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力控科技

管控一体化解决之道

业务与行业

城市供水生产调度系统



一、方案概述


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,?#24405;?#26415;的不断涌现推动着中国水工业自动化、信息化的不断深入。

城市供水生产调度系统一般包括供水总公司,水厂监控站,水源井监控站,水网加压站等。自来水的生产过程通常是由地表水或者水源井取水送到水厂,在水厂经过消毒、沉淀、过滤等过程后送入城市供水管网,提供给城市?#29992;?#25110;者工业用户等使用。


二、系统建设?#35757;?/span>  


目前,许多城市的供水系统是以地下水为主要水源、多水厂处理的环状管网的供水系统,并且存在多个独立供水板块,系统分布区域范围大,供水公司的全?#20013;?#31649;理和实时监控相对困难。大部分城市已经建立的供水监控系统主要存在以?#24405;?#20010;问题:

1. 供水管网压力不稳定、通讯方式落后、系统相对封闭、?#25381;?#24314;立?#34892;?#30340;企业信息共享系统。大多数水厂的供水SCADA系统采用传统的相?#36828;?#31435;的C/S模式,远程站点采用电台传递供水管网的相关数据和指令,不利于供水公司的集中管理和优化调度以及水厂之间的信息共享。

2. 部分二级水厂的自来水生产监控系统的自动化程度?#31995;停?#27700;处理系统的可靠性较差,外输供水采用落后的人工控?#21697;?#24335;,浪费了大量的人力和物力,而?#19994;?#33268;管网压力不稳定,供水公司无法及?#21464;?#35272;水厂的生产数据。

3. 部分水厂的供水监控系统的冗余性不高,操作模式过于单一,经常由于一台设备的故障,而导致整个水厂供水监控系统的瘫痪,造成严重的经济损失。

4. 系统依靠调度人员人工发出指令?#35789;?#29616;优化调度,浪费大量的人力物力,调度人员则完全依靠个?#21496;?#39564;进行调度。因此,当系统出现故障?#20445;?#35843;度人员很难及时发现和处理。


三、系统架构

力控供水生产调度系统分为两级:水务调度?#34892;?#21450;水厂分控?#34892;摹?/span>



四、系统功能

4.1 生产实时监控

通过直观的动态画面表达实时供水动态、设备运行状况、水处理工艺流程画面、显示供水公司水流方向等流程画面。通过分布广泛的压力监测点可在现场工艺流程动态监控画面中全面反映出城市水网的压力分布,和因需水量变化等多种扰动因素造成的官网压力变动,通过实时画面能及时准确的掌握城市供水状态。





逼真的3D图形显示功能以及画面渲染效果,以美观、友好的界面显示设备运行状态、流量、水位、COD等数据,并以仿真图、直方图和曲线图、棒图等多种方式清晰直观的显示各个敏感数据,方便用户对各敏感数据进行历史查询和对比分析。




4.2 趋势显示与查询

实时趋势:系统可以生成实时趋势图,用于分析模拟量参数(如流量、温度、压力等)的变化趋势,以更好地让操作人?#38381;?#25569;系统参数的变化趋势,使系统保持最佳运行。

历史趋势:根据用户的需要我们可以将相关的监控点数据生成历史趋势图。通过历史趋势,用户可以查看以前特定某?#21361;?#28857;)时间的历史图形记录,可以查找故障发生的时间,变化趋势,从而?#39029;?#31995;统的故障原因。

这些信息还可通过WEB服务器发布,供联网的?#31361;?#31471;浏览。



4.3 生产报表管理

系统可自动采集,统?#21697;?#26512;报表自动生成,预置流程数据报送,同时可根据使用者要求进行生产报表报送流程自定义,可根据用户权限随时进行?#25105;?#26684;式数据报表导出,为管理决策随时提供第一手资料,同时极大缓解人力劳动,减少企业人力成本。

报表格式可以根据生产的?#23548;?#35201;求,通过监控软件与EXCEL电子表格的动态链接,?#25105;?#23450;义各类表格及其格式,如班报表、日报表、月统计表,甚至年统计表等等。并且可以统计每一个报表的最大、最小值,做出相应的棒图、趋势图、X-bar图等数据分析方案,使整个管网运行、设备优化和企业管理进入全面量化控制过程。利用定时打印设置功能,可以设置定时自动打印各类报表,?#37096;?#20197;根据需要人工干预,随时打印所需报表。




4.4 报警与?#24405;?#31649;理


对于监控站的设备或系统部件故障报警、诊断报警等,管理软件能自动处理。对工?#23637;?#31243;报警管理软件进行报警组态后自动处理。系统对?#25105;?#25253;警可以用监控站内?#32654;?#21485;发出声报警,?#37096;?#20197;用将重要参数报警组态为报警出?#36136;?#36755;出到某个数字量输出点,以驱动外接音响。对于每个报警可以组态为报警发生时系统自动切换至报警参数所在画面,同时在报警提示行以醒目的颜色显示报警信息。

每个报警可以组态是否需要打印及打印风格,工作站上显示的报警处均带有?#25484;?#21644;时间,同时对报警参数?#25351;?#30340;?#25484;?#21644;时间同样进行显示和记录。



4.5 生产调度管理

调度?#34892;?#20449;息化平台,通过每日厂级数据汇总,及时下达?#31283;?#30340;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?#31354;?#20123;参数生成调度方案,辅助企业?#36816;?#23646;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。




4.6 污染?#24405;?#39044;警与应急管理

水务集团信息化平台具备完善的污染?#24405;?#39044;警与应急管理机制,结合水网GIS地理信息管理系统,以供水管网,排放流域的空间数据和属性数据为核心,配合先进的计算机软件技术、通信技术、图形处理技术等建立起及时稳定的报警应急管理系统。当某流域发生排放污染?#24405;保?#36890;过大屏幕显示、声光信号等方式及时将污染?#24405;?#31532;一时间展现,并且可通过GIS地理信息系统,给出具体污染地段区域画面,及时通告相关部门采取措施。并且通过与调度系统的?#28044;冢源?#37327;数据为基础,对水质数据进行统?#21697;?#26512;,为水污染?#24405;?#25552;供处理决策支持,保障市民的用水安全。



水污染应急与预警系统中视频系统与GIS地理信息系统深度结合,空间定位利用GIS的管理空间数据的功能,将分布在不同监测河流?#31995;?#30417;测断面监测点或采样点在系统上进行空间显示定位。同时会通过视频画面将污染监测点的实时视频画面显示在调度?#34892;?#22823;屏幕上。


4.7 能耗成本管理

智能抽取各类与能耗成本的相关的生产运行数据,进行统计汇总,实时生成各类能耗成本指标,使能耗成本的管理快捷、准确、高效。



五、系统产品设计

根据系统设计软件由以下产品组成:SCADA平台软件、企业级实时历史数据库、计算引擎软件、报警管理软件、关系数据库软件、计算服务器、GIS平台软件、Web服务器软件、安全防护软件及相关应用软件组成。软件系统选型采用力控ForceCon一体化集成平台,该平台产品覆盖整个工业信息化领域,通过分布式实时数据库的特点实现系统间的高效集成、级联及扩容,可为企业用户提供一个快速/高效的平台产品,满足各种工业信息化企业需求。

平台产品以“分布式实时数据库”为核心搭建力控家族“工业控制消息总线?#20445;?#24182;支持集成面向服务(SOA)系统架构的“信息服务总线”。消息总线?#22836;?#21153;总线提供可靠通用的信息交互机制和广域服务机制,实现整个系统间的安全高效的数据通信和应用集成。贯穿整个企业信息化业务,可以自由构建不同规模的应用,实?#25191;?#24213;层工业现场控制(小?#32479;?#31449;系统、?#24230;?#24335;HMI)、到生产调度指挥管理(SCADA)及上层信息化管理(MES、ERP)的融合。

平台产品软件架构图如下?#24471;鰨?/span>


5.1 SCADA平台软件eForceConV5.0

  本系统SCADA采用力控SCADA平台软件eForceCon V5.0,该平台是以分布式区域实时数据库为核心,分布式实时数据库技术可以保证生产数据精确输出并完成可视化,实时数据库无限的分层结构可使大型企业信息尽收眼底。力控SCADA平台组态软件具有灵活的系统应用架构,可以自由构建不同规模的应用,满足用户对企业信息化的多样性要求,用户在此基础上可以灵活的构建适合企业应用的解决方案。

eForceCon具备分布式的数据源管理模式,可视化人机交互界面无需编程,直?#27833;?#36807;远程数据源的组态方式就能与远程数据库进行信息交互,完成生产监控、查询、曲线分析等各项功能。

SCADA平台功能特性如下?#24471;鰨?/span>

-支持以分布式实时数据库为系统核心的一体化软件平台,具备开放、集成、面向对象的开发环?#24120;?#31995;统开发人员可方便使用。

-支持?#31361;?#31471;/服务器(C/S)和B/S(“瘦”网络?#31361;?#31471;)架构,不同网络节点以分布式的数据源管理方式来进行信息交互。

-具备软冗余、硬冗余及双工热备冗余模式。

-具备稳定、灵活架构及扩展能力,可支持超过万点的通讯点数,灵活可靠,易于扩展?#31361;?#31471;的添加?#25381;?#21709;整体系统的性能,

-具?#22411;?#25972;的报警管理能力支持ISA18.2的报警标准,可支持多级报警管理、声光等报警输出以及参数在线调整等功能。

-提供部署服务器,可管理、编辑、监控远程节点工程及平台状态。

-可提供编程语言供用户使用,支持用户自定义函数的开发。

-支持用户自定义功能和二次开发组件,可以集成第三方插件及可执行程序。

-支?#25191;?#20998;辨率的窗口图形显示,提供基于面向对象的模板化的可视化开发工具。

-支持将C/S?#31361;?#31471;完整发布到Web上,Web容器支持第三方插件发布。

-软件开发出的工程应具备项目文件备份功能,并且应支持工程文件口令保护。

-支?#36136;?#29992;用户,权限,优?#29123;叮?#23433;全区的方式为用户提供安全验证。

5.2 企业级实时历史数据库pSpace6.1

本系统需要记录大量的具有时间特征的监控数据,针对数据的读取、归档、查询?#22836;?#26512;做综合展示,本项目采用不?#35272;?#20110;任何关系数据库的实时历史数据库软件。企业级实时历史数据库软件运行于数据库服务器,数据库服务器可根据要求设定集群冗余(?#25490;?#38453;列),实时历史库软件支持集群冗余方式。

实时数据库系统软件实?#36136;?#26102;采集生产过程装置数据并连续进行存储并统计,数据在存储?#22791;?#25454;每个数据点设定的压缩比参数进行存储。该软件可对(系统项目)实现网络化的生产监视和数据分析,使(系统项目)能够实时掌握下属生产企业的安全生产状况。

力控企业级实时数据库pSpace是一个高性能、高吞吐能力、可靠性强、跨平台的实时/历史数据库系统,可以用于采集、压缩、存储、加工、分析?#28909;?#20309;带有时间特性的生产信息,pSpace提供全系列的工业通讯?#28044;?#21450;ERP业务?#28044;冢?#23454;现生产监控到调度管理的完美整合。能极大地提高企业的智能化及决策的精度和速度。


  

   多平台的支持能力可运行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多种Linux操作系统。

企业级实时历史数据库pSpace产品特性与指标

支持在线连续存储,并达到30万条记录/秒的存储速度。

企业级实时历史数据库单台服务器应可以支持100万点的数据点。

数据压缩率可高达40:150:1);

数据库单?#31361;?#31471;单点查询速度20万条记录/秒。

实时历史数据库1000个?#31361;?#31471;并发查询,每秒应可达2万条记录。

实时库应稳定支持256?#31361;?#31471;并发查询。

5.3工业报警管理平台FAlarm

力控工业智能报警平台FAlarm可适用于多层监控系统的报警集中管理,采集模块负责报警的采集可支?#25351;?#31867;SCADA、DCS、关系数据库等报警数据的接入,支持基于标准OPCAE、OPCUA的报警数据采集。?#34892;?#27169;块负责报警的处理、存储、发布、显示等功能,提供直观的报警查询分析功能,?#34892;?#30340;提供报警管理的改进方案,辅助企业实现自底层现场到生产调度的报警集中管理。


      ■ 报警系统设计

强大的分布式报警、?#24405;?#22788;理,支持ISA18.2标准,可以单独设立报警服务器,独立管理报警的通知与存储。

采用树形结构的区域报警和报警组对象的组合管理方式,支持精?#33539;?#20301;报警信息,方便查找与管理;

?#31361;?#31471;能显示和确认来自分布式网络上任何服务器?#31995;?#23454;时报警;

支持网络报警及操作?#24405;?#30340;数据断线存储,并具备自动?#25351;?#21151;能;

支持工业现场报警“雪崩”处理,方便响应大型系统异常及紧急情况;

支?#26234;?#19975;条级别报警记录存储,并方便网络查询;

支持报警处置与评论,并可根据业务形成报警知识库

支?#25351;?#36798;10个条件报警判断(H5、H4、H3、HH、HI、LO、LL、L3、L4、L5);

支持的报警类型有限值报警,偏差报警,变化率报警,开关量报警。可设置十种限值报警,报警支持1-9999种优?#29123;叮?#25253;警可分0-99组,每个报警点可设置最多10个报警标签。


      ■ 报警显示与查询

可视化报警的管理组件接收发生的报警信息,?#23665;?#21457;生报警的点,数值,报警类型等信息及时输出,主要功能包括:

     支?#36136;?#29616;对测点、区域、类型、级别的统计查询,用户可根据查询条件设定统计规则,内?#23186;?#26412;函数?#37096;?#23454;现统计查询功能。

支持自定义的报警显示扩展与调整,按照报警类别、时间、标签可方便分类,支持脚本在后台动态控制。

根据?#25105;?#25968;据项作为索引来过滤?#22836;?#31867;报警信息,可查询?#25105;?#21333;元、?#25105;?#26102;间段内、?#25105;?#25253;警级别和类别的历史报警信息的检索。

支持查询窗口带?#24515;?#32622;滚动条、可调大小的显示?#23567;?#22810;项报警选择、更新的状态栏、动态显示类型以及报警优?#29123;断?#31034;颜色。

支?#25351;?#25454;用户需求设定,能够实现按照发生时间、报警?#29123;?#30340;顺序自上而下显示。

支持用颜色变化、声音、?#20102;?#21306;别,每一种级别的报警都可设定指定颜色界面和声音提示,报警声音可根据需要进行调节和屏蔽。



■  报警输出

报警通知支持多媒体语音、视频、文?#23621;?#38899;转换、邮件和短信等实时方式的报警通知与输出。

支持将报警信息转储到第三方数据库系统,提供对外的报警查询?#28044;冢?#26041;便与第三方软件进行调用。



5.4 智能生产信息门户集成平台FinforWorx

系统采用力控智能生产信息门户集成平台FinforWorx搭建企业的管理平台,该平台为企业提供生产动态管理驾驶舱、实时决策调度、设备动态管理、生产预警、能源管理等生产应用来?#20013;?#19981;?#31995;?#25913;善生产过程,?#28304;?#21040;改善企业生产管理的目的。

       力控智能生产信息门户集成平台完全是模块化设计,提供基础的工厂数据建模和各类丰富的分析组件,该平台可分为采集层、数据层、web服务层、web前端等,从而为企业智能制造的动态生产管理提供数据分析、诊断、展示的门户平台。针对节能降耗领域的管控?#34892;?#24314;设可提供横向和纵向能源分析、能源诊断、能源审?#21860;?#33021;源设备诊?#31995;?#31649;理功能。




智能生产信息门户集成平台功能包括:
生产设备管理:包括:生产装置管理、设备台账管理、设备运行管理、设备维护管理等。

计?#31185;?#20855;管理:包括:计?#31185;?#20855;台账、计?#31185;?#20855;检定管理等。

生产计划管理:包括:产品产能管理、计划排产管理等。

生产报表管理:包括:生产报表模板、生产日报、月报、季报、年报、生产完成情况统计报表等。

生产调度管理:包括:生产异常情况管理、交接班日志管理、调度日志管理等。

能源管理:包括:能源计量设备管理、能源计划、?#23548;ā?#25104;本,及能源统?#21697;?#26512;等。

生产过程监控,包括:生产工艺流程图、能流图等。

关键的绩效指标KPI展示、统计过程控?#21697;?#26512;SPC等

       设备运行效率OEE管理等




5.5 生产调度计算平台Fycber

本系统需要通过实时历史数据库及计算引擎可实现系统的生产调度分析(如排程、预测等)。通过力控实时历史数据库提供的海量数据源与计算引擎的多种优化算法相结合,能够实现在线优化全厂过程自动化系统,保证全厂装置在?#23548;?#29983;产过程中达到优化调度、节能降耗的作用。




力控计算引擎Fcyber基于node.js脚本引擎结合灵活的编程语言,实现海量数据的统?#21697;?#26512;、关系数据库交互以及第三方用户自定义库封装调用等功能。结合力控企业级实时历史数据库pSpace、以及离线仿真平台,可实?#25191;?#37319;集、数据处理、数据模型建立、控制策略到全厂综合自动化在线优化,进而?#23665;?#20225;业领导者的经营决策、生产管理和调度信息落实至全厂装置的?#23548;?#29983;产过程中,达到统?#21697;?#26512;、优化调度、节能降耗的作用。



计算引擎功能?#24471;鰨?/span>

 工程管理

支持工程任务的创建、?#22659;?#20462;改

支持配置多任务,支持多任务的并行执行

支持工程备份、导入/导出

支持工程?#29992;?/span>

 任务管理

支持任务的编辑、调试

支持模板功能

任务运行状态、结果监控

 脚?#39048;?#36753;器

支持js脚本

支?#25351;?#21046;、?#31243;?#25764;销

支?#25351;?#20142;、语法检测、提示联想

支持任务代码配置调试、运行调试

 函数

支持pSpace函数

支?#25351;?#31867;关系数据库操作函数

支持自定义函数

支持第三方算法调用

Node.js原生支持函数

5.6 工业安全隔离网关pSafetyLink

为了防范黑客及恶意代码等对底层生产网络的攻击侵害及由此引发的生产事故,保障生产系统的安全稳定运行,需要建立生产系统安全防护体系,系统安全防护工作应当坚持安全?#26234;?#32593;络专用、横向隔离、纵向?#29616;?#30340;原则,保?#31995;?#23618;生产系统的安全。因此在保障生产系统的可靠和安全运行上,提供两款工业级防护产品以供?#31361;?#26681;据现场?#23548;是?#20917;选择,一?#36136;?#21033;用工业网络安全防护装置的双系统,单项隔离传输功能,将病毒及网络恶意行为彻底隔离在外网,做到最大限度的安全防护。另一?#36136;?#20351;用白名单的默认禁止机制,为网络进行逻辑的边界隔离。

力控pSafetyLink是专为工业网络应用设计的防护设施,用于解决工业SCADA控制网络如何安全接入信息网络(外网)的问题。它与防火墙等网络安全设备本质不同的地方是它阻断网络的直接连接,只完成特定工业应用数据的交换。由于?#25381;?#20102;网络的连接,攻击就?#25381;?#20102;载体,如同网络的“物理隔离”。由于目前的安全技术,无论防火墙、UTM等防护系统都不能保证攻击的一定阻断,入侵检测?#29123;?#25511;系统也不能保证入侵行为完全捕获,所以最安全的方式就是物理的分开。



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