基于Web SCADA二次供水上位组态系统的开发应用研究

宋云清

(伊犁职业技术学院，新疆 伊宁 835000）

某市自来水公司共有260个二供泵站，泵站均采用变频器恒压供水，在2019年之前有68名维修工负责二供泵房的运行，存在发现故障不及时，造成供水质量不好和设备损坏等事故。自2019年12月使用基于Web SCADA自动化信息平台上位组态生产调度系统以来，建立了调度中心，利用信息系统的实时监控、预警、报警、分析、报告等功能，提高了城镇居民二次供水设施建设和管理水平，改善了供水水质和服务质量，促进了节能降耗，加强了治安防范，保障了城镇居民生活饮用水卫生安全。

1 变频恒压给水的结构和工作原理

变频恒压给水是将变频调速技术、可编程控制技术应用于水泵自动控制之中，与电机泵组相结合的新型机电一体化供水。其原理是：根据管网瞬时压力的变化，通过变频器自动控制水泵电机的转速和其它台水泵电机运行和停止，满足管网恒压供水的需求，如图1所示。

图1 变频恒压给水设备工作示意图

变频恒压供水设备即可手动运行，又可以自动运行。

1.1 变频恒压供水设备手动运行

按下不同电机的启停按钮，可以依次实现手动启动和停止不同的水泵。手动方式只有在自动故障时使用。

1.2 变频恒压供水设备自动运行

升压控制：管网压力减小，用水量增加时，PID控制器闭环调节水泵转速，使水泵按给定速率加速到新的稳定转速。当管网压力继续减小，水泵转速达到工频转速后，管网压力仍低于给定值，PLC控制水泵切换至工频电网上恒速运行，同时，第二台水泵变速运行，直到管网压力达到给定值为止。如果管网压力继续减小，加速运行的水泵达到工频时，将继续切换到工频电网，新的水泵继续投人并联运行。当最后一台水泵投人运行，转速达到工频转速，管网压力仍未达到给定值时，控制系统发出故障报警。

降压控制：管网压力升高，用水量减少，水泵转速降至起动频率转速时，若管网压力仍高于给定值，工频运行时间最长的一台水泵被关掉，对水压继续进行闭环调节，使压力恢复到设定值。如果管网压力继续增加，减速运行的水泵降至起动频率转速时，将继续关断水泵，直到最后一台水泵关断为止。

2 Web SCADA平台系统软件优点

Web SCADA平台软件系统属于公开的B/S架构组态软件，系统安装开发维护工作简单易行，不需专业计算机编程人员维护，减小用户维护不了系统的风险；系统基于HTML5+CSS3的最新纯WEB网络技术，能显示所有模拟动画控制、趋势、报警、报表等，不需任何插件，可实现跨平台访问，所有系统的PC、平板、手机无插件访问；系统支持SVG矢量图组态技术，自适应各种屏幕，不失真；结合精益架构，快速处理，增强的多功能性和专家支持，可广泛应用于石油和天然气、电力、能源、水管理、公用事业、楼宇自动化等行业。

其主要特点如下：

（1）可扩展性：集群分布架构可以在大型网络或地理区域大规模扩展和布置SCADA安装；支持物联网MQTT代理、发布、订阅全功能，可实现设备高质量实时物联。

（2）开放性：软件通信协议均为市场开放的协议。

（3）通用性：为组态软件，不需要计算机专业开发知识，通过拖拉拽、简单配置就可实现所有功能，可快速高效开发；支持模板功能，可快速移植项目，节省成本。

（4）可靠性与安全性：软件具有HTTPS访问功能。

（5）兼容性：系统考虑与现有的硬件设备兼容，为未来设备的接入留有接口余量，为未来系统的扩容提供必要的技术与服务准备。

市场上主要控制设备的驱动协议与系统兼容，系统与上位系统可直接通信，不需要提前经过协议的转换。

3 二次供水自动化信息平台上位组态生产调度系统的设计方案

3.1 系统架构（如图2）

3.2 系统组成

（1）监控中心。监控中心通过二次供水泵房远程监管数据中心对二供泵房控制柜上传的各个系统所有数据进行收集，再由监管软件进行数据统计分析发出控制指令，从而实现监管中心对系统内所有二供泵房进行实时监测、实时控制。由本地云服务器划分2台采集服务器和1台应用服务器，采集服务器用于与泵站通信且交换数据、给大数据平台提供实时数据库、与集群主机组成集群服务器，同步数据。

图2

（2）现场泵站。现场泵站通过二次供水监控终端采集传感器、视频安防、水质监测、能耗监测、流量监测、管网末梢压力监测、环境监测等系统输出的数据信息，上传至二次供水泵房远程监管数据中心，并且能够接收监管软件下发的指令信息，对泵房内各个系统进行实时控制。现场泵站系统主要是由其他企业建180座泵站，自建约40座站，宏伟区约40座泵站共260座泵站组成的控制系统。包括恒压供水控制柜、电能表、流量计、水质在线分析仪、工业照相机、红外报警器等。

（3）网络系统。光纤专网由通信运营商承建，使现场泵房与监控中心组成数据VPN；监控中心设有公网固定IP。

（4）服务器安装位置。3台服务器由本地云平台分配，根据实际情况随着泵站增加，可添加新集群网关服务器到集群服务器。

3.3 视频监控系统功能

（1）点击画面可实时查看泵站视频监控。

（2）可查看回放保存在泵站硬盘录像机历史视频数据。

3.4 系统功能

（1）地图信息功能。可放大缩小，在地图上显示泵站图标，点击可进入泵站工艺监控图。

（2）工艺画面综合展示。实时显示各个泵站工艺数据、设备运行情况以及环境数据。远程监测供水设备液位、压力、频率、流量、能耗等；远程监测泵房温度、环境、湿度、跑冒滴漏等；远程控制二次机组的急停、远程调参；远程控制门禁、视频、报警等系统。

（3）实时显示泵站工艺图。在图形上以不同的颜色显示各个设备的工作状态，显示实时的设备运行情况。如图3所示。

（4）曲线功能。可随时查看泵站历史数据的曲线进行对比，对时间间隔、历史数据可进行选取。打印或导出为PDF。分析不同时段出水流量,自动生成供水压力曲线，分析水泵运行频率，优化机组供水参数，降低能耗，如图4所示。

图3 工艺显示

图4 压力曲线

（5）历史数据。保存的历史数据有：泵站各机组进出口压力、水电量、环境报警、用户操作日志等关键生产数据。

（6）统计报表功能。各泵站的时报、日报、月报、年报可以实时查询、打印、查看。

（7）实时预警功能。生产预警和环境预警。

生产报警当泵站生产过程出现进出口压力超压或欠压、水箱液位低于下限或高于上限时实时发生报警，在监控画面上显示报警信息或声音提示，并给相关用户发送短信或邮件，当操作确认后方可消失报警信息。可管理报警条件，经确认泵站某种情况下些设备暂不投入使用，便可取消此报警，以免经常报警造成监控人员紧张。

环境报警为烟感、温感、水浸、门禁非法入浸或红外非法入侵时实时显示报警信息，并通过短信告知相关人，等待确认。

（8）用户权限管理，用户权限通过角色和级别两种方式组合管理，不周角色的用户由于管理权限的不同，登录后只能看到自己权限范围内的生产数据和工艺画面，可以自定义用户权限。

（9）日志功能，凡是登录的用户，系统自动记录登录时间和操作的内容，以便管理者查询。

（10）移动客户端功能，可实现安卓、苹果手机或PC在任何地方通过Internet访问B/S服务器。

（11）二维码扫描功能，通过手机扫描二维码快速访问B/S服务器、给安卓手机免费安装水厂标志的APP。

4 结语

自2019年企业使用自动化信息平台上位组态生产调度系统以来，建立了监控中心，每天3班共6人负责所有泵站的实时监控和调度，维修部减员到10人，节省人力40多人，不但大量节约了人力，还因为信息系统的实时监控、预警、报警、分析、报告等功能，从而可减少人力物力的投入约80%，规避水质污染的风险95%以上，降低漏水率达到90%，延长二次加压设备使用寿命1.5倍，实现供水管理企业日常办公便捷化、工作管理精细化、指挥决策智能化，有效提升供水企业的管理效率与社会服务水平。