基于物联网技术的水厂设备监测信息化管控平台

贾建明

摘 要：文章介绍了基于物联网技术的水厂设备在线监测信息化管理平台架构。通过该综合管理平台，建立各个智能化监控子系统间的协调与联动，及时发现并消除水厂生产过程中的各类安全隐患，对原水生产中的人、机、物、料、安全等事件的全过程智能化监测与管控，实现智慧供水，保障城市供水安全。

关键词：物联网技术；水泵机组；设备健康；智能化管控

中图分类号：TP391.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）16-0183-02

Abstract： This paper introduces the information management platform architecture of on-line monitoring of water plant equipment based on Internet of things technology. Through the integrated management platform， the coordination and linkage among various intelligent monitoring and control subsystems are established， and all kinds of safety hidden dangers in the production process of the water plant are found and eliminated in time. The whole process of intelligent monitoring and control of human， machine， material， material and safety events in raw water production can realize intelligent water supply and ensure the safety of urban water supply.

Keywords： Internet of things technology； pump unit； equipment health； intelligent control

1 水廠设备在线监测信息化管理平台架构

上海城投原水青草沙原水厂生产设备在线监测信息化管理平台是基于物联网搭建的共性平台，是典型的物联网三层架构，由感知层、网络层和应用层组成[1]。其中感知层主要由集成了传感、数据收集、处理和无线通讯能力的传感器组成，实现对水厂生产现场的设备和人员实时在线信息采集功能。网络层主要实现信息的传输，一般包括接入层和核心层，这是智能供水物联网中相对独立的部分。布置在现场的信息采集节点上传数据到骨干节点，骨干节点通过网关接入核心网，从而将数据传送至中心控制站。应用层集成多种通信协议、良好的图形化人机交互界面和完备稳定的数据库，主要以被监测设备为对象，接收与被监测设备相关的数据，并对数据进行存储、分析和处理。应用层的数据处理主要实现网络层与水厂应用服务间的接口和数据调用，实现对设备运行状态的监控，并对可能出现的故障做出预判评估。控制辅助系统间的协调联动，及时消除异常情况造成的影响，同时上传过程处理报告至远程集控中心。具体原水安全生产信息化管理平台架构图见图1。

该平台包含以下子系统：原水安全生产信息化主控软件平台，110kV GIS断路器SF6微水、气密度、局放在线监控子系统，电力设备主接线在线监测子系统，远程音频、视频监控子系统，柜门状态、设备管路渗水监测子系统，人员车辆定位监测子系统，设备巡检及运维安全管理子系统等。同时该平台采用IEC61850通信协议，具备机器间交谈能力，自动进行信息采集、处理、存储与分发。

2 水厂一体化信息平台软件系统

水厂一体化信息平台系统可以整合各个物联网监测子系统的数据和存贮，并通过图示化的界面展现在管理人员面前，用以评估水厂主要生产设备的运行状态，及时对各类异常情况进行预判，实现了对各个监测子系统协调和管控，及时发现和消除设备的隐患，最终可形成设备系统的异常评估报告并上报集控调度中心和上级管理部门处理。

2.1 软件设计思路

2.1.1 一体化设计和统一建模

水厂一体化信息平台软件系统所涉及的监控管理对象较多，有较强的专业特性，专业管理流程也不尽相同。目前该平台所包含的功能有三大类：设备检测数据及展示、告警提示与控制、系统安全与维护，三大业务管理功能构成了一个比较完整的设备系统监控平台的系统模型。系统采用面向对象的一体化建模方式进行统一建模，具有很强的动态调节能力，以适应企业管理不断变化的升级和发展需求。

一体化设计的动态化建模能有效地消除信息孤岛现象，实现对相关应用数据的共享和关联，为其他检测管理子系统间的数据交换并管理打下了坚实的基础。

2.1.2 构建标准化的管理体系

标准和规范化建设向来是信息系统建设的重点之一，也是成熟和发达的企业信息化管理重点，具有非常重要的意义。水厂一体化信息平台软件系统与各子系统之间存在着连接和数据交换。各监测子系统间由于出自不同的供应商，开发所用的语言不同、平台的技术构架也不尽相同，因此非常有必要遵循并统一到企业应用集成标准，以实现数据在不同的子系统间的共享和应用。

2.2 软件系统架构

水厂一体化信息平台软件系统分为子系统和主机系统。软件架构见图2。各个在线监测子系统采集数据存入本地数据，同时通过网关接入主机的关系数据系统。主机系统的主要功能包含了系统包括数据通讯、数据储存、数据界面、数据分析、数据索引、数据报警、信息发布等功能。采用关系型数据库开发软件，还提供实时各个子系统的实时监测数据库接口，从而使平台成为一个兼顾实时监控和历史分析的综合数据访问的一体化信息管控平台。

2.3 软件系统安全保障

2.3.1 系统安全

水厂一体化信息平台系统的安全保障体系设计不但自身拥有完善的安全管理保障体系，还充分利用现有防火墙硬件技术，具有比较完善的网络安全防护措施；并修订了相关的安全要求和规范，确保数据在存储、传输过程中的完整性和敏感数据的机密性。具有有效的应急处理和灾难恢复机制，确保突发事件后能迅速恢复系统。

2.3.2 应用安全

为了确保信息化系统运行环境的安全，确保主机资源安全，本设計方案具有灵活方便有效的用户管理机制、身份认证机制和授权管理机制，实现用户与访问权限的分离，保证关键业务操作的可控性和不可否认性。确保合法用户合法使用系统资源。系统能及时发现系统和数据库的安全漏洞，阻断各种攻击行为，特别是防止恶意攻击，确保信息化系统不受到攻击。

2.3.3 数据安全

数据是生产的命脉，从各个监控子系统所采集到的各种数据与记录是企业精细化管控的前提，也是确保企业可持续发展的基础之一。为保障一体化信息平台的安全，保护数据不因偶然因素和恶意原因遭到破坏更改和泄露，本系统运用了技术和管理的双重措施，具有有效的应急处理和灾难恢复机制，确保突发事件后能迅速恢复系统，确保数据在存储、传输过程中的完整性、可用性和敏感数据的机密性，防止数据丢失、增加、篡改和外泄。

3 水厂信息一体化平台性能

青草沙原水厂搭建了基于物联网的水厂信息一体化平台，此平台搭建过程中基于“安全第一，开放性和标准化”的实施原则，保证任何未经充分测试的技术和产品不投入运行，避免设备冲突问题。遵循相关的行业标准、电磁兼容性等标准，保证传感器能安全可靠的监控设备状态。通过现场电磁干扰测量显示检测节点信号强度及频点不产生明显的干扰现象，同时检测节点对水厂室内电磁环境及其他相关的参数也无明显大的干扰。

应用此水厂信息一体化平台后，在泵站内实现了对设备温湿度、110kV GIS开关的局微水、部放，循环冷却水渗漏等参量的实时监测，并实现部分智能化的分析和判断。此物联网工程无形中延长了设备的寿命，减少了折旧成本。同时通过技术加管理的措施，该管控平台进一步规范了对全体人员的行为管理，实现了从运行巡检、设备维保、安全操控等环节的全覆盖实时管理，提升了企业的安全运行管控水平。

4 结束语

本文主要介绍了基于物联网的水厂信息一体化平台。该平台实现对水厂设备运行状态的在线监测，判断设备运行异常情况，并及时执行判决，处理，并将处理报告及时上传，实现了水厂智能化监测，智能化管理和智能化分析。将来，水厂信息化平台通过适当拓展可作为水厂设备的全面监测的总控平台，协调各个子监测系统之间的关联与数据交换，为管理决策提供科学的依据。

参考文献：

[1]孙勇.基于物联网技术的智能小区安防系统的设计与实现[D].西安电子科技大学，2014.

[2]常杰.基于物联网技术的高等院校物流实训中心建设研究[D].山东大学，2012.

[3]杨建栋.面向城市生命线管理的物联网关键技术研究与应用[D].北京工业大学，2016.

[4]田洪亮.面向物联网的无线网络路由及节点定位研究[D].吉林大学，2017.

[5]郭驷伟.基于物联网的城市配送体系构建研究[D].沈阳工业大学，2017.

[6]付浩程.芦山县龙门水厂电气及自控系统设计[D].西南交通大学，2017.

[7]孙其博.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010（33）.