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                        力控科技

                        管控一體化解決之道

                        城市供水生產調度系統

                        方案概述

                        近年來隨著中國經濟的繁榮,水工業,包括工業制水、工業污水處理、市政給排水、建筑給排水、水文水利、農村直飲水、節水灌溉、水質檢測等領域工程及配套設施的建設蓬勃發展,新技術的不斷涌現推動著中國水工業自動化、信息化的不斷深入。

                        城市供水生產調度系統一般包括供水總公司,水廠監控站,水源井監控站,水網加壓站等。自來水的生產過程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠,在水廠經過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網,提供給城市居民或者工業用戶等使用。

                        系統建設難點

                        目前,許多城市的供水系統是以地下水為主要水源、多水廠處理的環狀管網的供水系統,并且存在多個獨立供水板塊,系統分布區域范圍大,供水公司的全局性管理和實時監控相對困難。大部分城市已經建立的供水監控系統主要存在以下幾個問題:

                        1. 供水管網壓力不穩定、通訊方式落后、系統相對封閉、沒有建立有效的企業信息共享系統。大多數水廠的供水SCADA系統采用傳統的相對獨立的C/S模式,遠程站點采用電臺傳遞供水管網的相關數據和指令,不利于供水公司的集中管理和優化調度以及水廠之間的信息共享。

                        2. 部分二級水廠的自來水生產監控系統的自動化程度較低,水處理系統的可靠性較差,外輸供水采用落后的人工控制方式,浪費了大量的人力和物力,而且導致管網壓力不穩定,供水公司無法及時瀏覽水廠的生產數據。

                        3. 部分水廠的供水監控系統的冗余性不高,操作模式過于單一,經常由于一臺設備的故障,而導致整個水廠供水監控系統的癱瘓,造成嚴重的經濟損失。

                        4. 系統依靠調度人員人工發出指令來實現優化調度,浪費大量的人力物力,調度人員則完全依靠個人經驗進行調度。因此,當系統出現故障時,調度人員很難及時發現和處理。

                        系統架構

                        力控供水生產調度系統分為兩級:水務調度中心及水廠分控中心。

                        系統功能

                        4.1 生產實時監控

                        通過直觀的動態畫面表達實時供水動態、設備運行狀況、水處理工藝流程畫面、顯示供水公司水流方向等流程畫面。通過分布廣泛的壓力監測點可在現場工藝流程動態監控畫面中全面反映出城市水網的壓力分布,和因需水量變化等多種擾動因素造成的官網壓力變動,通過實時畫面能及時準確的掌握城市供水狀態。

                        逼真的3D圖形顯示功能以及畫面渲染效果,以美觀、友好的界面顯示設備運行狀態、流量、水位、COD等數據,并以仿真圖、直方圖和曲線圖、棒圖等多種方式清晰直觀的顯示各個敏感數據,方便用戶對各敏感數據進行歷史查詢和對比分析。

                        4.2 趨勢顯示與查詢

                        實時趨勢:系統可以生成實時趨勢圖,用于分析模擬量參數(如流量、溫度、壓力等)的變化趨勢,以更好地讓操作人員掌握系統參數的變化趨勢,使系統保持最佳運行。

                        歷史趨勢:根據用戶的需要我們可以將相關的監控點數據生成歷史趨勢圖。通過歷史趨勢,用戶可以查看以前特定某段(點)時間的歷史圖形記錄,可以查找故障發生的時間,變化趨勢,從而找出系統的故障原因。

                        這些信息還可通過WEB服務器發布,供聯網的客戶端瀏覽。

                        4.3 生產報表管理

                        系統可自動采集,統計分析報表自動生成,預置流程數據報送,同時可根據使用者要求進行生產報表報送流程自定義,可根據用戶權限隨時進行任意格式數據報表導出,為管理決策隨時提供第一手資料,同時極大緩解人力勞動,減少企業人力成本。

                        報表格式可以根據生產的實際要求,通過監控軟件與EXCEL電子表格的動態鏈接,任意定義各類表格及其格式,如班報表、日報表、月統計表,甚至年統計表等等。并且可以統計每一個報表的最大、最小值,做出相應的棒圖、趨勢圖、X-bar圖等數據分析方案,使整個管網運行、設備優化和企業管理進入全面量化控制過程。利用定時打印設置功能,可以設置定時自動打印各類報表,也可以根據需要人工干預,隨時打印所需報表。

                        4.4 報警與事件管理

                        對于監控站的設備或系統部件故障報警、診斷報警等,管理軟件能自動處理。對工藝過程報警管理軟件進行報警組態后自動處理。系統對任一報警可以用監控站內置喇叭發出聲報警,也可以用將重要參數報警組態為報警出現時輸出到某個數字量輸出點,以驅動外接音響。對于每個報警可以組態為報警發生時系統自動切換至報警參數所在畫面,同時在報警提示行以醒目的顏色顯示報警信息。

                        每個報警可以組態是否需要打印及打印風格,工作站上顯示的報警處均帶有日期和時間,同時對報警參數恢復的日期和時間同樣進行顯示和記錄。

                        4.5 生產調度管理

                        調度中心信息化平臺,通過每日廠級數據匯總,及時下達次日的指標,保證總供水需求平衡,避免浪費或者不足。通過各種圖例分析廠級設備耗電與原水消耗的比率,得出綜合能耗指標。依靠這些參數生成調度方案,輔助企業對所屬區域的供水、水網運行優化調度管理,同時通過網絡實現數據共享,將生產調度數據直接用于辦公自動化系統,實現監測、控制、調度、管理一體化,提高生產效率,提升經濟效益。

                        4.6 污染事件預警與應急管理

                        水務集團信息化平臺具備完善的污染事件預警與應急管理機制,結合水網GIS地理信息管理系統,以供水管網,排放流域的空間數據和屬性數據為核心,配合先進的計算機軟件技術、通信技術、圖形處理技術等建立起及時穩定的報警應急管理系統。當某流域發生排放污染事件時,通過大屏幕顯示、聲光信號等方式及時將污染事件第一時間展現,并且可通過GIS地理信息系統,給出具體污染地段區域畫面,及時通告相關部門采取措施。并且通過與調度系統的接口,以大量數據為基礎,對水質數據進行統計分析,為水污染事件提供處理決策支持,保障市民的用水安全。

                        水污染應急與預警系統中視頻系統與GIS地理信息系統深度結合,空間定位利用GIS的管理空間數據的功能,將分布在不同監測河流上的監測斷面監測點或采樣點在系統上進行空間顯示定位。同時會通過視頻畫面將污染監測點的實時視頻畫面顯示在調度中心大屏幕上。

                        4.7 能耗成本管理

                        智能抽取各類與能耗成本的相關的生產運行數據,進行統計匯總,實時生成各類能耗成本指標,使能耗成本的管理快捷、準確、高效。

                        5 系統產品設計

                        根據系統設計軟件由以下產品組成:SCADA平臺軟件、企業級實時歷史數據庫、計算引擎軟件、報警管理軟件、關系數據庫軟件、計算服務器、GIS平臺軟件、Web服務器軟件、安全防護軟件及相關應用軟件組成。軟件系統選型采用力控ForceCon一體化集成平臺,該平臺產品覆蓋整個工業信息化領域,通過分布式實時數據庫的特點實現系統間的高效集成、級聯及擴容,可為企業用戶提供一個快速/高效的平臺產品,滿足各種工業信息化企業需求。

                        平臺產品以“分布式實時數據庫”為核心搭建力控家族“工業控制消息總線”,并支持集成面向服務(SOA)系統架構的“信息服務總線”。消息總線和服務總線提供可靠通用的信息交互機制和廣域服務機制,實現整個系統間的安全高效的數據通信和應用集成。貫穿整個企業信息化業務,可以自由構建不同規模的應用,實現從底層工業現場控制(小型場站系統、嵌入式HMI)、到生產調度指揮管理(SCADA)及上層信息化管理(MES、ERP)的融合。

                        平臺產品軟件架構圖如下說明:

                        5.1 SCADA平臺軟件eForceConV5.0

                          本系統SCADA采用力控SCADA平臺軟件eForceCon V5.0,該平臺是以分布式區域實時數據庫為核心,分布式實時數據庫技術可以保證生產數據精確輸出并完成可視化,實時數據庫無限的分層結構可使大型企業信息盡收眼底。力控SCADA平臺組態軟件具有靈活的系統應用架構,可以自由構建不同規模的應用,滿足用戶對企業信息化的多樣性要求,用戶在此基礎上可以靈活的構建適合企業應用的解決方案。

                        eForceCon具備分布式的數據源管理模式,可視化人機交互界面無需編程,直接通過遠程數據源的組態方式就能與遠程數據庫進行信息交互,完成生產監控、查詢、曲線分析等各項功能。

                        SCADA平臺功能特性如下說明:

                        -支持以分布式實時數據庫為系統核心的一體化軟件平臺,具備開放、集成、面向對象的開發環境,系統開發人員可方便使用。

                        -支持客戶端/服務器(C/S)和B/S(“瘦”網絡客戶端)架構,不同網絡節點以分布式的數據源管理方式來進行信息交互。

                        -具備軟冗余、硬冗余及雙工熱備冗余模式。

                        -具備穩定、靈活架構及擴展能力,可支持超過萬點的通訊點數,靈活可靠,易于擴展客戶端的添加不影響整體系統的性能,

                        -具有完整的報警管理能力支持ISA18.2的報警標準,可支持多級報警管理、聲光等報警輸出以及參數在線調整等功能。

                        -提供部署服務器,可管理、編輯、監控遠程節點工程及平臺狀態。

                        -可提供編程語言供用戶使用,支持用戶自定義函數的開發。

                        -支持用戶自定義功能和二次開發組件,可以集成第三方插件及可執行程序。

                        -支持大分辨率的窗口圖形顯示,提供基于面向對象的模板化的可視化開發工具。

                        -支持將C/S客戶端完整發布到Web上,Web容器支持第三方插件發布。

                        -軟件開發出的工程應具備項目文件備份功能,并且應支持工程文件口令保護。

                        -支持使用用戶,權限,優先級,安全區的方式為用戶提供安全驗證。

                        5.2 企業級實時歷史數據庫pSpace6.1

                        本系統需要記錄大量的具有時間特征的監控數據,針對數據的讀取、歸檔、查詢和分析做綜合展示,本項目采用不依賴于任何關系數據庫的實時歷史數據庫軟件。企業級實時歷史數據庫軟件運行于數據庫服務器,數據庫服務器可根據要求設定集群冗余(磁盤陣列),實時歷史庫軟件支持集群冗余方式。

                        實時數據庫系統軟件實現實時采集生產過程裝置數據并連續進行存儲并統計,數據在存儲時根據每個數據點設定的壓縮比參數進行存儲。該軟件可對(系統項目)實現網絡化的生產監視和數據分析,使(系統項目)能夠實時掌握下屬生產企業的安全生產狀況。

                        力控企業級實時數據庫pSpace是一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統,可以用于采集、壓縮、存儲、加工、分析等任何帶有時間特性的生產信息,pSpace提供全系列的工業通訊接口及ERP業務接口,實現生產監控到調度管理的完美整合。能極大地提高企業的智能化及決策的精度和速度。

                             多平臺的支持能力可運行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多種Linux操作系統。

                        企業級實時歷史數據庫pSpace產品特性與指標

                        支持在線連續存儲,并達到30萬條記錄/秒的存儲速度。

                        企業級實時歷史數據庫單臺服務器應可以支持100萬點的數據點。

                        數據壓縮率可高達40:150:1);

                        數據庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒。

                        實時歷史數據庫1000個客戶端并發查詢,每秒應可達2萬條記錄。

                        實時庫應穩定支持256客戶端并發查詢。

                        5.3工業報警管理平臺FAlarm

                        力控工業智能報警平臺FAlarm可適用于多層監控系統的報警集中管理,采集模塊負責報警的采集可支持各類SCADA、DCS、關系數據庫等報警數據的接入,支持基于標準OPCAE、OPCUA的報警數據采集。中心模塊負責報警的處理、存儲、發布、顯示等功能,提供直觀的報警查詢分析功能,有效的提供報警管理的改進方案,輔助企業實現自底層現場到生產調度的報警集中管理。

                              ■ 報警系統設計

                        強大的分布式報警、事件處理,支持ISA18.2標準,可以單獨設立報警服務器,獨立管理報警的通知與存儲。

                        采用樹形結構的區域報警和報警組對象的組合管理方式,支持精確定位報警信息,方便查找與管理;

                        客戶端能顯示和確認來自分布式網絡上任何服務器上的實時報警;

                        支持網絡報警及操作事件的數據斷線存儲,并具備自動恢復功能;

                        支持工業現場報警“雪崩”處理,方便響應大型系統異常及緊急情況;

                        支持千萬條級別報警記錄存儲,并方便網絡查詢;

                        支持報警處置與評論,并可根據業務形成報警知識庫

                        支持高達10個條件報警判斷(H5、H4、H3、HH、HI、LO、LL、L3、L4、L5);

                        支持的報警類型有限值報警,偏差報警,變化率報警,開關量報警。可設置十種限值報警,報警支持1-9999種優先級,報警可分0-99組,每個報警點可設置最多10個報警標簽。


                              ■ 報警顯示與查詢

                        可視化報警的管理組件接收發生的報警信息,可將發生報警的點,數值,報警類型等信息及時輸出,主要功能包括:

                             支持實現對測點、區域、類型、級別的統計查詢,用戶可根據查詢條件設定統計規則,內置腳本函數也可實現統計查詢功能。

                        支持自定義的報警顯示擴展與調整,按照報警類別、時間、標簽可方便分類,支持腳本在后臺動態控制。

                        根據任意數據項作為索引來過濾和分類報警信息,可查詢任一單元、任一時間段內、任一報警級別和類別的歷史報警信息的檢索。

                        支持查詢窗口帶有內置滾動條、可調大小的顯示列、多項報警選擇、更新的狀態欄、動態顯示類型以及報警優先級顯示顏色。

                        支持根據用戶需求設定,能夠實現按照發生時間、報警等級的順序自上而下顯示。

                        支持用顏色變化、聲音、閃爍區別,每一種級別的報警都可設定指定顏色界面和聲音提示,報警聲音可根據需要進行調節和屏蔽。


                        ■  報警輸出

                        報警通知支持多媒體語音、視頻、文本語音轉換、郵件和短信等實時方式的報警通知與輸出。

                        支持將報警信息轉儲到第三方數據庫系統,提供對外的報警查詢接口,方便與第三方軟件進行調用。


                        5.4 智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx

                        系統采用力控智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx搭建企業的管理平臺,該平臺為企業提供生產動態管理駕駛艙、實時決策調度、設備動態管理、生產預警、能源管理等生產應用來持續不斷的改善生產過程,以達到改善企業生產管理的目的。

                               力控智能生產信息門戶集成平臺完全是模塊化設計,提供基礎的工廠數據建模和各類豐富的分析組件,該平臺可分為采集層、數據層、web服務層、web前端等,從而為企業智能制造的動態生產管理提供數據分析、診斷、展示的門戶平臺。針對節能降耗領域的管控中心建設可提供橫向和縱向能源分析、能源診斷、能源審計、能源設備診斷等管理功能。



                        智能生產信息門戶集成平臺功能包括:
                        生產設備管理:包括:生產裝置管理、設備臺賬管理、設備運行管理、設備維護管理等。

                        計量器具管理:包括:計量器具臺賬、計量器具檢定管理等。

                        生產計劃管理:包括:產品產能管理、計劃排產管理等。

                        生產報表管理:包括:生產報表模板、生產日報、月報、季報、年報、生產完成情況統計報表等。

                        生產調度管理:包括:生產異常情況管理、交接班日志管理、調度日志管理等。

                        能源管理:包括:能源計量設備管理、能源計劃、實績、成本,及能源統計分析等。

                        生產過程監控,包括:生產工藝流程圖、能流圖等。

                        關鍵的績效指標KPI展示、統計過程控制分析SPC等

                               設備運行效率OEE管理等

                        5.5 生產調度計算平臺Fycber

                        本系統需要通過實時歷史數據庫及計算引擎可實現系統的生產調度分析(如排程、預測等)。通過力控實時歷史數據庫提供的海量數據源與計算引擎的多種優化算法相結合,能夠實現在線優化全廠過程自動化系統,保證全廠裝置在實際生產過程中達到優化調度、節能降耗的作用。

                        力控計算引擎Fcyber基于node.js腳本引擎結合靈活的編程語言,實現海量數據的統計分析、關系數據庫交互以及第三方用戶自定義庫封裝調用等功能。結合力控企業級實時歷史數據庫pSpace、以及離線仿真平臺,可實現從采集、數據處理、數據模型建立、控制策略到全廠綜合自動化在線優化,進而可將企業領導者的經營決策、生產管理和調度信息落實至全廠裝置的實際生產過程中,達到統計分析、優化調度、節能降耗的作用。

                        計算引擎功能說明:

                         工程管理

                        支持工程任務的創建、刪除、修改

                        支持配置多任務,支持多任務的并行執行

                        支持工程備份、導入/導出

                        支持工程加密

                         任務管理

                        支持任務的編輯、調試

                        支持模板功能

                        任務運行狀態、結果監控

                         腳本編輯器

                        支持js腳本

                        支持復制、粘貼、撤銷

                        支持高亮、語法檢測、提示聯想

                        支持任務代碼配置調試、運行調試

                         函數

                        支持pSpace函數

                        支持各類關系數據庫操作函數

                        支持自定義函數

                        支持第三方算法調用

                        Node.js原生支持函數

                        5.6 工業安全隔離網關pSafetyLink

                        為了防范黑客及惡意代碼等對底層生產網絡的攻擊侵害及由此引發的生產事故,保障生產系統的安全穩定運行,需要建立生產系統安全防護體系,系統安全防護工作應當堅持安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證的原則,保障底層生產系統的安全。因此在保障生產系統的可靠和安全運行上,提供兩款工業級防護產品以供客戶根據現場實際情況選擇,一種是利用工業網絡安全防護裝置的雙系統,單項隔離傳輸功能,將病毒及網絡惡意行為徹底隔離在外網,做到最大限度的安全防護。另一種是使用白名單的默認禁止機制,為網絡進行邏輯的邊界隔離。

                        力控pSafetyLink是專為工業網絡應用設計的防護設施,用于解決工業SCADA控制網絡如何安全接入信息網絡(外網)的問題。它與防火墻等網絡安全設備本質不同的地方是它阻斷網絡的直接連接,只完成特定工業應用數據的交換。由于沒有了網絡的連接,攻擊就沒有了載體,如同網絡的“物理隔離”。由于目前的安全技術,無論防火墻、UTM等防護系統都不能保證攻擊的一定阻斷,入侵檢測等監控系統也不能保證入侵行為完全捕獲,所以最安全的方式就是物理的分開。

                        ■    最高級別安全設備

                        安全隔離網關是目前最高級別的安全防護設備,用于進行特別重要的區域安全隔離,我們的設備采用硬件加軟件的多重技術保障區域間的物理隔離。

                        ■   測點級訪問控制

                        安全隔離網關支持測點級的訪問控制,可以根據具體到點的讀、寫、可見、不可見、進行控制,杜絕誤操作、提高了數據和控制的管理粒度。

                          安全隔離技術

                        截斷TCP連接的方法,徹底割斷穿透性的TCP連接,內部采用高位加密技術進行傳輸數據的保護。

                         內核安全技術

                        基于Linux裁剪優化后的嵌入式內核,裁剪其它所有無關的網絡服務、系統功能,屏蔽了無關端口,進一步提高了系統安全性和抗攻擊能力。

                        自檢測自恢復

                        安全隔離網閘內嵌的高性能工業通信軟件提供完善的系統在線自診斷、故障自動恢復、“看門狗(軟件名稱)”管理等系統功能。

                         可靠身份認證

                        自帶專用配置工具,專用配置工具具有身份權限的簽名認證識別和構建高位加密的管理傳輸通道,保障了設備的自身登錄安全性。

                         高可靠硬件設計

                              在PCB電路板的設計中,加有線性穩壓及濾波裝置,并嚴格按照 EDA 對高頻電路設計的要求,設計了單獨的電源層與地層,進一步保證了整個板上電源的穩定性。硬件模塊都采用電子式長壽命設計,設計遵循分布均勻、布局合理的原則,風扇處增加了防護罩,而且緊靠散熱源,起過濾作用,避免灰塵和濕氣;通過增加專用轉接板,起到了更好的加固和抗震作用;

                        6 系統軟件清單

                        方案總結

                        供水生產調度系統建立后,可將系統實時監控、指揮調度、數據分析、有機地結合起來,在管理層和自動化控制層之間起到承上啟下的作用。該系統以工業實時歷史數據庫為數據共享、分析、交換的基礎平臺,幫助調度管理人員快速、準確地掌握供水生產和管網輸配情況,通過統計分析,指導生產調度,及時準確生成統計分析報表,全面提升公司的生產管理效率,提高供水安全保障水平。




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