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青草沙五號溝泵站綜合自動化系統案例

一、項目背景

上海市現有兩大相對集中的水源地:黃浦江上游和陳行水庫。由于黃浦江地處太湖流域下游,受上游和本地污染影響,水源水質較差且很不穩定,陳行水庫原水供應規模為130萬立方米/日,遠遠達不到整個上海市的用水需求。 根據預測,到2010年,全市原 水需求量為1175萬立方米/天;到2020年,按2000萬人口考慮,全市原水總需求量將達到1428萬立方米/天。青草沙水源地原水工程建設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%取自長江變為兩江取水各占50%。 

五號溝泵站是整個青草沙水系的心臟,建成后供水總規模將達到708萬立方米/日,其設計規模位列“亞洲第一、世界第二”,同時也被列入上海市“十一五”重點項目。它通過過江管道獲得青草沙水庫出庫的原水后通過24臺大型水泵將原水向凌橋,嚴橋,金海/川沙/南匯三個方向的各級泵站輸送,最終輸向14座大型水廠,為全市提供優質好水。

二、建設目標

1、安全性方面

五號溝泵站對青草沙水系的作用至關重要,一旦發生故障后果不堪設想,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,但是大多數軟件往往只能實現實時數據冗余,像五號溝泵站這樣需要對歷史數據、報警信息深層分析,而后作出控制與調節的系統來說,如果仍然延用傳統的冗余方式顯然已無法適應當前的應用需要。

2、數據完整性方面

五號溝泵站項目中的I/O采集系統采集到數據后會向SCADA服務器、工業歷史數據庫服務器傳送數據,這一部分的網絡是單網絡配置,此時如果出現網絡中斷,那么數據丟失不可避免,因此要保證在網絡中斷時,數據依然完整,是本系統面臨的一個挑戰。

3、強大的性能 

五號溝泵站的點數規模達到5000點,隨著系統運行時間的不斷延長,在分析時,需要檢索的數據量也會不斷增加,出于對系統穩定性的考慮,五號溝泵站對數據庫系統的性能要求很高,因為性能如果達不到要求將會影響所實現的功能的效果與質量,如檢索歷史數據緩慢,將會延誤操作人員的分析,進一步導致控制操作遲遲不能下達,最終造成供水的不穩定。因此,系統的高性能必須得到保障。

三、系統方案

1、系統配置 

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2、 應用軟件部署

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四、系統功能

1、多種冗余方式

  • 雙機冗余:主機和從機通過TCP/IP網絡連接,正常情況下主機實時跟設備通訊完成實時監控;主從機間進行心跳檢測,一旦從機發現主機異常,將立即切換取代主機實現主機的功能。

  • 雙鏈路冗余:PLC、服務器均連接在主從兩個網絡上,當主網絡發生中斷,系統自動識別并切換到從網,在從網絡上繼續進行數據采集,保證數據的不間斷。

  • 實時數據、歷史數據、報警數據的冗余:系統除對實時數據冗余外,還對歷史數據、報警數據冗余,當故障服務器恢復正常,可自動將故障期間的歷史、報警數據同步,從而保證主從機的數據一致,也是對數據完整性的可靠保障。

2、數據緩存及斷點續傳功能

I/O Server3.0平時會對通訊鏈路、傳輸網絡、傳輸性能等進行監視,當檢測到網絡異常時(如網絡中斷或網速過慢),會將采集的實時數據緩存在本地磁盤,緩存時間、文件大小均可由操作人員設置。當網絡恢復正常后,緩存數據自動被傳送到KingSCADA、KingHistorian以及青草沙集控中心。由于SCADA系統更加側重的是數據的實時性,因此傳送時優先于實時數據,間歇的傳送緩存數據。該功能的好處是,即使網絡中斷,也不會發生數據丟失,保證了數據的完整性也就保證了分析的準確。

3、強大的性能保障

本系統的工業歷史數據庫采用北京亞控科技發展有限公司的工業歷史數據庫KingHistorian3.0,其性能參數如下:

  • 工業歷史數據庫可以在線連續存儲,并達到15萬條記錄/秒的存儲速度。工業歷史數據庫單臺服務器可以支持100萬點的數據點。

  • 工業歷史數據庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒。工業歷史數據庫256個客戶端并發查詢,每秒可達2萬條記錄。工業庫穩定支持256客戶端并發查詢。

  • 工業歷史數據庫支持從OPC Server、IO Server、文件系統獲取數據。

  • 工業庫支持三種以上采集器數據壓縮方式,壓縮方式和壓縮參數應可供用戶配置,工業庫數據壓縮可壓縮掉25%-95%的數據。工業歷史數據庫支持按日、周、月進行數據歸檔。

  • 工業歷史數據庫采集器支持分布式部署、支持獨立采集。

  • 工業歷史數據庫采集器能支持數據緩存、斷點續傳功能。采集器支持在線配置。支持采集器冗余。

  • 工業歷史數據庫支持毫秒級數據分辨率。

  • 工業歷史數據庫為客戶端的數據訂閱提供參數配置。工業歷史數據庫支持變量信息和歷史數據導出到xls、csv、xml三種文件格式。

  • 工業庫支持單獨或者批量組態標簽點,包括創建、更新、刪除、查詢標簽點以及相關屬性。

  • 工業歷史數據庫具有專用客戶端管理工具。工業歷史數據庫支持Excel Addin并支持網絡部署。

  • 工業歷史數據庫支持標準SQL檢索和擴展的高級檢索。提供豐富的數據訪問接口,如API、ODBC、OLEDB(ADO)、SDK等。提供150個以上的API接口函數,可以使用C,C++, C#,VB等語言進行數據庫開發。

  • 在系統崩潰、突然掉電、程序異常退出后,工業歷史數據庫保證數據文件完整有效。支持集群冗余方式??蓪崿F變量鏡像、數據鏡像、安全鏡像等,支持鏡像緩存。工業歷史數據庫支持系統的備份與恢復。工業歷史數據庫支持用戶對數據的存取授權和控制,防止非法用戶的入侵。

  • 工業歷史數據庫具備完善的數據安全和基于角色的用戶權限管理。

4、豐富的事故通知

事故發生時,可以通過播放語音,撥打電話,發送短信,發送Email等形式通知各級人員。通知的重要說明都是具體的文字說明而不是事件代號。被通知的人員按照不同的級別,得到的內容各不相同(如可以將級別劃分為:領導層、指揮層、用戶層、操作員層、供應商層等),操作員得到的消息可能是某某事故,請速采取何措施。而領導者可能會得到更為詳細的消息,如某某事故,請速采取措施,未來5分鐘之后,水位將是如何的。

5、與集控中心的交互

五號溝泵站在采集到設備數據之后,不但傳遞給本地的系統,還將數據傳遞給青草沙集控中心,集控中心通過分析向下傳達調度指令,由五號溝泵站進行具體執行。在這個過程中會頻繁的進行數據交互,交互的實時性、安全性要求系統必須采用安全、簡單的傳輸接口,保證數據交互的暢通和穩定。此時沒有采用OPC方式(OPC方式每次通訊時都需要建立組,在組中建立項,然后再進行每個項內數據包的請求與回應。數據幀還附加了OPC協議所要求的很多包頭和包尾,較為復雜,容易出錯,速度緩慢),I/O Server與運行在集控中心的I/O Master兩者之間通過內部接口來實現數據傳輸與交互,可以快速可靠的實現數據交互。

五、監控畫面

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