自来水泵站集控中心建设研究及应用

摘要：自来水泵站是城市供水的重要基础设施，为了进一步提高自来水泵站的运行管理水平，本文在现场调研及对水务信息化建设要求的充分理解的基础上，对泵站集控中心建设的各项功能进行了深入分析和细化，设计了一套集控中心建设方案，并在上海市奉贤自来水有限公司泵站管理所进行了实施，实施效果良好，为泵站的智慧运行、高效管理打下了可靠基础。

关键词：自来水，泵站，集控中心，供水管网，WEB展示

0、引言

自来水泵站是供水管网的一个重要组成部分，在我国的各个城市的不同区域均分布着不同规模的自来水泵站，其担负着区域供水增压的重要作用，个别泵站还需要进行水质的进一步提升，确保用户水质达标，因此自来水泵站是城市供水的重要基础设施。其功能也决定了自来水泵站地域的分散性，因此对于各个泵站的运行控制是相对独立的，各个泵站需要多班组轮换运行，供水管网泵站之间的关联性也不能及时掌握，这样不仅增加了人工成本，而且对供水泵站运行状态的统一管理带来很大的不便。基于供水泵站运行现状，本文针对性的对城市供水管网自来水泵站集控中心建设进行研究和分析，统一了区域供水泵站运行管理，实现智慧水务及泵站管理运行信息化建设的要求。

1、集控中心建设研究

集控中心，顾名思义就是中心集中控制，其基于自来水泵站自动化、网络信息化及中心智能化进行建设。通过集控中心的建设，实现供水区域各泵站的生产数据信息全面覆盖，并远程控制，实现了自来水泵站的实时集控和高效运营，形成可靠的应急指挥平台。同时通过集控中心提高供水区域内各泵站的自动化控制水平，实现信息资源的互通、整合与共享，进行功能反哺，进一步提高各个泵站的生产运行水平。

本文根据自来水泵站集控中心功能建设实际应用需求，在对自来水泵站现有状况进行分析的基础上，确定了集控中心建设的相关功能模块。

1.1网络传输系统

由于自来水泵站地域分散，要实现集中控制，网络传输是基础。由于自来水数据的重要性及集中中心需要实时监控，因此对网络的安全性、稳定性、及时性都有较高的要求。另外泵站一般均有生产监控摄像头，这部分视频监控信号也需要上传，也只有上传了这些信号才能最终实现泵站无人值守，集控中心远程监控。综合以上因素，就要求网络传输系统不能只采用无线网络进行传输，而是要选用有线网络进行传输，即可以选择各运营商的VLAN专线业务进行信息传输，同时考虑备用无线网络，实现网络冗余，故障自动切换。

需要注意的是网络传输系统建设前需要核算泵站相应的带宽，包括视频信号带宽和生产数据传输带宽，泵站计算单站点上行带宽需求，集控中心计算所有接入泵站的下行带宽需求，并预留一定的带宽余量，同时做好视频和数据的带宽分离传输，相互不影响。

1.2数据实时监控系统

数据实时监控系统主要用于各泵站远程监控。可以采用Wondware平台软件，分布式部署。系统主要实现以下功能：

（1）数据实时采集。数据采集软件部署于泵站服务器，连接泵站本地控制系统，进行数据采集，向泵站及中心可视化节点提供实时数据。如果中心和泵站网络中断，不影响泵站实时监控，同时该数据采集软件向工业实时数据库提供数据。

（2）数据断点续传。在网络中断时，数据能够在泵站本地服务器自动缓存，待网络恢复后数据补传至数据库。

（3）数据历史存储。在中心及某泵站配置相应的工业数据库，实现数据的历史存储及灾备。

（4）数据可视化展示。在集控中心根据值班人员数量设置相应的可视化节点操作员站，部署泵站生产工艺流程开发系统，实现各泵站的集中可视化实时监控。可视化节点可根据要求实时扩展。

（5）语音报警提示。在集控中心上位机系统中可以实现各自来水泵站主要生产数据异常语音报警、提醒现场值班人员进行及时干预;报警可按重要程度分级设置，具有相应的优先级。

（6）报表统计功能。根据用户需求自动生成相关的系统报表，比如日报表、月报表、年报表等。

（7）集中管理功能。在集控中心设置应用对象管理服务器，主要用于節点管理，集控中心可以通过管理平台下载、更新、控制各泵站节点。

（8）系统扩展功能。能够根据后续生成需求进一步进行系统扩展;系统应具有相应的开放性扩展接口，和第三方进行数据交互等。

1.3、WEB展示系统

WEB展示系统是一个直观的、综合的、多业务、多场景展示平台。主要是对各泵站的生产数据进行分析计算，形成指标进行展示，并对所有泵站的整体运行情况进行形象、直观的展示，其主要包括以下几个场景：

（1）WEB首页。首页主要基于地图实现对泵站的地理位置、集控中心的地理位置、重要用户地理位置及其之间的关系进行标注，并对各自来水泵站的供水区域进行展示，并结合监测点压力实现热力图展示。所有的展示均在不同的图层，以便单独展示。 首页还包括一些综合信息展示，如各泵站的进、出水压力实时动态展示;各泵站的主要指标的合格率及泵站的综合体征进行展示;泵站的供水能力进行实时动态展示等。

（2）运行监控指标面版，展示具体到某一泵站内部指标实时信息。如实时展示当前泵站浊度、压力、余氯、流量、旁通余氯指标;极值监测，统计各项指标极值并展示;实时进出水水质流量的折线图等。

（3）运行监控动态工况面板。这是运行监控的另一种展示形态，可以通过html5 canvas技术直观形象的展示泵站内部各个装置的连通图，结合动态检测数据实时改变图形开关、阀门等开闭装置的状态及示数，清晰直观的把控站内动态。

（4）趋势分析。将不同泵站监测的所有指标进行横向对比，包含相同指标对比，不同指标趋势对比。

（5）智能研判。这个功能主要是在数据积累一定量的情况下进行开发，将近一个月站点内各类指标异常情况及近半年站点内异常情况数据代入设计研判模型，得出研判结果，指导生产。

（6）系统配置。这相当于系统后台，包括用户信息配置及可配置告警的类目及阀值等。

1.4、大屏显示系统

大屏显示系统主要用于WEB展示平台的硬件支撑，其主要包括大屏幕拼接墙和坐席模块。坐席模块应满足值班人员24小时值班的舒适性需求;大屏幕拼接墙是将高清晰度、数字化显示、多屏处理、信号切换、网络等技术应用综合为一个整体，形成一个智能化、操作简便和迅速的集中控制显示系统。通过拼接墙显示系统可以实现用户应用系统中计算机信号、视频图像信息的综合显示，主要包括生产工艺过程显示和现场视频监控显示等相关内容，最终形成一套技术先进、多信号源集中控制、大数据量处理、实时准确显示的管理控制平台，从而满足用户集中管理、调度、判断和决策指挥的需要。

2、集控中心组成

2.1、系统拓补图

根据对自来水泵站集控中心建设功能的研究分析，集控中心建设主要由网络传输系统、数据实时监控系统、WEB展示系统和大屏显示系统构成。在空间上集控中心则主要有监控中心和各自来水泵站现场站点组成。其系统拓补图如下：

2.2、集中监控中心

集中监控中心主要由网络传输及安全设备、操作计算机、服务器、大屏拼接墙及相关软件软件组成。

网络传输及安全设备主要包括路由器、交换机及防火墙。路由器及交换机主要用于中心和各自来水泵站组网建设，通过运营商专线构建一个相对较安全的VLAN。防火墙主要用于外网访问安全控制。

操作计算机和服务器主要用于部署相关的工控软件及应用软件，以实现上位机监控功能的硬件支撑。

大屏拼接墙主要有LED显示屏拼接而成，通过视频拼接处理器实现软件系统的展示。

相关软件主要包括组态应用软件和WEB平台软件，通过定制开发实现用户需求的各项功能。

2.3、自来水泵站现场站点

自来水泵站现场站点主要有自控仪表系统、服务器及操作计算机、网络设备等组成。

要实现泵站的集中控制，泵站自身必须具有完备的自控仪表系统，这是集控中心建设的基础条件。自控仪表系统主要包括PLC控制柜、泵站相关水质仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表等。同时，在泵站部署服务器及操作计算机，以实现泵站自身的全自动控制及人工控制，预留远程接口，通过网络设备和运营商专线实现集控中心的远端监控。

3、实际应用

该自来水泵站集控中心建设研究方案在上海市自来水奉贤有限公司泵站管理所进行了建设应用。该泵站管理所集控中心的建设主要完成了以下几方面的工作：

（1）、网络搭建。各泵站与集控中心的网络采用电信的VLAN业务完成组网，集控中心申请一条固定IP专线，用于数据发布。在各泵站部署安装了1套路由器;在集控中心机房部署安装了1套中心路由器和1套核心交换机;外网专线配置了1套防火墙。

（2）、实时监控系统开发。主要软件部署及功能如下：

1）各泵站配置数据采集软件OI Servers ，部署于各泵站配置的数据采集服务器上，用于连接现场控制系统进行数据采集，向泵站及中心可视化节点提供实时数据;如果中心和泵站网络中断，不影响泵站实时监控，同时该采集器向工业实时数据局库提供数据;该服务器还可以用于节点管理，监控中心可以通过管理平台下载控制该泵站节点，同时在断网情况下，数据可以通过该服务器缓存在本地，待网络恢复后补发相关的数据。

2）在中心设置2台操作员计算机，部署可视化节点软件，即组态监控系统。整个组态在中心开发，通过管理服务器及应用程序服务器下载部署至各个泵站，后期还可以根据需要扩展可视化节点。其中的1台操作员站也用于工程师站，配置1套开发软件，用于整个系统的开发。

3）在中心设置1台服务器，部署Galaxy储备库，即系统平台软件的管理服务器，用于管理整个系统各节点的运行。

4）在中心和某一泵站分别设置1台数据库服务器，分别部署1套工业库，两个工业库互为冗余，提高系统的可靠性。

5）集控中心语音报警。各泵站及中心可视化节点可对现场设备进行监视和控制、对现场出现的异常情况进行语音报警。

6）系统报表统计。根据用户实际报表格式，进行报表系统开发，可查看当前及历史数据报表和曲线，实现了年、月、日报表系统自动生成、查询等报表功能。

（3）数据存储分析及WEB平台开发。数据存储分析平台主要实现生产数据的存储，保障历史数据的完整性，并对相关的数据进行计算分析，得到对客户生产有用的数据WEB凭条展示;WEB平台的开发：包含各泵站数据展示、数据分析、数据趋势、地理信息、调度决策、报警信息以及所有泵站的综合运行指标等相关功能模块。

（4）大屏显示系统。大屏显示系统采用3行4列，共计12块55寸液晶屏拼接而成，集控中心各操作站及服務器通过视频拼接图像处理器投屏，实现了WEB平台及生产监控平台的大屏展示。

总的来说，在2019年该方案通过在上海市奉贤自来水公司泵站泵站管理所的建设应用，基本实现了设计要求的各项功能，目前该系统运行正常，验证了方案中的各功能设计，满足了泵站集中控制的基本要求。

结语

自来水泵站集控中心建设研究是对泵站远程无人值守及智慧水务的一次功能分析，该方案通过在上海市自来水奉贤有限公司泵站管理所的实际应用，通过中心和各泵站见网络搭建、数据实时采集软硬件的部署调试、WEB平台的开发和大屏显示系统的建设，最终实现的泵站管理所集控平台要求的各项功能，为泵站运行管理提供了良好的支撑。

参考文献

[1]黄强.泵站自动化集控系统应用研究与实践.城市建设理论研究，2015，（35）.

[2]周涛.城市自来水泵房监控系统研究与实现[D].江苏大学，2008.1-44.

[3]叶彩霞.无人值守泵站自动控制系统设计应用[J].机电信息，2012，（36）.

[4]贾斌，冯晶.基于PLC控制的多泵站远程监控系统设计与实现[J].南水北调与水利科技，2011.

[5]吴坎.无人值守给水泵站群自动化系统研究与应用[J].给水排水，2016，（6）.132-137.

[6]杨永春，沈俊江，潘自林.分层分布式自动化控制系统在泵站改造中的应用研究[J].中国农村水利水电，2011，（3）.123-127.

[7]陈金法.泵站自动化控制系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2011.

[8]陈燕红，古丽米拉·克孜尔别克，谢卫国，吕永杰.Web页面三维动态展示技术研究与应用现代电子技术，2018， 41（20）.

作者简介：周叶（1983-），男  ，本科 ，汉 ，上海奉贤 ，上海市自来水奉贤有限公司副总经理，工程师，从事研究现代化供水企业的安全优质供水及高效运营管理。

（上海市自来水奉贤有限公司  上海  201400）