合适的用药比例，节约用药成本；曝气池溶解氧浓度的稳定控制，降低曝气系统能耗等；完成个污水处理厂数据统计、分析、处理，对各污水处理厂完成设备管理、工艺分析、成本分析、绩效管理。 

2.2、系统设计原则

（1）整体规划原则

方案设计结合未来发展需求，整体规划，分布实施。

（2）实用性原则

符合污水厂、自来水厂生产、安全、管理、决策、服务各项业务和职能要求，人机界面形象化、直观化和人性化，操作、维护简便易用。

（3）先进成熟性原则

整体结构和技术上采用当前先进、成熟的方案和技术。

（4）安全性原则

充分考虑系统的安全性，采用安全控制策略，确保系统安全性。

（5）标准化原则

在系统平台和开发平台选型时，遵循国际标准及工业标准，系统采用统一的管理信息数据项、信息分类编码标准、数据及文件格式、网络通讯规格、通讯接口。

软件开发标准化，保证软件开发质量和今后易于维护和系统升级。

（6）扩展性原则

采用模块化设计思想，保证系统可扩展性。

（7）高性价比原则

充分利用现有设备，新增设备合理选型，追求尽可能高的性价比。

（8）可集成性原则

软件结构本身能与其它应用系统集成，做到信息共享和资源共享。

（9）互操作性原则

支持各种主流实时数据库的数据接口，并通过标准关系数据库接口(ODBC，OLE DB)实现与ERP及其它管理系统的数据集成。

▋系统整体结构

3.1、系统拓扑图

3.2、系统介绍

信息化平台系统部署在视频与数据监控中心。通过数据采集与视频采集一体化设备将远端流量计等仪表设备的数据及重要节点视频监控画面上传至监控中心，网络通讯链路现有具备有线光纤的监测点可利用原有通讯链路，不具备有线光纤的监测点可采用运营商无线传输网路搭建通讯链路。数据与视频监控设备上传至监控中心后可实现对现场设备的数据及视频监控的统一管理，另上传至监控中心的数据及视频可实现与SCADA平台及视频监控平台的融合，数据可实现与第三方软件系统的对接，从而打通信息化孤岛，为运营管理带来信息化水平的提升。

3.2.1、实时、历史数据服务器

此服务器的功能是将控制系统的数据进行接收、压缩、计算、分析后存入数据库，向管理层的其他用户提供历史数据及实时数据的查询功能。系统不但要能满足现阶段的业务要求，而且要能满足将来业务的增长和新技术发展的要求，要在原有设备继续发挥作用的基础上，保证用户能方便地增加或调整设备，改善系统功能和性能，支持将来系统不断更新和便于升级，从而保护原有投资。主机系统应具有良好的可扩展能力，满足不同规模计算环境的要求，并且能提供多种升级途径，给业务的不断发展创造条件。

实时数据库服务器配备力控科技pSpace Server软件平台采取冗余架构，两台服务器互为热备，通过实时心跳检测监控服务器的运行状态，一旦主机发生问题从机可在最短时间内切换。

历史数据服务器作为应用统计分析的数据支撑，对其运行的安全稳定性有较高的要求，因此采用磁盘阵列硬冗余架构。同样配备力控科技pSpace Server软件平台。

3.2.2、网络系统

考虑到城市水网、各个水厂分控中心及各个监测点的地理分布情况，本系统采用VPN的网络模式或者集团专用网络，组建大型网络的应用。虚拟私有网络VPN(Virtual Private Network)出现于Internet盛行的今天,它使企业网络几乎可以无限延伸到地球的每个角落,从而以安全、低廉的网络互联模式为包罗万象的应用服务提供了发展的舞台。

当分控中心与调度中心出现通信故障时，为保证数据完整性，分控中心数据平台加装力控科技通信组件CommServer，该组件可实现断线缓存功能。通信恢复后可将故障时段缓存的数据继续上传至调度中心信息平台，从而避免了数据流失。

CommServer组件支持力控软件以各种网络方式互相通信，比如RS232/485/422、无线电台、电话轮巡拨号、3G/4G/5G、以太网等方式，实现与其他节点力控软件的通信。该组件具有以下特性：

(1)具备分组和地址概念，不同节点力控可相互寻址；

(2)支持多个客户端同时进行访问该组件的服务器；

(3)具备故障恢复功能，通信中断时具备断线缓存功能；

(4)直接将离开区域数据库的数据进行发送，提高系统效率；

(5)第三方程序通过开放协议可以多种网络方式直接访问力控实时数据库。

3.2.3、 生产调度管理

水务生产调度系统的建设要满足企业运营优化管理，节能降耗的要求，因此提供了生产调度管理功能。

水务生产调度系统以数据服务器为核心，通过每日厂级数据汇总，及时下达次日的指标，保证总供水需求平衡，避免浪费或者不足。通过各种图例分析厂级设备耗电与原水消耗的比率，得出综合能耗指标。依靠这些参数生成调度方案，辅助企业对所属区域的供水、水网运行优化调度管理，同时通过网络实现数据共享，将生产调度数据直接用于办公自动化系统，实现“监测、控制、调度、管理”一体化，提高生产效率，提升经济效益。

3.2.4、 远程设备管理

远程设备管理顾名思义就是对设备进行异地管理，包括：对设备运行进行监控，及时发现故障并排除、远程更新设备配置、共享传输资料、安装部署应用软件等内容。

远程设备管理可以分为以下四个层面

• 运行（Operation）——保证设备可以高效可靠的运行。

• 控制（Administrator） ——管理硬件和软件系统的配置信息。

• 维护（Maintance） ——及时发现网络故障，并排除。

• 提供（Provision）——提供硬件和软件的服务。

  
  

通过远程设备管理功能，用户可以在线查看、查询、获取各种模拟设备和开关的最新数据、状况。并可以实现定时监测（水源井数据、管网压力、TOC、COD、PH、流量等一次性仪表在一段时间内，按照固定的周期进行数据采集）。中心控制室可以实时城市水网的瞬时流量和累积流量等数据, 通过远程部署功能可以对监测现场设备进行远程启动、设定工作时间、调整工作周期、数据二次查询等远程操作，并将分析结果和设备运行日志记录于水务集团水务生产调度平台数据中。

3.2.5、 视频监控系统集成

水务生产调度系统需接入视频远程监控系统，对城市供水管网各个重点泵站以及自来水厂等厂区进行实时监视，视频图像信息可实现无延时连续监控、录像和传输，视频图像信息通过公众网光缆路径传输至水务集团信息化平台，并能在统一的监控平台下显示和存储。在调度中心控制室内配备大屏幕显示系统，与信息化平台系统连接，实现数据和视频的任意显示功能（大屏幕显示系统的输入信号：生产数据、实时视频、公众网络图文和音视频信号、VCD、SD卡等各种信号源）。

力控监控组态软件全新的产品推出了视频全集成解决方案，通过一套组件支持海康、大华等主流的视频厂商。同时提供用户集成开发SDK，用户可根据此SDK集成其他厂家的视频设备

• 视频全集成特点

• 高集成性可支持多种视频设备

• 可实现动态资源切换，实现多种厂商视频的平台集成

• 采用了全新的框架技术，能够更好地兼容视频SDK

• 采用统一的界面库及资源，可针对不同厂商形成视频库

• 解决了视频库版本快速升级的兼容问题

3.2.6、 数据与视频采集设备选型

技术规范

CM550遥测终端机集传统遥测终端机功能与3G/4G/5G Ethernet等通信功能于一体，实现水文/水资源/TCP Modbus 等数据的采集、存储、显示、控制、报警及传输等综合功能。

CM550 采用高性能的工业级 32 位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，提供翻斗式雨量计接口、RS232、RS485、以太网、模拟量输入、开关量输入和继电器接口，可满足各种不同水文/水资源及其它应用需求。同时支持才茂网页配置，方便现场调试和参数配置。该产品可广泛适用于水利信息化、灌区信息化、智慧水务、智慧城市项目、地质灾害项目等场景。

（1)应用拓扑

(2)产品特点

工业级应用设计

• 采用高性能工业级无线模块

• 采用高性能工业级 32 位通信处理器

• 支持低功耗模式，包括休眠模式、定时上下线模式

• 采用金属外壳，保护等级 IP30,金属外壳和系统安全隔离，特别适合于工控现场的应用

• 宽电源输入（DC 5~36V）, 电源接口内置反相保护和过压保护

遵循标准

• 水文自动测报系统设备遥测终端机

•  水文自动测报系统设备基本技术条件

• 水文自动测报系统技术规范

• 水资源监测设备技术要求

• 水资源监测设备质量检验

符合规约

• 《水文监测数据通信规约》

• 《水资源监测数据传输规约》

主要功能

• 雨量触发采集

• 定时数据采集、存储及上报

• 预警加报

• 可同时支持多种通讯方式

• 支持4G/5G 采集数据方式

• 支持设备电压监测功能

• 支持图片抓拍功能

• 支持人工置数功能

• 支持本地外接触摸屏显示、配置和调试功能

• 远程查询实时数据及历史数据

• 本地导出历史数据

产品特色

• 一体化设计：集传统遥测终端机功能与 3G/4G/5G/Ethernet传输功能于一体，实现水文/水资源数据的采集、存储、显示、控制、报警及传输等综合功能。

• 工业级设计：宽温设计，耐高低温，耐强电磁干扰。适用于各种恶劣的现场。采用完备的系统保护机制和防掉线机制，保证终端永远在线。

• 接口丰富、标准易用：提供 1 个翻斗式雨量计接口、1 个脉冲计数接口、2 个 RS232 接口、2 个 RS485 接口、4 路模拟量输入接口（16 位 AD、支持 4-20mA 电流或 0-5V 电压信号）、2 路开关量输入接口、2 路开关量输出接口（继电器驱动）。

• 大容量数据存储空间：提供 32MB 的内部 Flash 数据存储空间，可存储 10 年以上的采集数据。

• 多种通信方式：3G/4G/5G /Ethernet 为主传输通道、短信为备份传输通道；

• 低功耗设计：支持多种工作模式（包括自报式、查询式、兼容式等），最大限度降低功耗。

• 本地配置方式：串口配置等方式。

• 远程管理功能：支持远程参数配置（同时支持平台配置方式和短信配置方式）、远程程序升级。提供功能强

稳定可靠

• WDT 看门狗设计，保证系统稳定

• 采用完备的防掉线机制，保证数据终端永远在线

•  RS232/RS485 接口内置 15KV ESD 保护

•  SIM/UIM 卡接口内置 15KV ESD 保护

• 电源接口内置反相保护和过压保护

•  天线接口防雷保护（可选）