亚控科技软件在台湾中港抽水站监控系统中的应用

北京亚控科技发展有限公司 顾 懿

1 背景

台湾省台北县新荘市中港地区由于地势低洼，贵子坑溪和中港大排两大排水干线的大水都流向这里，导致附近民众长期以来深受水患，尤其是当台风来袭会在短时间内带来大量降水，由于排水能力不够更会造成该地区大范围淹水，灾情相当严重。

上世纪80年代初，台北县政府为了解决淹水问题，修建了中港西抽水站，设置了8个抽水机组，总抽水量达64CMS，用以收集新荘、泰山、五股地区流经的雨水，包括台一线公路以北，中山高速公路以南之低洼平地，集流面积广达1,660公顷。主要以新荘市区及五股工业区为主，将新荘市中港、辅仁、泰山及五股低洼地，经中港及贵子坑溪两大排水干线汇集于五股工业区西北角，排至大窠坑溪，平时雨水少的季节，均以重力自然排水；并于出口处设立中港西抽水站，当雨季尤其是台风季节来临，大窠坑溪水位高涨后比排水干道的集水区水位高时，重力闸门关闭并通过中港西抽水站进行机械排水，以达到快速排除市区水涝的问题。

由于长期的泥沙沉积，造成大窠坑溪河床已经高于堤防内的中港大排，所以已经不能靠重力排水方式将中港大排的水排入大窠坑溪，但是因为中港西抽水站进水的水力条件不是很好，也使得中港西抽水站的排洪效果不能达到原始设计的期望成果，因此每逢细雨整个新荘地区都依赖中港西抽水站机械排水。中港西抽水站的建成虽然一定程度上缓解了水患，可是中港抽水站附近区域的土地未来将成为台北的新都心，台北县政府也已经在正式开发周遭的土地，因此由于中港西抽水站抽水能力明显不足，附近地区在暴雨期间仍然经常淹水。

为永久解决新荘地区的水患，台北县政府于2004年陆续扩建了中港西抽水站，增建了中港东抽水站，并制定了以下目标：

（1）扩增中港西抽水站的抽水容量，增加两部10CMS抽水机组。增建中港东抽水站，两部5CMS的沉水式抽水机，4部13CMS的轴流式抽水机，共计146CMS，以彻底解决水患；

（2）收集并整合中港东、西两个抽水站的实时监测信息，并实时显示于中港东、西站控制室内设立的水情展示及监控系统中，以达到东、西两站联合操作的效果；

（3）构建中港东、西两个抽水站集水区水位、流量、雨量GPRS无线采集系统，为类神经水情预测系统提供实时水位、流量、雨量数据，类神经水情预测系统提供抽水站前池水位未来5分钟、10分钟及30分钟的水位预测，警示功能。

2 项目规模

增扩建后，中港东西两站抽水机组总数为16部，重力闸门24扇，粗格栅12台，细格栅14台及其他相关引水闸门、冷却水系统、燃油系统、发电机等设备。

除上述设备之外，中港东及中港西上游增设了6个流量站、6个水位站、4个雨量站，并且配备类神经水情预测网络系统，用来预测未来一段时间内上游水情变化趋势。

经过扩建后的中港抽水站，总抽水容量达146CMS（远高于目前所需求的134CMS），也就是525600吨/小时，抽水能力非常之大，完全可以达到快速排涝的效果。如图1、图2是增扩建后的中港东西两站平面图。

图1 中港东抽水站平面图

图2 中港西抽水站平面图

3 项目业主、集成商、设计院

（1）业主：台北县政府

（2）监造单位：万铭工程科技股份有限公司

（3）总承揽商：信大环境工程股份有限公司

（4）系统集成：英硕系统科技股份有限公司

4 项目主要软硬件产品

4.1 主要硬件产品

PLC：贝加莱B&R

工控机：研华工控机

服务器：IBM服务器

网络交换机：MOXA网络交换机

4.2 主要软件产品

SCADA软件：北京亚控King View繁体中文版

工业库软件：北京亚控King Historian英文版

水情预测软件：台湾大学水工实验室

5 项目挑战

5.1 水情预测方面

本次项目扩建后，基于过去的经验，台北县政府深刻感受到监控系统缺乏水情预测是一个很大的缺失。因此本次扩建目标中明确提出要增加水情预测系统，即水位流量预测分析系统，以做到防患于未然。

水情预测系统要求必须提供一套成熟的水情预测分析雏形系统，确保证实水位预测的可行性，逐步实施第二期及第三期计划，第三期实施完成后预期达到整个抽水站根据预测资料实现完全自动操控，以减少人力支出及人为造成的事故。

为达成上述目标，必须要有一个强大的数据库支撑：以大量、快速存取现场的实时信息，进行长期的历史数据存储，为水情预测系统的分析提供足够的数据资源；同时要考虑数据量较大，实时性较高时对系统资源的占用问题、数据库系统的稳定性问题，必须要严格考虑。

2007年实施的原电脑监控系统使用的是Honeywell组态软件，数据库是Honeywell组态软件自身的历史数据库，已经完全不能满足上述对数据长期大量存储、分析的要求。

5.2 实时监控方面

本项目增扩建后，在设备种类和数量繁多、设备控制流程复杂、实时采集监控点数达3000多点的情况下，必须采取可靠的监控设备和技术，才能确保抽水机组在恶劣的台风天气能够正常连续运行，确保当地居民的生命财产安全。

本项目明确要求：上位监控系统必须能够即时显示各个设备的运转状况、即时记录所有设备的运转信息、即时记录各设备故障信息和产生的报警信息；可随时查询某一段时间内各抽水机组中关键点的工作情况，需提供基于水位等的各种重要监测信息的分析统计报表；不允许系统出现停止监控的情况发生，不允许有任何信息的遗失。

为了实现上述功能，该系统对数据存储和查询的功能、性能要求都极高，要求有方便的报表查询系统的支持，而该抽水站原有的软件监控系统不能实现对历史报警和历史数据的报表查询。

6 解决方案

为实现扩建后的中港抽水站达到想要的实时信息监测目标和及时提供水位流量的预测结果，台湾英硕系统股份有限公司作为本项目实施的系统集成商，决定选用北京亚控科技组态王软件King View和工业数据库软件King Historian，以此来构建整个抽水站的监控系统。同时和台北大学水工研究所合作完成水情预测系统的构建和结果预告。该系统解决方案融合了现场通信技术、数据库技术、SCADA/HMI技术、C/S技术等的一体化的数据采集监控系统整体解决方案。

6.1 完整的解决方案架构图

中港抽水站监控系统解决方案系统架构图，如图3所示。

图3 中港抽水站监控系统解决方案图

（1）为保障项目安全可靠，本监控系统全部采取冗余配置体系。

所有的PLC与上位监控计算机均采用双网络连接通讯，这种连接方式避免了单一网络系统中网络出现故障后现场实时数据不能及时传到监控中心的弊端。当主网络通讯中断时，通过PLC自动切换到从网，保证通讯链路不中断，为系统不间断采集提供了可靠性保障。

上位监控软件组态王也采用了双机热备配置；其构造思想是主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机处于工作状态，实时跟I/O设备通讯完成对实时数据的监控；从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，从机将会在很短的时间之内代替主机，完全实现主机的功能。

（2）工业数据库King Historian和水情分析预测雏形系统充分结合，是水位预测高准确性的关键措施。

• King Historian是北京亚控科技发展有限公司面向现代化制造型企业推出的工业数据库产品，具有以下特点：

• King Historian可以在线连续存储，并达到15万条记录/秒的存储速度；King Historian单客户端单点查询速度达到平均20万条记录/秒, 256个客户端并发查询，每秒可达2万条记录；King Historian稳定支持256客户端并发查询。

• King Historian单台服务器可支持100万点的数据点。

• King Historian数据压缩可压缩掉25%～95%的数据，具有超大的数据存储容量，可实现长达数年的历史数据保存和归档。

• King Historian具有高可用性、高容错性（健壮性）和高可靠性，支持双机冗余配置。

• King Historian支持开放的数据访问接口OLEDB（ADO）、SQL-92（99）、XML、OPC标准，可与其他系统方便交互实时、历史数据。

类神经网络系统是台湾大学水工所推出的一款基于水位预测分析系统，该系统主要原理是模仿人类神经系统(能够大量且平行式处理各种数据信息)，而设计出了一套水位分析预测模型。其建构模式就是建构过程中需对输入资料信息做相关性分析，以确认各监测点水位与流量、水位与雨量间的相互关系，以此来预测下一时刻关键地区水位的情况。该系统经过多年的项目运用经验和不断修正，目前水位预测的准确度得到业内的高度认可。

（3）完善的基于分布式网络监控系统，督导单位可使用3.5G的GPRS无限网络通过VPN方式可随时随地掌握抽水站运营实况。

（4）水情预测分析结果随时以短信方式按不同权限发送给台北县政府及水利署河川局及新莊事公所指定人员，以方便他们随时向抽水站提供技术支援。

7 运行效果

中港抽水站自动化系统于2009年2月开始运行测试，同年3月正式启用。北京亚控组态王和King Historian软件在中港东、西抽水站成功应用以后，成功实现了对抽水站所有设备的实时监控，并能实时显示水情信息及完成水情预测和通知，方便了抽水站人员对设备的操作和维护，更为台北县政府解决当地民众的淹水问题提供了可靠的保证。

台湾内政部长李逸洋指出，中港东抽水站的及监控系统的全面启用，是新莊市民一大福音，中港大排东西抽水站的总抽水量，仅次于台北市的玉成抽水站，抽水防洪系统相当完善。