基于自控?cái)?shù)據(jù)采集中間件平臺的數(shù)字化水廠建設(shè)

季蓓蓓

摘要：依托信息化技術(shù)，在水廠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中間件平臺，使得水廠的生產(chǎn)自控?cái)?shù)據(jù)按照信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行端口采集，形成可供信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用的水廠生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為數(shù)字化水廠的建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層面的支撐，保障水廠安全，穩(wěn)定且高效地生產(chǎn)運(yùn)營。文章以南京水務(wù)集團(tuán)有限公司建立的基于自控?cái)?shù)據(jù)采集中間件平臺的數(shù)字化水廠為實(shí)際案例，闡述了南京水司在水廠信息化管理及相關(guān)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)信息化管理實(shí)現(xiàn)方面的實(shí)踐探索，為其他水司的水廠生產(chǎn)管理工作提供一些參考

關(guān)鍵詞：數(shù)字化水廠；水廠運(yùn)營；數(shù)據(jù)中間件平臺

目前南京水務(wù)集團(tuán)的水廠已基本完成了生產(chǎn)自動控制的一系列建設(shè)，大量的生產(chǎn)信息通過PLC將電流轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號或者逆向轉(zhuǎn)換，而被工作人員控制使用，繁重的人工作業(yè)已基本被自控控制的機(jī)械設(shè)備取代。

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化水廠的目標(biāo)，在前幾年，筆者根據(jù)目前自控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用信息化技術(shù)，重點(diǎn)補(bǔ)足自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法持久化保存與進(jìn)行管理分析的短板，嘗試實(shí)施水廠的信息系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性建設(shè)。

經(jīng)過幾年的摸索，我們認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字化水廠的實(shí)現(xiàn)已具備成功的條件，一個標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字化水廠可以實(shí)現(xiàn)水廠的精確管理，提高水廠生產(chǎn)效率以及保障其安全、穩(wěn)定地生產(chǎn)運(yùn)營。

1.新技術(shù)結(jié)構(gòu)下數(shù)字化水廠

本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包含目前主流的信息化思路，主要包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用概念。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水廠設(shè)備的信息化、虛擬化，通過唯一標(biāo)識，整合其相關(guān)的數(shù)據(jù)源，通過數(shù)據(jù)中間件，在信息系統(tǒng)中整合成實(shí)時的設(shè)備虛擬化映射。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅只是一個標(biāo)識，更多是實(shí)體世界在信息化中的實(shí)時投影，本設(shè)計(jì)通過數(shù)據(jù)源綁定設(shè)備標(biāo)識，在信息系統(tǒng)中還原一個真實(shí)的、實(shí)時的設(shè)備。

應(yīng)用大數(shù)據(jù)概念，對水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的維度、粒度進(jìn)行清洗，對這些含有意義的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征化處理，提高對以往低價值生產(chǎn)數(shù)據(jù)的“二次加工能力”，通過大數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的增值，如通過數(shù)據(jù)模擬水廠生產(chǎn)運(yùn)行，優(yōu)化流程，降低損耗，提高效率，或者預(yù)警水廠生產(chǎn)的安全隱患等問題。

新技術(shù)下的數(shù)字化水廠將達(dá)到以下新的高度：

（1）數(shù)據(jù)為管理層提供更全面、更準(zhǔn)確的依據(jù)與支撐。目前管理層對水廠的運(yùn)行狀況只能通過幾個關(guān)鍵實(shí)時數(shù)值進(jìn)行管理，而精確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)只是應(yīng)用在相關(guān)班組工作人員的日常自控操作中。

通過數(shù)字化水廠，既可以全面地掌控水廠的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也可以方便地利用歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)管理層的管理思維，依據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)流，進(jìn)行相應(yīng)的管理系統(tǒng)研發(fā)，挖掘與分析水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為管理層提供更全面、更準(zhǔn)確的依據(jù)與支撐。

（2）數(shù)據(jù)為水廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。目前水廠的運(yùn)行的安全穩(wěn)定是依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的資深工作人員的人工判斷，存在著因人員一時疏忽和人員流失造成的隱患。

通過數(shù)字化水廠，基于大量數(shù)據(jù)的計(jì)算，可以對生產(chǎn)安全問題進(jìn)行預(yù)警或者預(yù)判。也可以通過相應(yīng)的方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讓更多的工作人員具有對安全問題進(jìn)行控制的能力，進(jìn)一步保障水廠的安全生產(chǎn)。

（3）數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化為水廠管理標(biāo)準(zhǔn)化提供基礎(chǔ)。數(shù)字水廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足所有水廠的需求，確保各水廠在生產(chǎn)數(shù)據(jù)流方面得以標(biāo)準(zhǔn)化，而數(shù)據(jù)又是管理的基礎(chǔ)支撐，依靠標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)流進(jìn)行管理的方法，可以進(jìn)一步促進(jìn)各水廠管理措施與標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一。

（4）數(shù)字化水廠標(biāo)志著水廠的全面可控的里程碑。數(shù)字化水廠實(shí)現(xiàn)了水廠所有環(huán)節(jié)實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)量化的實(shí)現(xiàn)，脫離了以往紙質(zhì)報(bào)表或者口頭管理的不實(shí)時與不全面的缺點(diǎn)，水廠所有環(huán)節(jié)將在數(shù)字水廠中得到具體表現(xiàn)，管理層可以全面掌握生產(chǎn)的狀態(tài)，獲取途徑便捷，只需要一臺裝有瀏覽器的電腦或者智能手持設(shè)備，通過權(quán)限的控制就可以達(dá)到，標(biāo)志著水廠全面可控的里程碑。

2.數(shù)字化水廠在南京水務(wù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)中間件平臺的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化水廠這一目標(biāo)，規(guī)范專業(yè)水務(wù)業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的需求，使其合理、有效、安全地使用我集團(tuán)水廠生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。本文設(shè)計(jì)并建設(shè)了南京水務(wù)水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化中間件平臺，對數(shù)據(jù)端口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化定義。

本平臺主要由平臺管理操作模塊、生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接口層、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集層和實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)持久化數(shù)據(jù)庫四大塊構(gòu)成。整個系統(tǒng)為多層結(jié)構(gòu)框架，從內(nèi)到外分別是：網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層、用戶層。數(shù)據(jù)服務(wù)層采用中間件，系統(tǒng)應(yīng)用層采用B/S模式，通過數(shù)據(jù)服務(wù)層提供的服務(wù)開展應(yīng)用。本平臺主要功能包括：

平臺管理操作模塊：主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作管理員對生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接口平臺的操作。

①數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口編輯。②采集點(diǎn)自定義配置。③平臺性能監(jiān)測。④數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口權(quán)限體系。⑤操作管理員的權(quán)限控制體系。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接口層：主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)調(diào)用生產(chǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化接口功能。

①數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口調(diào)用。②業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口權(quán)限控制。③加密數(shù)據(jù)模式設(shè)置。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集層：主要實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及處理的功能。

①數(shù)據(jù)自動采集。②生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換處理。③集群式數(shù)據(jù)采集模式。

2.2數(shù)字化水廠業(yè)務(wù)應(yīng)用

2.2.1在線自定義報(bào)表功能

本文采用了新的報(bào)表引擎，該引擎可以自由定義報(bào)表中的各字段，只要將平臺端口輸出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源和報(bào)表字段綁定，就能生成自己需要的報(bào)表。

水廠人員可以簡單地通過該功能模塊配置出目前各水廠使用的電子報(bào)表，也可以按自己日常工作需要配置自己需要的數(shù)據(jù)報(bào)表，為生產(chǎn)服務(wù)。當(dāng)水廠人員需要查詢某些數(shù)據(jù)，在沒有該類報(bào)表的情況下，可以自行建立新報(bào)表，再也不需要通過程序員從后臺統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)了。

除此之外，系統(tǒng)可以記錄管理員自己配置的報(bào)表，并按照使用的頻率自定義報(bào)表排序。

采用報(bào)表白定義模塊，在水廠設(shè)備發(fā)生變動或者新增設(shè)備時，可以由管理員自行修改報(bào)表配置，及時更新報(bào)表，以最快的速度使報(bào)表適應(yīng)生產(chǎn)的實(shí)際需要。

2.2.2數(shù)據(jù)報(bào)警功能

報(bào)警分為軟報(bào)警與硬報(bào)警。

軟報(bào)警主要是指通過后臺軟件設(shè)限過濾出來的數(shù)值進(jìn)行報(bào)警（也可以多級預(yù)警）。

為報(bào)表字段設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)范圍，針對不同的數(shù)據(jù)值，單獨(dú)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)范圍，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的值錄入后高亮顯示，并提示報(bào)警。便于工作人員及時發(fā)現(xiàn)錯誤或者設(shè)備異常情況。在自控?cái)?shù)據(jù)上傳出現(xiàn)異常情況（如傳輸網(wǎng)絡(luò)故障）時，系統(tǒng)也會及時報(bào)警，提示數(shù)據(jù)異常，便于人員及時修復(fù)問題，或者采用其他錄入方式代替數(shù)據(jù)自動采集錄入。

當(dāng)數(shù)據(jù)長時間地超標(biāo)準(zhǔn)范圍運(yùn)行，系統(tǒng)能夠自動推送可能出現(xiàn)的問題，為工作人員提供數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

硬報(bào)警主要是指設(shè)備PLC采集模塊直接發(fā)出的錯誤報(bào)警消息進(jìn)行的報(bào)警，不同于軟報(bào)警，此類型報(bào)警的主要是設(shè)備故障或生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)出錯等報(bào)警，緊急優(yōu)先度高。

2.2.3分析及決策判斷功能

現(xiàn)階段的水廠報(bào)表系統(tǒng)只是抄錄水廠報(bào)表數(shù)據(jù)，并沒有對抄錄數(shù)據(jù)加以運(yùn)用，所有數(shù)據(jù)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析都是空白，如何運(yùn)用這部分?jǐn)?shù)據(jù)，為生產(chǎn)工作及管理工作服務(wù)，才是水廠報(bào)表系統(tǒng)建立的最終目的。

（1）報(bào)表定制功能。建立多功能、多種類的分析統(tǒng)計(jì)報(bào)表，報(bào)表可以動態(tài)按使用者的需要自動配置，選擇“關(guān)注項(xiàng)”及“統(tǒng)計(jì)方式”，自動定制報(bào)表。自動定制報(bào)表功能能夠滿足不同使用者的實(shí)際需要，使數(shù)據(jù)真正為生產(chǎn)服務(wù)。

（2）圖表定制功能。建立多功能、多種類的分析統(tǒng)計(jì)圖表，圖表可以動態(tài)按使用者的需要自動配置，選擇“關(guān)注項(xiàng)”“統(tǒng)計(jì)方式”“統(tǒng)計(jì)形式”“對比類型”等，自動定制圖表。自動定制圖表功能能夠滿足不同使用者的實(shí)際需要，使數(shù)據(jù)真正為生產(chǎn)服務(wù)。

（3）數(shù)據(jù)定制對比分析功能。按使用者的實(shí)際需要，選擇對比項(xiàng)，利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生成各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表及相應(yīng)的圖表。

（4）數(shù)據(jù)自動對比分析功能。針對水廠報(bào)表系統(tǒng)中的報(bào)表數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)，采用圖形、曲線展示方式，能夠更加直觀地反映出水廠的生產(chǎn)情況。對比分析圖表會為水廠的管理工作提供強(qiáng)大、直觀的數(shù)據(jù)展示。

2.2.4水廠報(bào)表檔案化管理

以前的水廠紙質(zhì)報(bào)表是按檔案進(jìn)行留存管理的，水廠報(bào)表升級為電子報(bào)表后，也應(yīng)采取原先的檔案管理模式，報(bào)表抄錄完成后，通過審核成為可以留存的檔案報(bào)表，該檔案報(bào)表需要通過電子簽章記錄審核人的信息，同時生成無法修改的PDF文件，作為企業(yè)重要檔案留存。經(jīng)過審核人的電子簽章簽名后該報(bào)表就具備法律效力，作為檔案留存。

2.2.5新的報(bào)表呈閱及共享功能

自定義報(bào)表功能讓使用者能夠自定義各種報(bào)表和圖表，同時能夠?qū)?bào)表、圖表呈閱給領(lǐng)導(dǎo)，或共享給同事，真正實(shí)現(xiàn)無紙化辦公。

3.結(jié)語

水廠數(shù)字化的工作還有很多，在目前技術(shù)日新月益的基礎(chǔ)上，如何合理運(yùn)用技術(shù)的力量形成水務(wù)，特別是水廠生產(chǎn)的一整套行之有效的信息化解決方案，如何結(jié)合現(xiàn)有的自動控制系統(tǒng)與信息化系統(tǒng)，更為精細(xì)、高效、安全地進(jìn)行水廠生產(chǎn)運(yùn)營，也是以后探索的目標(biāo)，一個符合實(shí)際情況、有效的、性價比高的數(shù)字化水廠方案將把我國水務(wù)事業(yè)推向新的高峰。