南水北调过程数据采集研究与分析

卢建军

南水北调中线信息科技有限公司，中国·北京 100038

物联网；大数据；数据库

1 引言

随着信息化的加快和大数据时代的来临，数据已然成为一个企业发展的重要因素，各个企业单位都致力于开发自身的大数据平台，都希望尽快尽早地投入到大数据中，并走在行业的前列。南水北调也在致力于开发信息化产品，希望以此实现对水质监测、过程控制以及设备的大数据管控等功能，而支撑这些功能的基础就是数据[1]。

2 南水北调数据采集现状及需求分析

南水北调设备种类繁多，系统平台较多，目前南水北调有安全监测系统、水质监测系统、电力系统、闸控系统及其他各种小系统。如何将沿线所有设备及系统数据整合到一个平台，是摆在大数据开发前的一个问题。由于南水北调线路较长，施工时采取分段招标方式，因此各段系统厂商不一致，数据通讯协议也是各种各样。由于系统繁多，因此数据整合能力较弱。以闸控系统为例，闸控系统是林克森开发的一套调水控制系统，添加新数据时需要专业软件人员从后台添加，且采集数据量受限，因此数据源比较单一且数据量较少。

针对目前南水北调大数据及物联网的需求，需要对所有系统数据进行整合分析，提出了将现场系统数据通过前置采集机采集，然后将所有数据汇总到INSQL 数据库，利用INSQL 数据库中数据，可以对数据进行加工分析，开发设备在线监测及诊断系统、调水ERP 系统等。

3 模型建立

3.1 各系统介绍

在整个南水北调输水系统中，主要分为安全监测系统、电力系统、闸控监控系统、泵站系统、动环系统等。下面对各个系统的情况进行分析。

安全监测系统是南水北调自动化系统的一个组成部分，属于一个应用子系统。安全监测数据采集单元首先从传感器读取原始数据，然后经过各管理控制层逐级将数据按要求进行传递。安全监测系统穿插于南水北调中线干线工程各级管理机构，沿线各现地闸站及建筑物，特点是监测范围大、网络覆盖地域范围广、实时性要求不强。安全监测自动化系统大部分站点通过综合业务传输平台的MSTP 的SDE 光纤网络传输，安全监测自动化系统利用全线专用通信传输网进行组网连接，实现安全监控中心、安全监测分中心、安全监测站、安全监测分站及布置在现地闸站的安全监测数据采集单元间的数据通信。

闸控监控系统是南水北调调水执行系统的重要组成部分。闸站监控系统主要由两部分组成，分别是远程监控系统和现地监控系统，PLC 主要采用施耐德系列和西门子系列PLC。远程监控系统分为四部分：总公司、分公司、管理处及监控服务，其架构在统一的监控服务平台之上，将各类闸站的监控和控制功能整体地发送到平台进行管理。主要包括每个闸站的水位、流量及开度，成为各级远程监控系统的实时数据。各闸站作为一整个监控对象，根据通信和网络的状况，灵活部署在监控平台上，负责与PLC 和其他节点进行通信、数据采集与处理，最后向PLC 发送控制指令。

惠南庄泵站是南水北调中线工程北京段渠首处一座大型加压泵站，是北京段实现管涵加压输水的关键控制性工程。泵站自动化监控系统主要对全站泵组等主机设备、技术供排水等辅机系统以及公用设备进行有效的监测和控制，保证泵站安全可靠运行。自动化系统主要设备包括1～8#泵组LCU、变电站LCU、公用LCU、技术供水PLC 控制柜、渗漏排水PLC 控制柜等设备，PLC 采用施耐德67160 系统冗余PLC，通讯模块采用NOE 以太网通讯模块。

动环系统主要监控南水北调中线沿线闸站及各管理处UPS 电池组电压、UPS 输入输出电压电流、室内温湿度、空调机组回风温度、压缩机工作状态、风机工作状态、各类报警信息等参数，各类参数以智能接口方式接入动环监控系统，实时监控空调机组的工作状态，并可以远程集中开关机、调节温度设置、轮换运行、故障时备机自动投入等功能。

电力系统是南水北调供电系统核心设备，沿线供电线路采取自有杆塔架设线路，线路采用35KV 供电线路，采取以中心开关站为中心，沿渠道上下游辐射形式供电，采用π 接方式接入各个站所。供电系统设备主要采用开关柜，干式变压器，进出线柜，监控软件采用ESD3000 上位软件，监控软件通过通信管理机采集现场设备信息。

3.2 DASERVER 软件介绍

DAServer 是建立在 ArchestrA 技术基础上的新一代服务器组件，它符合OPC 工业标准，满足工业生产中通讯的需求，提供更强的通讯诊断功能与更高的性能，是构建无缝系统的重要组成部分。通过配置DAServer 采集软件，可以实现对基于TCP/IP 协议、MODBUS 协议、TCP/IP-MODBUS 协议设备的数据采集，且配置方便，通讯可靠性高。

3.3 数据采集解决方案

通过对南水北调各个系统进行分析，现有系统种类繁多，通讯协议各异，严重制约了数据的整合。鉴于此局限性，提出采用基于DASERVER 数据采集机的InSQL 实时数据库实现数据的采集，实时／历史数据库采集的速度快，数据量大，精度要求高，并且带有时标，便于分析和生成报表，因此十分适合目前南水北调的数据采集和分析，而常规的关系数据库则在这些方面都相距甚远[2]。

采用InSQL 数据库特点：数据采集、数据压缩、实时查询、事件系统、内嵌MS SQL SERVER、支持冗余等。网路结构如下图所示。

使用InSQL 实时数据库，需要在现场架设采集机，初步设定为每个管理处一台数据采集机，通过DASERVER 与现场的PLC 系统、动环系统、泵站系统等进行数据采集，通讯协议主要是TCP/IP、TCP/IP-MODBUS、MODBUS 等[3]，由于南水北调中线业务内网和动环系统、PLC 系统等网络是相互独立的，且考虑到各系统采用冗余系统，所以采集机需要具备三网卡功能，两块网卡完成数据采集（冗余配置），一块网卡通过业务内网进行数据传输到InSQL 数据库中。

4 结语

通过对南水北调各系统数据流的分析，提出基于DASERVER 前置采集机通过InSQL 实时数据采集的方式完成对过程数据的跟踪和采集，完成各系统过程数据的整合，确保了数据的及时性、准确性，为设备维护人员进行过程分析、故障处理、数据溯源提供了可靠数据保证，为进一步发展物联网及大数据应用提供了一体化平台。但是对于一些高频的数据项InSQL 数据采集系统还达不到要求。