B3-1 二次供水远程监控系统技术方案.

二次供水设备远程监控系统

技术方案书

上海创韬自控科技有限公司

二零一五年七月二十八日

目录

1设计依据 (2)

1.1建设远程监控的发展要求 (2)

1.2设计原则 (3)

1.3系统概述 (5)

2系统组成原理 (6)

2.1中控室 (7)

2.1.1硬件 (7)

2.1.2 软件 (8)

2.2二次供水设备终端定义 (9)

3供水设备远控软件的功能定义 (11)

3.1数据流程规划 (11)

3.2通信服务程序的定义 (11)

3.3对供水设备的兼容性 (12)

3.4对泵站或测压点数据操作的实时性及简易性 (13)

3.5对供水设备或测压点监测信息的完整性 (14)

3.6设备的历史数据报表及曲线分析 (16)

3.7疑点分析 (18)

3.8设备的远程控制及报警机制 (18)

3.9分级管理 (20)

3.10设备的安保管理 (21)

3.11设备云图 (22)

3.12运营情况分析 (23)

3.13移动终端数据浏览 (23)

4系统软硬件技术细节描述 (24)

5项目实施质量的保证——行动偏差表 (27)

附录A 部分成功案例 (29)

附录B 数据变量采集表在兼顾数据完整的情况下，又预留50个变量作为后期使用 (32)

1设计依据

1.1建设远程监控的发展要求

饮水安全是现代化城市可持续发展的重要基础条件，供水企业提供优质、安全的饮用水是建设健康、和谐社会并促进经济发展的基础。

池州全市现有已经正式运营自来水二次供水泵站约有十多座，由于各二次供水泵站地理分布遥远，泵站的运行情况、水质数据等信息受到地域限制及通信服务普及程度不同的影响，无法实时反馈到自来水公司，大多依靠定期向行业主管部门提交人工填写的纸质报表或电子报表的方式进行管理，这些方式效率低、准确性差，反映缓慢。尤其是现场出现了运行故障等问题，行业主管部门不能及时发现，存在着严重的信息滞后、事故处理周期长等问题。为此，迫切需要建立一个集自动化、信息化、智能化为一体的二次远程在线监控系统。

建立“池州城市二次供水远程监控系统”信息管理平台，实时在线监测全区各二次供水泵站的电机运行、阀门状态、流量等指标，将数据汇总到池州市自来水厂，进行实时监控，及时、准确地掌握泵站运行信息，以便及时发现问题，并讯速做出反应，另一方面，还可以通过对历史数据的分析，对自来水生产工艺提出改进、调节建议。

预计5年内接入本系统的二次供水设备的数量超过500套；且本设计可容纳供水设备的总套数不设上限。

本文件描述了系统中涉及的所有软硬件组成部分的技术特性和功能特点。

1.2设计原则

鉴于当今信息化的迅猛发展，建议对该项目采取“统筹考虑、全局规划、分步实施”的形式，稳步实现该项目的规划目标。设计的基本原则为：

(1) 合理性：

采用运行安全可靠、经济合理的工艺流程。

(2) 节约性：

积极稳妥地采用先进技术和设备，合理利用资金，提高自动化程度和管理水平。

(3)易用性：

通过优化界面的配置过程，充分考虑人机交互性，产品简单易用，适合更层面人员的操作使用。

(4)可靠性：

采用国内稳定的组态软件，采用主流的操作系统、数据库及网络架构模式，充分发挥组态软件的稳定性能。

(5) 安全性：

从软硬件二个层面实现对安全性的控制；

①在与公共网的接入界面上，采用专用防火墙系统，防止非法用户的恶意入侵，提供系统总体闭环检测及网管方案。

②系统将提供运营管理监视功能，当系统中关键模块出现工作异常，监视软件都能够及时提示系统维护人员，指明故障原因，及时排除隐患。

③在网络断开阶段缓存在本地的数据是可信赖的。

(6) 扩展性：

①在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点对系统终期容量及网络发展设想进行方案设计，中心系统采用叠加式模块升级方式，逐步实现平滑扩容；

②采用三层体系结构设计思想，通讯层、业务层、应用层相互独立，降低系统维护升级的复杂程度，提高系统的更新、维护和升级的效率；

③软件系统使用先进的网络开发平台，结合模块化和结构化的设计思想，既考虑到当前使用的易用性，更具有适当的超前性。

(7) 规范化设计即S26原则：

为保证所设计产品的质量，提升服务效率；创韬自控的技术专家们依据多年模块化设计经验，为规范设计特别提出技术研发服务的S26原则。

?STEP1：约谈意向

双方约谈达成技术需求或依据技术需求，初步确定技术验收标准。（至少3次会议纪要形式）

?STEP2：概要设计

以技术需求为设计任务；首先以Axure RP+PS完成概要设计，含操作指引、流程说明及必要的配图和文件说明，以完成概要设计。（使客户所见即所得，在设计未完成之前，已基本看到软件功能概貌）?STEP3：完善设计

将概要设计的信息以幻灯片形式进行展示，分步详述其操作情况，听取相关方的意见，经过详细论证与沟通完善概要设计的内容，达成设计决议；完善验收指标。（相关技术文档及会议纪要）

?STEP4：详细设计

以模块化、协同设计方式，完成技术功能代码、美工制作、功能模块测试等过程。（设计开发技术文档及功能说明书、安装程序包。约一至二个月）

?STEP5：技术验收

以技术设计任务书中约定的技术验收指标完成相关的验收工作；该类任务的结束，意味着产品进入质保期。（验收报告）

?STEP6：维护服务

在质保期内，依据规范化的流程提供维护服务。（相关服务内容及技术指标均有会议纪要）

(8) 完善的项目管理：

本系统开发严格遵照国家软件工程规范进行，根据开发进度及时提供有关开发文档，包括软件需求说明书、数据要求说明书、系统设计说明书、数据库设计说明书、测试计划、用户手册、测试分析报告、系统维护手册、操作手册、系统安装手册。

1.3系统概述

在地理位置上本系统分为中央控制室和二次供水泵房或管网压力采集点两部分。中控室位于池州市供排水二次管理办办公室内，二次供水泵房或管网压力采集点则分散于各个辖区或压力采集点;该系统主要包括

三个层次：监控中心、网络层、二次泵站监控层。由于存在地理分布规模较大，本系统的网络连接也是广域分布的。中控室局域网为100/1000Mbps以太网，由数据服务器、上位机等计算机构成，和现场的供水设备或管网压力采集设备进行实时数据交换。初步拟定中控室局域网与二次供水泵房或管网测压点之间通过GPRS无线网络构成广域网。2系统组成原理

根据供水监控站点的实际情况，充分融合现场电控设备的功能，结合该软件的兼容性、扩展性和跨平台性的功能特点，其传输原理如下。

图1 数据传输原理图

该系统充分利用了移动网络和互联网系统的优势，将现场设备的运行情况通过网络实时传输到管理平台。实现了数据的实时交互，确保现场设备安全稳定的运行。

根据供水行业二次供水设备的分布式特点，结合监控软件的网络架构与数据传输原理，其系统整体实现原理如系统网络架构图所示。

图2 系统架构图

2.1中控室

2.1.1硬件

●数据服务器（2台）：通过建立的DELL机架式服务器将该软件系统

建立在该服务器上，一台服务器作为运行服务器，另外一台为备份服务器；而后用户可以通过水司会议室内的LCD拼接屏或投影仪呈

现整个管理泵房的全貌并对其进行参数修改及配置等操作。数据服务器用于存储现场采集的历史数据和综合运行管理信息，该数据服务器可以与水司的本地服务器进行数据共享，以便及时进行数据备份。

●监视计算机（9台）+24寸显示器：为了对所辖的二次供水进行统

一管理，设计9台监视计算机供员工实时调度观察与紧急操作使用。

●WEB服务器：为达到互联网访问的要求，提供一台WEB服务器，

以便在授权许可的情况下，实时访问二次供水设备的数据。

●安全设备：采用华为防火墙，确保系统的安全。

●视频服务器+综合平台一体机：采用海康威视IS系列视频服务器，

可以轻松显示泵房内部视频的无缝接入。

●LCD拼接屏：采用6块三星46寸高清拼接屏，充分体现全局视图与

局部视图的高速成像与切换。

●UPS：采用山特UPS不间断电源，充分保证系统的电源需求。

●其他网络设备：光交换机、工业交换机、单反相机、防雷设备、短

信模块等。

2.1.2软件

软件系统具有如下主要特征：

●组态软件：采用组态王组态软件以适应不同厂家设备的通信接口及

协议的不同；能够支持多种通讯方式，包括光纤、GPRS、CDMA 等。采集设备可更换通讯模块，以支持不同的运营商；并确保系统的兼容性与稳定性。

●C/S+B/S架构：对泵房设备采集控制软件平台采用C/S + B/S架

构，实现对全市二次加压泵房运行情况安全、高效地实时监控。

●视频影像处理：视频监控、入侵检测及超限联动报警等功能，由视

频摄像机监控泵房运行情况，通过与入侵检测即动态侦测和定时上报等方式的联动录像，有效提高视频监控资源的利用率

●数据冗余备份：将采用的参数如实时数据的采集、监测与报警记录，

泵房设备的远控记录等数据可以实现自动定时备份和手动实时备份处理。

●权限管理：通过不同的权限级别实现不同的操作任务，分为工程师

站和一般用户站等类别，以保证供水调度中心、泵房运行维护部门的有效运营，并可以对所有的泵房泵站状态进行远程干预。

●门禁管理：建立泵房门禁刷卡系统，可以实现对人员进出时间等的

统一管理。非法进入联动报警等功能，通过与入侵检测的联动录像，有效提高视频监控资源的利用率。

2.2二次供水设备终端定义

为充分发挥本套系统的功能优势，特建议在二次供水设备终端增加必要的硬件设施，以便对供水设备进行可靠的管理和统计。具体详见下表：

3供水设备远控软件的功能定义

3.1数据流程规划

拟建立2套远程监控控制工作站。泵房设备采集控制系统由通讯服务程序、数据库、实时监测客户端、WEB浏览系统、移动服务端这五部分组成，其中通信服务程序负责二次供水监控终端的实时监测数据的接收、解析、存储及控制参数的设置；数据库负责数据的实时存储；实时监测客户端主要负责实时监控、报警显示、数据分析及远程控制指令的下达；WEB浏览系统实现WEB数据浏览、报表查询打印；移动服务端实现手机的泵站数据浏览。

3.2通信服务程序的定义

该子系统主要应用者为系统管理员，用以接收实时数据，并对数据进行解析及存储，主要应包括站点管理、监测参数配置、运行配置。

3.2.1 站点管理：实现二次供水泵站的增加、删除及信息配置。配置信息包括站点名称、通讯方式、隶属区域等信息。

3.2.2 监测参数配置：实现对二次供水泵站相应参数的配置，如：水

压、液位、水质、频率、水量、电量、温度及开关量数据等。配置信息包括参数编号、名称、类型、量程、通道号、脉冲量放大倍数、脉冲量底度数等。除常用的参数外，还需考虑监测参数的扩展，可实现灵活增加。

3.2.3 运行配置：实现通讯服务程序运行参数的配置，包括监测端口、数据库连接配置等（可连接泵房不少于500处）。

3.3对供水设备的兼容性

通过为期二天的现场泵房考察，分别对五家供水设备及管网测压采集设备进行了实地考察，总体来说，供水设备的控制器分为三种类型，一种为西门子S7200系列PLC，另一种为和利时的ML3100系列PLC，最后一种为专用控制器；综上所述，建议采用西门子S7200系列PLC为核心设计模块，其余二种控制器则通过智能泵卡转换器即SPC105将其数据转化为符合西门子S7200规则的数据；而后与无线GPRS DTU模块连接，实现数据无线上传的目的。

图3 供水设备协议融合框图

3.4对泵站或测压点数据操作的实时性及简易性

该软件实时采集从现场层送上来的现场重要数据，并将数据以图文并茂的形式显示于监控页面中，监控人员可以根据屏幕显示对现场的情况进行实时监视，即当现场发生任何变化（如有报警信息产生）界面将随之变化并发出警报信息。在监控层的操作人员将第一时间内得到现场的警报信息，警报信息的表现方式除可以在屏幕上会有动画/闪烁/列表/人声等提示外，还可以以短信等方式通知不在现场的管理人员。对应需要采取控制的情况，可以通过远程操作对某泵站设备进行紧急处理，例如：调节供水设备的设定压力、设备的紧急停止与复位、对某台泵的单独控制等等。

软件允许用户在运行环境下，对供水设备站点或管网测压点信息进行添加、修改、删除等操作。用户可以实现1分钟内对新泵站的增删改操作，操作非常灵活。

该软件通过实时在线，动态响应技术，可以实现对所辖泵站的远程召测指令，从下达指令到设备响应并上传数据到云端的总体时间在10秒以内；而对于远程控制指令，则供水设备或管网测压点的响应时间在3秒以内。

注意：该软件将自动记录用户对所辖供水设备或测压点的操作情况，如需要对供水设备进行远程操作，请慎重。

3.5对供水设备或测压点监测信息的完整性

该软件将现场设备的相关信息分为二类，一类为基础建设信息，如站点小区名称、地理位置、小区概况、增压供水分区情况、用户总量、设备投入日期、设备信息、泵的用量、厂家信息及联系人等信息；另一类为设备运行信息，例如：无水故障、变频故障、软件超压保护、出口电接点超压保护、相序保护、手动超压保护、手动变频、报警确认、门禁信号、积水坑液位开关、漏水监测开关、进线三相电压、进线三相电流、进线有功电量（如采用电量变送器）、变频器工作频率、出水累计流量、出水瞬时流量、1#泵空开跳闸、1#热继过载、1#泵投入/脱机（随泵台数的增加而增加）、各台水泵的状态（脱机/投入、变频、工频、停止、故障），设定压力，供水压力及其波动曲线，水箱的液位，电动阀的状态（开阀、关阀），设置参数（定时轮换、定点轮换、轮换时间、水泵机组所用参数设定），水质在线监测参数如PH值、电导率、温度、溶解氧、浊度、余氯等；具体详情，请参看附件B中的变量表部分。

3.5.1 实时数据的分类：

a. 实时数据分类型监控：

可选择显示一类或多种类型的监测数据，如可以选择显示压力数据，也可选择既显示压力数据又显示流量数据，或选择显示所有监测值，每种不同的监测类型都有相应的配置界面，可配置显示顺序、显示的点和不显示的点。

b. 实时数据分区域监控：

按通信服务程序中的区域配置，可选择显示某个区域，或全部区域的监测数据，区域选择与按类型选择可同时使用，即可以选择显示某个区域某种类型的监测数据，也可以显示某个区域全部类型的监测数据。

3.5.2站点监控及图形显示

a.显示每个站点的设备运行情况，包括泵的数量及各参数值。

b.按站点切入视频监控播放窗口，可播放站点的实时监控视频。

可采用地形图或空间方位示意图的方式进行各泵房参数监控。图形可自由缩放，可显示全区地图，也可显示分区地图。

图4 泵站列表一览

3.6设备的历史数据报表及曲线分析

该软件提供实时曲线、历史曲线对数据进行显示记录，以方便用户根据曲线走势进行系统分析；还提供报表查询、打印功能，有值班报、日报、月报，可根据需要输入起始时间、终止时间和采集频率的不同而查询相应时间段的数据报表。还可以通过高级选项设定查询数据的显示类型，如最大值、最小值、平均值等。用户可以直接将报表输出打印。也可以将报表导出到EXCEL中进行进一步的发分析与处理。

图5 历史报表（日报、月报、年报、自定义报表）

图6 历史报表（关键数据统计即最小值、最大值、平均值）

图7 实时曲线（关键数据曲线显示）

3.6.1 曲线类型：

（1）历史监测曲线：设定任一时间段及某一监测数据（或多个监测数据），配置数据选取间隔，形成一条或多条历史监测曲线。

（2）实时监测曲线：显示当天为止选定的在线监测曲线。

（3）以上曲线可设置颜色，以便多条曲线共同显示时进行区分，曲线可支持缩小、放大、移动等操作，鼠标移至曲线上时显示监测值。

3.6.2 历史数据查看形式：

a.按站点查询某一天或某几天的历史监测数据，设定某一站点某一天，显示当天该站点所有监测值。

b.分类查询历史监测值，可以显示单个站点的特定监测值，如把某一天的所有出水压力值显示出来，并可显示最高与最低值、平均值。查询结果可以设定时间间隔，最小间隔根据数据库存储而定，最大为一个小时，并支持打印及导出到EXCEL表中。

3.6.3 统计分析：

提供压力、液位、电流、频率、瞬时流量、累计流量、余氯、浊度、

PH值、泵运行状态、故障报警等值的分析。分析结果通过表格文字、图形的方式展现。取值间隔可以灵活设置。

a.对同一站点不同日（月或年）的对比分析。

b.对同一天不同站点（但具有相同的设定参数）的对比分析。

以上分析结果（表格、图形）都可以打印，并导出到EXCEL表中，以供泵房办公分析之用。

3.7疑点分析

软件对系统运行中的操作、数据变化、报警等提供分类的信息查询功能；可统计任意一测点在一段内进行分析，找出异常现象，依据事先预设的规则，对所采集到的数据进行进一步细化，及早挖掘有效信息，及时反映设备运行情况。

3.8设备的远程控制及报警机制

3.8.1 远程控制：

远程控制包括远程启停水泵机组、电动阀及对控制参数的设置。

（1）实现对控制参数的远程设置。

（2）实现开关量的控制：主要应用于水泵机组启动或急停控制等。

（3）广播校时：系统监测考虑一个时间统一性，数据库服务器、通信监测主机、现场监控终端都有一个时间同步问题，所有时间都以通讯服务器时间为准。

（4）数据追补：当泵房站点运行正常的时候，由于通信问题等引起