基于綜合管控平臺(tái)的智能泵站設(shè)計(jì)

潘志軍

(杭州市南排工程建設(shè)管理處，浙江杭州310020)

1 概 述

泵站是保障城市用水及城市防洪安全的重要組成部分[1]。泵站自動(dòng)化系統(tǒng)自20世紀(jì)60年代末以來(lái)在水利行業(yè)中即開(kāi)始研制和運(yùn)用[2]，為保障泵站的安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。隨著自動(dòng)化信息化技術(shù)的發(fā)展，以及泵站自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用的進(jìn)一步深入，泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的不足日益凸顯，已不能滿足泵站智能化運(yùn)行管理的需求。這些不足主要表現(xiàn)在以下方面：

1.1 系統(tǒng)孤島化，系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)監(jiān)視操作困難

由于各方面原因，閘泵閥監(jiān)控、水情測(cè)報(bào)、安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等分批分次建設(shè)，致使各子系統(tǒng)自成體系。子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換(共享)困難，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，數(shù)字鴻溝持續(xù)擴(kuò)大，難以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)監(jiān)視與操作，不利于統(tǒng)計(jì)分析整個(gè)工程的運(yùn)行現(xiàn)狀，不利于有效把握泵站的整體運(yùn)行狀態(tài)，不利信息綜合及深度挖掘應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)法滿足政府“用數(shù)據(jù)說(shuō)話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策”的要求。

1.2 運(yùn)行管理信息化程度不足，亟需加強(qiáng)管理信息化建設(shè)

多數(shù)泵站的日常業(yè)務(wù)尚未實(shí)現(xiàn)信息化管控，相關(guān)信息的統(tǒng)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，來(lái)往文檔的存儲(chǔ)未能實(shí)現(xiàn)信息化，導(dǎo)致運(yùn)行管理人員文檔整理、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)工作繁重。自動(dòng)化元件等設(shè)備管理雖已建立臺(tái)賬，但設(shè)備的出入庫(kù)及查找依然依靠人工處理，這與當(dāng)前流行的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理技術(shù)存在較大差距。整體而言，在工程運(yùn)行管理方面需要一套高效的信息化管理系統(tǒng)。

1.3 移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)突飛猛進(jìn)，信息服務(wù)建設(shè)需進(jìn)一步加強(qiáng)

多數(shù)泵站業(yè)務(wù)關(guān)切人員僅能在內(nèi)網(wǎng)Web系統(tǒng)上查看工程的運(yùn)行信息，或通過(guò)值班人員定期發(fā)送手機(jī)短信了解工程運(yùn)行信息，無(wú)法滿足工程干系人的運(yùn)行管理信息需求。微信及智能手機(jī)APP在其它行業(yè)已深入工程應(yīng)用，并為工作帶來(lái)了極大便利；因此，原有信息服務(wù)體系建設(shè)需進(jìn)一步加強(qiáng)，以滿足業(yè)務(wù)關(guān)切人隨時(shí)隨地掌控工程運(yùn)行信息的需求。

2 解決思路

針對(duì)當(dāng)前泵站自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問(wèn)題，考慮采用綜合管控平臺(tái)的思路解決上述問(wèn)題。綜合管控系統(tǒng)以業(yè)務(wù)應(yīng)用需求為導(dǎo)向，同時(shí)采集電氣設(shè)備、水情、安全監(jiān)測(cè)、視頻等信息，并基于上述信息實(shí)現(xiàn)各種智能應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)泵站的智能化管理提供了極大便利。

2.1 一體化平臺(tái)的思路

泵站目前的信息化系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容較多，包括泵閥閘監(jiān)控、繼電保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、葉片調(diào)節(jié)、水油氣輔機(jī)、機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)、防汛調(diào)度、視頻監(jiān)控、仿真培訓(xùn)、運(yùn)維管理、綜合展示與信息服務(wù)等，但還未將所有子系統(tǒng)進(jìn)行有效整合并形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用軟件平臺(tái)，高效的服務(wù)于相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和各級(jí)管理部門的日常業(yè)務(wù)應(yīng)用，系統(tǒng)建設(shè)效果未能最大發(fā)揮。為了使系統(tǒng)能夠靈活適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化，面對(duì)新應(yīng)用具有可擴(kuò)展性，信息和應(yīng)用資源方面高度共享，避免出現(xiàn)信息孤島，系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)采用一體化平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路。

2.2 分層分區(qū)的思路

針對(duì)泵站信息化系統(tǒng)中的權(quán)限控制、網(wǎng)絡(luò)安全等問(wèn)題，采用分層分區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)工程布置、機(jī)構(gòu)設(shè)置情況及網(wǎng)絡(luò)劃分，系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用縱向分層、橫向分區(qū)的思路。

縱向分層：考慮到工程管理、工程運(yùn)行等方面各自不同的應(yīng)用需求，系統(tǒng)在縱向結(jié)構(gòu)上分為2層，即中心層、現(xiàn)地層。

橫向分區(qū)：考慮系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)應(yīng)用包括泵閥閘監(jiān)控、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)、防汛調(diào)度、視頻監(jiān)控、運(yùn)維管理等各個(gè)方面。為了保障信息安全，在橫向結(jié)構(gòu)上分為控制區(qū)、管理區(qū)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的思路

標(biāo)準(zhǔn)，是系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)體系，是規(guī)范、統(tǒng)一系統(tǒng)建設(shè)管理和運(yùn)行管理的重要基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)信息和軟、硬件資源共享、系統(tǒng)有效開(kāi)發(fā)和順利集成、系統(tǒng)安全運(yùn)行和平穩(wěn)更新完善，以及后續(xù)擴(kuò)展升級(jí)的重要保證。系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)先行，對(duì)于國(guó)家、部委標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范沒(méi)有涵蓋的內(nèi)容應(yīng)組織專門力量編制管理處系統(tǒng)建設(shè)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

開(kāi)放，在標(biāo)準(zhǔn)的支撐下，在綜合管控平臺(tái)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)建設(shè)采用開(kāi)放的建設(shè)策略，系統(tǒng)可以集成不同廠家的不同環(huán)境的產(chǎn)品，可以容納各類資源集成為一體，最終達(dá)到設(shè)計(jì)建設(shè)目標(biāo)。

3 智能化泵站架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用綜合管控平臺(tái)后，智能化泵站的架構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

3.1 縱向分層

考慮到智能化泵站在綜合監(jiān)控監(jiān)測(cè)、工程管理、工程運(yùn)行等方面各自不同的應(yīng)用需求，系統(tǒng)在縱向結(jié)構(gòu)上分為站控中心層和現(xiàn)地層兩層(見(jiàn)圖1)。

圖1 智能化泵站縱向結(jié)構(gòu)

(1)現(xiàn)地層。部署泵組監(jiān)控、繼電保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、葉片調(diào)節(jié)、水油氣輔機(jī)、機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)、水文監(jiān)測(cè)現(xiàn)地站以及視頻監(jiān)控?cái)z像頭等?，F(xiàn)地站接受站控中心層的調(diào)度指令，負(fù)責(zé)所轄業(yè)務(wù)范圍內(nèi)信息化系統(tǒng)所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)段數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯集和上送。

(2)站控中心層。部署綜合監(jiān)控監(jiān)視、視頻監(jiān)控、仿真培訓(xùn)、運(yùn)維管理、綜合展示與信息服務(wù)等軟件應(yīng)用。站控中心層對(duì)工程全部范圍內(nèi)的主要建筑物、機(jī)電設(shè)備、工情進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制(設(shè)備具備遠(yuǎn)程控制功能)，并負(fù)責(zé)信息化系統(tǒng)所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)段數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。

3.2 橫向分區(qū)

考慮信息化系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)應(yīng)用包括監(jiān)控、保護(hù)、防汛、視頻、管理等各個(gè)方面，為了保障信息安全，在橫向結(jié)構(gòu)上分為控制區(qū)、管理區(qū)(見(jiàn)圖2)。

圖2 智能化泵站橫向結(jié)構(gòu)

管理區(qū)內(nèi)部署的是生產(chǎn)管理類的業(yè)務(wù)，控制區(qū)部署的是運(yùn)行監(jiān)控類的業(yè)務(wù)，后者的安全級(jí)別高于前者，因此兩區(qū)需通過(guò)物理隔離裝置進(jìn)行隔離，以避免低安全區(qū)系統(tǒng)影響高安全區(qū)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在控制區(qū)設(shè)控制網(wǎng)，用于承載實(shí)時(shí)性要求最強(qiáng)、安全性要求最高的閥閘監(jiān)控、繼電保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、葉片調(diào)節(jié)、水油氣輔機(jī)、機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)。在管理區(qū)設(shè)業(yè)務(wù)網(wǎng)，用于承載防汛調(diào)度、視頻監(jiān)控、仿真培訓(xùn)、運(yùn)維管理、綜合展示與信息服務(wù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用。

考慮到業(yè)務(wù)網(wǎng)與控制網(wǎng)之間需進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，因而在兩網(wǎng)之間通過(guò)單向隔離聯(lián)通，保證控制區(qū)安全。在管理區(qū)與互聯(lián)網(wǎng)之間通過(guò)防火墻聯(lián)接，為業(yè)務(wù)網(wǎng)提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，用于日常辦公文件下載、網(wǎng)上信息查詢等。

4 智能化泵站軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于綜合管控系統(tǒng)的智能化泵站軟件平臺(tái)包含統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與交互平臺(tái)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)，統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺(tái)。數(shù)據(jù)采集與交互平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各類專業(yè)數(shù)據(jù)的采集處理與信息下發(fā)，實(shí)現(xiàn)與其他外部系統(tǒng)的通信與數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐。應(yīng)用支撐平臺(tái)為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供一體化的應(yīng)用支撐，該應(yīng)用支撐提供統(tǒng)一、開(kāi)放的接口和訪問(wèn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)不同權(quán)限用戶數(shù)據(jù)訪問(wèn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，該支撐平臺(tái)上可方便部署各類APP(Application)。廠商可根據(jù)自己的業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)，在綜合管控平臺(tái)上開(kāi)發(fā)各類APP應(yīng)用，免去了硬件、軟件平臺(tái)采購(gòu)和安裝的中間步驟，有效提高了設(shè)備利用率和系統(tǒng)效率，徹底解決了傳統(tǒng)信息化系統(tǒng)建設(shè)一個(gè)應(yīng)用需要部署一套平臺(tái)的問(wèn)題。

智能化泵站的軟件平臺(tái)如下所示(見(jiàn)圖3)。綜合監(jiān)控(泵閥閘監(jiān)控、繼電保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、葉片調(diào)節(jié)、水油氣輔機(jī)、機(jī)組振擺監(jiān)測(cè))、防汛調(diào)度、視頻監(jiān)控、仿真培訓(xùn)、運(yùn)維管理、綜合展示與信息服務(wù)等業(yè)務(wù)以統(tǒng)一的軟件平臺(tái)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)行的綜合監(jiān)控和智能化決策。

圖3 智能化泵站軟件平臺(tái)

5 結(jié) 論

基于綜合管控平臺(tái)的智能化泵站改造將泵閥閘監(jiān)控、繼電保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、葉片調(diào)節(jié)、水油氣輔機(jī)、機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)、防汛調(diào)度、視頻監(jiān)控、仿真培訓(xùn)、運(yùn)維管理、綜合展示與信息服務(wù)等各個(gè)子系統(tǒng)納入統(tǒng)一平臺(tái)管理，并提供統(tǒng)一、開(kāi)放的接口和訪問(wèn)機(jī)制，可以方便地部署各類APP應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)泵站的智能化運(yùn)行，為泵站的運(yùn)行管理帶來(lái)了極大的便利。