一．  項(xiàng)目背景

　　上海市現(xiàn)有兩大相對(duì)集中的水源地：黃浦江上游和陳行水庫(kù)。由于黃浦江地處太湖流域下游，受上游和本地污染影響，水源水質(zhì)較差且很不穩(wěn)定，陳行水庫(kù)原水供應(yīng)規(guī)模為 130 萬(wàn)立方米/日，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到整個(gè)上海市的用水需求。 根據(jù)預(yù)測(cè)，到 2010 年，全市原水需求量為 1175 萬(wàn)立方米/天；到 2020 年，按 2000 萬(wàn)人口考慮，全市原水總需求量將達(dá)到 1428 萬(wàn)立方米/天。青草沙水源地原水工程建設(shè)的目的就是解決越來越大的原水缺口，建成后，上海市供水格局由原來的80%取自黃浦江，20%取自長(zhǎng)江變?yōu)閮山∷髡?50%。

　　五號(hào)溝泵站是整個(gè)青草沙水系的心臟，建成后供水總規(guī)模將達(dá)到 708 萬(wàn)立方米/日，其設(shè)計(jì)規(guī)模位列“亞洲第一、世界第二”，同時(shí)也被列入上海市“十一五”重點(diǎn)項(xiàng)目。它通過過江管道獲得青草沙水庫(kù)出庫(kù)的原水后通過 24 臺(tái)大型水泵將原水向凌橋，嚴(yán)橋，金海/川沙/南匯三個(gè)方向的各級(jí)泵站輸送，最終輸向 14 座大型水廠，為全市提供優(yōu)質(zhì)好水。
 
二． 項(xiàng)目挑戰(zhàn)

i.  安全性方面

　　五號(hào)溝泵站對(duì)青草沙水系的作用至關(guān)重要，一旦發(fā)生故障后果不堪設(shè)想，采取必要的冗余措施非常有必要。冗余雖然是 SCADA 軟件普遍具有的功能，但是大多數(shù)軟件往往只能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)冗余，像五號(hào)溝泵站這樣需要對(duì)歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息深層分析，而后作出控制與調(diào)節(jié)的系統(tǒng)來說，如果仍然延用傳統(tǒng)的冗余方式顯然已無法適應(yīng)當(dāng)前的應(yīng)用需要。

ii.  數(shù)據(jù)完整性方面

　　五號(hào)溝泵站項(xiàng)目中的 I/O 采集系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)后會(huì)向 SCADA服務(wù)器、工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)，這一部分的網(wǎng)絡(luò)是單網(wǎng)絡(luò)配置，此時(shí)如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷，那么數(shù)據(jù)丟失不可避免，因此要保證在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，數(shù)據(jù)依然完整，是本系統(tǒng)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。

iii.  強(qiáng)大的性能 

　　五號(hào)溝泵站的點(diǎn)數(shù)規(guī)模達(dá)到 5000 點(diǎn)，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，在分析時(shí)，需要檢索的數(shù)據(jù)量也會(huì)不斷增加，出于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，五號(hào)溝泵站對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能要求很高，因?yàn)樾阅苋绻_(dá)不到要求將會(huì)影響所實(shí)現(xiàn)的功能的效果與質(zhì)量，如檢索歷史數(shù)據(jù)緩慢，將會(huì)延誤操作人員的分析，進(jìn)一步導(dǎo)致控制操作遲遲不能下達(dá)，最終造成供水的不穩(wěn)定。因此，系統(tǒng)的高性能必須得到保障。

 
三．  項(xiàng)目方案

vi.  項(xiàng)目的功能特點(diǎn)

 多種冗余方式

　　雙機(jī)冗余：主機(jī)和從機(jī)通過 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機(jī)實(shí)時(shí)跟設(shè)備通訊完成實(shí)時(shí)監(jiān)控；主從機(jī)間進(jìn)行心跳檢測(cè)，一旦從機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，將立即切換取代主機(jī)實(shí)現(xiàn)主機(jī)的功能。

　　 雙鏈路冗余：PLC、服務(wù)器均連接在主從兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)主網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并切換到從網(wǎng)，在從網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，保證數(shù)據(jù)的不間斷。

 
　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的冗余：系統(tǒng)除對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)冗余外，還對(duì)歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)冗余，當(dāng)故障服務(wù)器恢復(fù)正常，可自動(dòng)將故障期間的歷史、報(bào)警數(shù)據(jù)同步，從而保證主從機(jī)的數(shù)據(jù)一致，也是對(duì)數(shù)據(jù)完整性的可靠保障。

數(shù)據(jù)緩存及斷點(diǎn)續(xù)傳功能

　　I/O Server3.0 平時(shí)會(huì)對(duì)通訊鏈路、傳輸網(wǎng)絡(luò)、傳輸性能等進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)（如網(wǎng)絡(luò)中斷或網(wǎng)速過慢），會(huì)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩存在本地磁盤，緩存時(shí)間、文件大小均可由操作人員設(shè)置。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后，緩存數(shù)據(jù)自動(dòng)被傳送到 KingSCADA、KingHistorian 以及青草沙集控中心。由于 SCADA 系統(tǒng)更加側(cè)重的是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，因此傳送時(shí)優(yōu)先于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，間歇的傳送緩存數(shù)據(jù)。該功能的好處是，即使網(wǎng)絡(luò)中斷，也不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，保證了數(shù)據(jù)的完整性也就保證了分析的準(zhǔn)確。

強(qiáng)大的性能保障

本系統(tǒng)的工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用北京亞控科技發(fā)展有限公司的工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)KingHistorian3.0,其性能參數(shù)如下：

　　♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)可以在線連續(xù)存儲(chǔ)，并達(dá)到 15 萬(wàn)條記錄/秒的存儲(chǔ)速度。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)單臺(tái)服務(wù)器可以支持 100 萬(wàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)單客戶端單點(diǎn)查詢速度 20 萬(wàn)條記錄/秒。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù) 256個(gè)客戶端并發(fā)查詢，每秒可達(dá) 2 萬(wàn)條記錄。工業(yè)庫(kù)穩(wěn)定支持 256 客戶端并發(fā)查詢。

 
♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持從 OPC Server、IO Server、文件系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。

♣  工業(yè)庫(kù)支持三種以上采集器數(shù)據(jù)壓縮方式，壓縮方式和壓縮參數(shù)應(yīng)可供用戶配置，工業(yè)庫(kù)數(shù)據(jù)壓縮可壓縮掉 25%-95%的數(shù)據(jù)。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持按日、周、月進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。

♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采集器支持分布式部署、支持獨(dú)立采集。

♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采集器能支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存、斷點(diǎn)續(xù)傳功能。采集器支持在線配置。支持采集器冗余。

 
♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持毫秒級(jí)數(shù)據(jù)分辨率。

♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為客戶端的數(shù)據(jù)訂閱提供參數(shù)配置。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持變量信息和歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出到 xls、csv、xml 三種文件格式。

♣  工業(yè)庫(kù)支持單獨(dú)或者批量組態(tài)標(biāo)簽點(diǎn)，包括創(chuàng)建、更新、刪除、查詢標(biāo)簽點(diǎn)以及相關(guān)屬性。

 
♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)具有專用客戶端管理工具。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持 Excel Addin并支持網(wǎng)絡(luò)部署。

 
♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持標(biāo)準(zhǔn) SQL 檢索和擴(kuò)展的高級(jí)檢索。提供豐富的數(shù)據(jù)訪問接口，如 API、ODBC、OLEDB（ADO） 、SDK 等。提供 150 個(gè)以上的 API 接口函數(shù)，可以使用 C，C++， C#，VB 等語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)。

♣  在系統(tǒng)崩潰、突然掉電、程序異常退出后，工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)保證數(shù)據(jù)文件完整有效。支持集群冗余方式。可實(shí)現(xiàn)變量鏡像、數(shù)據(jù)鏡像、安全鏡像等，支持鏡像緩存。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持系統(tǒng)的備份與恢復(fù)。工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持用戶對(duì)數(shù)據(jù)的存取授權(quán)和控制，防止非法用戶的入侵。

♣  工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)具備完善的數(shù)據(jù)安全和基于角色的用戶權(quán)限管理。

豐富的事故通知

　　事故發(fā)生時(shí)，可以通過播放語(yǔ)音，撥打電話，發(fā)送短信，發(fā)送 Email等形式通知各級(jí)人員。通知的重要說明都是具體的文字說明而不是事件代號(hào)。被通知的人員按照不同的級(jí)別，得到的內(nèi)容各不相同(如可以將級(jí)別劃分為：領(lǐng)導(dǎo)層、指揮層、用戶層、操作員層、供應(yīng)商層等),操作員得到的消息可能是某某事故，請(qǐng)速采取何措施。而領(lǐng)導(dǎo)者可能會(huì)得到更為詳細(xì)的消息，如某某事故，請(qǐng)速采取措施，未來５分鐘之后，水位將是如何的。

與集控中心的交互

　　五號(hào)溝泵站在采集到設(shè)備數(shù)據(jù)之后，不但傳遞給本地的系統(tǒng)，還將數(shù)據(jù)傳遞給青草沙集控中心，集控中心通過分析向下傳達(dá)調(diào)度指令，由五號(hào)溝泵站進(jìn)行具體執(zhí)行。在這個(gè)過程中會(huì)頻繁的進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，交互的實(shí)時(shí)性、安全性要求系統(tǒng)必須采用安全、簡(jiǎn)單的傳輸接口，保證數(shù)據(jù)交互的暢通和穩(wěn)定。此時(shí)沒有采用 OPC 方式（OPC方式每次通訊時(shí)都需要建立組，在組中建立項(xiàng)，然后再進(jìn)行每個(gè)項(xiàng)內(nèi)數(shù)據(jù)包的請(qǐng)求與回應(yīng)。數(shù)據(jù)幀還附加了 OPC 協(xié)議所要求的很多包頭和包尾，較為復(fù)雜，容易出錯(cuò)，速度緩慢） ，I/O Server 與運(yùn)行在集控中心的 I/Oｍａｓｔｅｒ兩者之間通過內(nèi)部接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與交互，可以快速可靠的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

四．  運(yùn)行界面

圖 3  初始界面