二次供水数据监控中心项目技术方案.docx
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二次供水数据监控中心项目技术方案
二次供水数据监控中心项目技术方案
技术方案
1.项目概述
项目背景
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项目现状
公司现有约500套增压设备和约400个泵房，分布在全市340余个小区。
增压设备分两种：
叠压增压泵组和带水箱增压泵组；目前通信方式有两种：
类型1、无水箱设备通讯方式为GPRS/CDMA无线通信；类型2、带水箱设备通讯方式为光纤有线通信；
项目需求
本项目所建平台总体目标用于我公司供水范围的二次供水设备的数据和图像的实时监控。
本次项目工作包括服务器机房及中控室建设（位于水司设备维护中心办公楼内），接入10套二次供水泵房数据（分散于5个住宅区）。
建设好的平台应易于修改，以适应设备、控制原理或二次增压泵站配置的变化。
系统主要包含二次增压设备实时数据、历史数据及曲线查询和报表打印等功能，通过集成、整合、汇总、显示、查询等方式提供二次增压监控必要的数据支撑和辅助分析服务，将有助于提高监控人员对数据的分析能力，进一步规范二次增压设备日常维护各项流程，确保供水系统安全、经济的合理运行。
具体需求如下：
1.设备已安装于各二次增压泵房，按甲方提供的通讯协议1，通过GPRS/CDMA方式接收叠压设备的运行数据至二次供水数据监控中心的前置机，并将接收的数据写入中心数据存储服务器
2.从中心数据存储服务器提取数据并实时在客户端展示各站点数据，软件接入二次供水设备能力大于800套；
3.PLC操作控制前置机：
使用工业组态软件，通过TCP/IP工业以太网协议读取西门子S7_300PLC数据并展示，能对现在增压设备进行控制及参数设置，同时要将数据写入中心数据存储服务器；
4.视频客户端：
显示各二次增压泵站现场图像；
5.前置机和数据库放置在虚拟机中，同时实现协议1、协议2对站点的时钟、时段等设置。
各应用客户端和视频客户端为物理机；
项目建设内容
硬件安装调试主要工作内容
（1）提供系统的二次设计工作（包括系统组成、布置图、设备选型；技术方案设计。
（2）控制中心硬件产品的设备供货、安装、调试。
（参见清单）
（3）项目中所需的辅材（含穿线管、线槽、标牌、线标、热镀锌地桩、电源插座以及清单外所需网线、电源线等）均由承包商提供，且材质需甲方认可。
（4）各种硬件标记、安装、及测试。
（参见清单）
（5）各种电缆（包括光纤、网线、电源线等）的敷设、标记、接线、测试。
（参见清单）
（6）控制中心机柜等的接地防雷系统制作，接地电阻要求≤1欧姆。
客户端数据展示软件应具备的功能
（1）增压泵组的实时数据显示（包括每个增压泵站的进出站压力、泵组的压力、泵组的频率反馈、水箱液位等模拟量，泵组开、关状态、阀门的开、关状态等开关量等），数据应能实时更新；
（2）增压泵组相关故障、超限、停电等状态通过颜色显示表示，严重故障须弹框且语音重点提示,报警记录要方便查询；
（3）提供泵站GIS矢量图定位显示功能。
将各增压泵组重要实时数据显示在某市市电子管网地图上，能任意放大缩小，应能直观展示全市供水系统重要节点运行数据，且系统维护人员应能方便对电子管网地图的维护更新。
（4）操作记录写入日志，便于日后查找；
（5）提供增压泵组的频率、压力等重要参数的设定页面；
（6）系统提供灵活增加增压站点的人机界面；
（7）重要数据形成历史趋势，且便于查询，查询时间不小于1年；
（8）按甲方要求的格式，生成统计数据报表。
报表可自动打印或按需要打印。
报表应以用户编写的程序、系统软件或第三者成套形式打印。
在报表中能够立即打印每天、每星期、每月的报表，报表应包括但不限于以下：
模拟量输出、设备运行时间等，供应商应对提供的信息格式和类别准备提议，这些提议应转交甲方并征得甲方的
同意。
（9）系统的安全应设计成能防止越权存取显示数据和系统功能。
对于多用户系统，应指定具有安全级别的用户名称和口令。
用户名称的保密级别决定了允许操作员存取的显示、允许操作员监视或修改数据和操作员能够使用的功能。
（10）实现各增压泵组的数据和视频监控的联动功能
（11）系统应有一套完整的自诊断功能，可以在运行中自动地诊断出系统的任何一个部件是否出现故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息。
在系统发生故障后，I／O的状态应返回到系统根据工艺要求预设置的状态上，确保设备和生产安全。
（12）具有手机短信报警功能。
前置通讯机程序应具备的功能
（1）根据（协议1）和（协议2）的通讯规约，将各叠压设备的数据通过GPRS/CDMA方式传输至监控中心的所对应的前置机;
（2）将收到的数据写入中心SQL数据存储服务器；
（3）灵活增加、删减增压站点；
设备控制前置机程序应具备的功能
（1）使用工业组态软件，通过TCP/IP工业以太网协议读取西门子S7_300PLC数据并展示；
（2）将收到的数据写入中心SQL数据存储服务器；
（3）灵活增加、删减增压站点；
（4）实现远程控制增压泵房设备和参数设置；
图像监控系统主要工作内容
图像监控计算机安装海康威视图像监控软件，将增压泵房的海康威视硬盘录像机通过网络加入，具有实时浏览、回放、用户权限设置等功能。
项目设计原则
本工程方案设计须遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。
并综合考虑维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。
本系统设计内容是系统的、总体的、完整的、全面的，设计方案具有科学性、合理性、可操作
性。
应具有以下原则：
1）先进性与适用性
设计合理，架构简洁，功能完备，切合实际，能有效控制和提高工作效率，满足动态监控和业务工作的实际需求。
系统的安装调试、软件操作使用又应简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。
2）可靠性与安全性
系统采用成熟的、稳定的、完善技术设备，系统具有一致性、升级能力，能够保证全天候长期稳定运行。
在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一套完整的系统管理策略，系统使用数据库要具备镜像功能，可以保证系统的运行安全。
3）开放性
以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，具有网络通讯口，可实现远程控制。
另外系统平台开发语言须告知甲方，并且提供系统常用功能的源代码。
4）可扩充性
系统设计中应考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能，系统规模和功能易于扩充。
系统中应保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；而且可以方便的迁移到虚拟机（VMWARE）环境下使用，且功能稳定，达到在实体机环境下相同效果。
5）兼容性
所设计的产品（投标产品）必须考虑现有增压泵组目前运行的系统，并与之兼容，同时为未来新建小区增压系统预留接入点，为未来二次增压监控系统的不断扩容提供必要的技术和服务功能。
项目设计依据
设计主要参考以下目前尚在通用的或最新版本的IEC标准和相应的GB标准。
GB/T17544-1998《信息技术软件包质量要求和测试》；
JB/T5243-91《工业控制计算机系统验收大纲》；GB/T8566-2007《信息技术软件生存周期过程》；
GB4943-2001《信息技术设备的安全》；GA308-2001《安全防范系统验收规则》；
GB/T1.1-2000《标准化工作导则第1部分：
标准的结构和编写规则》；GB/T20001.3-2001《标准编写规则第3部分：
信息分类编码》；
GB/T7027-2002《信息分类和编码的基本原则与方法》。
2.二次供水系统平台建设
系统概述
整套系统采用INTOUCH平台开发。
在中控室通过一对I/O服务器完成与各泵站的通信，配置一对冗余的AOS运行各监控对象。
部署1台实时/历史数据库用于存储全部泵站系统中所有关键的对象的信息。
配置1台网页发布服务器，可以将监控画面、实时/历史数据、报表、分析等通过Web服务器发布到公司各职能部门，有授权的客户端可以浏览查询相关的信息。
针对我司二次供水特点，采用多种专业算法，在大量过程数据的基础上进行计算，生成报表。
部署工程师站通过Wonderware开发环境完成对全线的平台模型维护、系统修改和维护；工程师站还可以用于在各站进行调试。
配置操作员站运行InTouch用来完成各泵站的实时监控、远程控制、报警确认、故障分析等。
同时利用WEB浏览系统对实时、历史数据进行详细的查询和分析。
二次加压供水的在线监控主要是实现报警的及时性，通过上位机软件能够及时的发现报警设备的信息及相关的辅助决策信息（建议如何进行操作）。
报警功能根据故障的严重性进行分级报警，报警的方式也是多样性（包括语音提示、短信报警、电话报警等）及可扩展性（根据客户的要求可进行随意的扩展），同时实现对已发生的故障实现直观的事故追忆等功能。
系统应用架构
系统功能模型如下图：
监控系统总体设计思路
泵房设备监控软件平台采用C/S+B/S架构，实现对全市二次加压泵房运行情况安全、高效地实时监控，主要包括实时数据的采集、监测与报警（设定压力、运行压力、电压、电流、泵运行状态、频率、流量、电量、水质、开关、温度、烟感、液位等数据），泵房设备的远控，历史数据的统计分析及报表的打印等功能。
泵房视频监控系统实现视频监控、入侵检测及超限联动报警等功能，由视频摄像机监控泵房运行情况，通过与入侵检测的联动录像，有效提高视频监控资源的利用率。
遥测终端机上海坤讯MOBILERTU-11-GPRS-232在通讯条件满足的情况下，随时可以调整监测数据的发送频率，保证数据传输的实时性。
设备具有严格的数据备份机制，实现手动备份与自动备份，并具有数据恢复
功能。
设备具有严格的安全管理机制，可以根据不同的角色进行不同权限的设
置。
设备支持市面上大部门通信运营商（GPRS、CDMA等）。
具有多种设备厂商（杭开、三利、威派格、荏原等）的通讯接口规范，
保证系统的兼容性与稳定性。
系统采用正版Intouch组态软件，以适应种类繁多的控制设备及监控装置。
完全支持LED大屏的输出显示。
系统数据库支持接入泵房机组设备数量大于1000个。
系统视频监控软件支持接入的泵站视频监控点大于1000点
系统建立3个工程师站分别部署在供水调度中心、泵房运行维护部门，能对所有的泵房泵站状态进行远程干预。
6.1.1、泵房设备采集控制平台
（一）数据流程：
建立3套远程监控控制工作站。
泵房设备采集控制系统由通讯服务程序、数据库、实时监测客户端、WEB浏览系统、移动服务端这五部分组成，其中通信服务程序负责二次供水监控终端的实时监测数据的接收、解析、存储及控制参数的设置；数据库负责数据的实时存储；实时监测客户端主要负责实时监控、报警显示、数据分析及远程控制指令的下达；WEB浏览系统实现WEB数据浏览、报表查询打印；移动服务端实现手机的泵站数据浏览。
（二）实时监测客户端和WEB浏览系统功能列表WEB浏览系统主要为系统管理
人员所用，功能主要有实时数据监控、历史数据查看、统计分析、视频监控、报警查询、系统管理等功能。
实时监测客户端主要为泵房管理人员所用，功能主要有远程控制、实时数据监控、历史数据查看、统计分析、视频监控、报警、系统管理等功能。
1、实时数据监控：
实时监测机泵运行状态，参数值包括：
设定压力、运行压力、电压、电流、泵运行状态、频率、流量、电量、水质、开关、温度、烟感、液位等（如
有这些传感器）。
实时监测数据的显示有三种展示方式：
列表显示、图形显示、站点监控。
（1）列表显示
a.实时数据分类型监控：
可选择显示一类或多种类型的监测数据，如可以选择显示压力数据，也可选择既显示压力数据又显示流量数据，或选择显示所有监测值，每种不同的监测类型都有相应的配置界面，可配置显示顺序、显示的点和不显示的点。
b.实时数据分区域监控：
按通信服务程序中的区域配置，可选择显示某个区域，或全部区域的监测数据，区域选择与按类型选择可同时使用，即可以选择显示某个区域某种类型的监测数据，也可以显示某个区域全部类型的监测数据。
（2）图形显示
可采用地形图或空间方位示意图的方式进行各泵房参数监控。
图形可自由缩放，可显示全区地图，也可显示分区地图。
（3）站点监控
a.显示每个站点的设备运行情况，包括泵的数量及各参数值。
b.按站点切入视频监控播放窗口，可播放站点的实时监控视频。
2、监测曲线的配置与显示
在实时监测的界面上，除了以数值形式展示监测值外，还可以进行监测曲线的展示，曲线的最小数据间隔视数据库存储而定，最大为2个小时。
（1）历史监测曲线：
设定任一时间段及某一监测数据（或多个监测数据），配置数据选取间隔，形成一条或多条历史监测曲线。
（2）实时监测曲线：
显示当天为止选定的在线监测曲线。
（3）以上曲线可设置颜色，以便多条曲线共同显示时进行区分，曲线可支持缩小、放大、移动等操作，鼠标移至曲线上时显示监测值。
3、历史数据查看
（1）日况显示：
a.按站点查询某一天或某几天的历史监测数据，设定某一站点某一天，
显示当天该站点所有监测值。
b.分类查询历史监测值，可以显示单个站点的特定监测值，如把某一天的所有出水压力值显示出来，并可显示最高与最低值、平均值。
查询结果可以设定时间间隔，最小间隔根据数据库存储而定，最大为一个小时，并支持打印及导出到EXCEL表中。
4、统计分析
（1）历史监测数据的统计与分析：
提供压力、液位、电流、频率、瞬时流量、累计流量、余氯、浊度、PH值、泵运行状态、故障报警等值的分析。
分析结果通过表格文字、图形的方式展现。
取值间隔可以灵活设置。
a.对同一站点不同日（月或年）的对比分析。
b.对同一天不同站点（但具有相同的设定参数）的对比分析。
以上分析结果（表格、图形）都可以打印，并导出到EXCEL表中，以供泵房办公分析之用。
5、远程控制
远程控制包括远程启停水泵机组、电动阀及对控制参数的设置。
（1）实现对控制参数的远程设置。
（2）实现开关量的控制：
主要应用于水泵机组启动或急停控制等。
（3）广播校时：
系统监测考虑一个时间统一性，数据库服务器、通信监测主机、现场监控终端都有一个时间同步问题，所有时间都以通讯服务器时间为准。
（4）数据追补：
当泵房站点运行正常的时候，由于通信问题等引起数据库缺少数据记录，系统应具有断缺数据自动追忆、补充功能。
数据追补分为自动补测与人工补测，自动补测是指定时对所有站点的数据进行巡查，有断缺数据时向监控终端补调数据；人工补测指操作人员设定某一站点、某一时间段向监控终端补调以追补数据，数据补调时不影响正常通讯。
6、报警
（1）必须显示的故障报警共分过电压、欠电压、缺相、变频器故障、进水压力低、出水压力低、出水压力高、地面液位高、烟感、泵房温度、设备温度、湿度等几大类。
可以根据各泵站特点精确筛选报警数值，同时应有适当的延迟时间。
（2）报警形式包括字体变色、图标闪动、报警窗口弹出、语音报警等，可根据不同类型不同级别的报警设定报警方式。
字体变色可根据报警类型与级别的不同，监测界面上的监测值显示不同的颜色；图标闪动可根据报警类型与级别的不同，在监测值旁边显示动态图标；报警窗口弹出报警可根据报警类型与级别的不同，在特定窗口显示报警信息，级别高的报警优先排队显示；语音报警可根据报警类型与级别的不同，进行真人语音播报报警内容，如“**点出水压力高于上限0.3”，播报的内容可进行设置。
（3）实现报警信息记录、查询，可以根据设定条件对报警信息进行查询，并可关联查询其它监测值及视频信息。
（4）支持短消息报警。
7、系统管理
（1）系统使用权限管理：
系统用户的添加、删除及修改，通过部门、用户、角色管理，对某一角色指派相应操作权限。
（2）报警设置：
对不同类型报警可以设置不同的报警方式，对模拟量报警可根据分时段分级别的设置报警方式、报警上下值。
（3）系统参数管理：
以数据字典的形式进行配置管理，如部门、用户、区域配置；监测指标、类型等。
（4）数据修复：
对数据库中的异常数据可由人工进行数据修复，系统提供操作界面。
（5）系统日志：
包括对泵房设备进行的远程操作和对系统进行的操作都要进行记录。
网络结构拓
1.二次增压泵房GPRS/CDMA无线传输点（协议1）：
设备已安装于各二次增压泵房，按甲方提供的通讯协议1，通过GPRS/CDMA方式接收叠压设备的运行数据至二次供水数据监控中心的前置机，并将接收的数据写入中心数据存储服务器；；
2.二次增压泵房GPRS/CDMA无线传输点（协议2）：
设备已安装于各二次增压泵房，按甲方提供的通讯协议2，通过GPRS/CDMA方式接收叠压设备的运行数据至二次供水数据监控中心的前置机，并将接收的数据写入中心数据存储服务器；；
3.带水箱二次增压泵房有线VPN传输点：
PLC控制系统已安装于各二次增压泵房，利用VPN拨入客户端连接数据监控中心网络，将增压设备的运行数据传输至二次增压监控中心的PLC设备控制前置机；
通信服务子系统
该子系统主要应用者为系统管理员，用以接收实时数据，并对数据进行解析及存储，主要应包括站点管理、监测参数配置、运行配置。
1、站点管理：
实现二次供水泵站的增加、删除及信息配置。
配置信息包括站点名称、通讯方式、隶属区域等信息。
2、监测参数配置：
实现对二次供水泵站相应参数的配置，如：
水压、液位、水质、频率、水量、电量、温度及开关量数据等。
配置信息包括参数编号、名称、类型、量程、通道号、脉冲量放大倍数、脉冲量底度数等。
除常用的参数外，还需考虑监测参数的扩展，可实现灵活增加。
3、运行配置：
实现通讯服务程序运行参数的配置，包括监测端口、数据库连接配置等。
✧通信程序采用FineCommOPCServer
FineCommOPCServer是一个通用的报文解析OPCServer。
系统接收下位机数据后提供OPCServer服务。
用以接收实时数据，并对数据进行解析及存储，主要应包括站点管理、监测参数配置、运行配置。
∙系统支持自定议协和协议的二次开发功能。
∙支持历史数据保存。
∙支持UDP、TCP、串口、短信等多种通信方式。
∙支持OPC1.0和OPC2.0标准。
∙站点管理：
实现PLC站点的增加、删除及信息配置。
配置信息包括站点名称、通讯方式、隶属区域等信息。
∙监测参数配置：
实现对PLC站点相应参数的配置，如：
水压、液位、水质、频率、水量、电量、温度及开关量数据等。
配置信息包括参数编号、名称、参数类型、量程、通道号、脉冲量放大倍数、脉冲量底度数等。
除常用的参数外，还需考虑监测参数的扩展，可实现灵活增加。
∙运行配置：
实现通讯服务程序运行参数的配置，包括监测端口、数据库连接配置等。
1.I/O系统采用DeviceIntegrationServer
与现场设备的通讯是实时信息管理的关键。
Wonderware能够为工业自动化和信息设备的通讯提供最多的选择。
Wonderware公司为数以百计的控制系统提供了通讯软件，如PLCs,RTUs,DCSs，流量控制器，回路控制器，仪表，条形码阅读器和其他硬件设备。
Wonderware公司还充分利用开放的OPC技术，以我们的产品作为一个OPC客户端，通过OPC方式对外提供数据，还有多种方法连接到任何第三方OPC服务器。
主要亮点
与设备通讯管理相分离的应用程序代码--可以方便地管理和更新；
采取了平面非结构式设备结构，可以更容易地组合和管理分布式的系统；采用单独的通信路径，使他们可以在全球任何地方应用；
应用程序可以有不同的命名和不同的通讯方式，也可以在任何机器上重用；支持OPC标准技术。
支持在线增减及配置站点。
主要功能
创建的应用程序可以在运行时与PLC/DCS/RTU的地址自动绑定；可以为任何PLC/DCS/RTU制造商创建带有名称转换功能的模板；可以为不同类型的PLC/DCS/RTU创建通用的SCADA和HMI应用；支持OPC标准技术。
2.采用本公司自主研发的FineCommOPCServer进行I/O服务器功能扩展
FineCommOPCServer是一个通用的报文解析OPCServer。
系统接收下位机数据后提供OPCServer服务。
用以接收实时数据，并对数据进行解析及存储，主要应包括站点管理、监测参数配置、运行配置。
l系统支持自定议协和协议的二次开发功能。
l支持历史数据保存。
l支持UDP、TCP、串口、短信等多种通信方式。
l支持OPC1.0和OPC2.0标准。
l站点管理：
实现PLC站点的增加、删除及信息配置。
配置信息包括站点名称、通讯方式、隶属区域等信息。
l监测参数配置：
实现对PLC站点相应参数的配置，如：
水压、液位、水质、频率、水量、电量、温度及开关量数据等。
配置信息包括参数编号、名称、参数类型、量程、通道号、脉冲量放大倍数、脉冲量底度数等。
除常用的参数外，还需考虑监测参数的扩展，可实现灵活增加。
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运行配置：
实现通讯服务程序运行参数的配置，包括监测端口、数据库连接配置等。
实时监控子系统
在此二次加压泵房监控系统中，采用了InTouchHMI开发组件，采用分布式网络结构所有系统均通过以太网连接，实时监测机泵运行状态，参数值包括：
设定压力、运行压力、电压、电流、泵运行状态、频率、流量、电量、水质、开关、温度、烟感、液位等，还可根据实际需要监测减压阀压力值。
实时监测数据的显示有多种展示方式如：
列表显示、图形显示、站点监控等。
同时可以实时/历史趋势查询、实时报警和历史报警查询功能。
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