基于物聯(lián)網(wǎng)技術的水廠設備監(jiān)測信息化管控平臺

賈建明

摘 要：文章介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的水廠設備在線監(jiān)測信息化管理平臺架構。通過該綜合管理平臺，建立各個智能化監(jiān)控子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)與聯(lián)動，及時發(fā)現(xiàn)并消除水廠生產(chǎn)過程中的各類安全隱患，對原水生產(chǎn)中的人、機、物、料、安全等事件的全過程智能化監(jiān)測與管控，實現(xiàn)智慧供水，保障城市供水安全。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術；水泵機組；設備健康；智能化管控

中圖分類號：TP391.4 文獻標志碼：A 文章編號：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 水廠設備在線監(jiān)測信息化管理平臺架構

上海城投原水青草沙原水廠生產(chǎn)設備在線監(jiān)測信息化管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)搭建的共性平臺，是典型的物聯(lián)網(wǎng)三層架構，由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成[1]。其中感知層主要由集成了傳感、數(shù)據(jù)收集、處理和無線通訊能力的傳感器組成，實現(xiàn)對水廠生產(chǎn)現(xiàn)場的設備和人員實時在線信息采集功能。網(wǎng)絡層主要實現(xiàn)信息的傳輸，一般包括接入層和核心層，這是智能供水物聯(lián)網(wǎng)中相對獨立的部分。布置在現(xiàn)場的信息采集節(jié)點上傳數(shù)據(jù)到骨干節(jié)點，骨干節(jié)點通過網(wǎng)關接入核心網(wǎng)，從而將數(shù)據(jù)傳送至中心控制站。應用層集成多種通信協(xié)議、良好的圖形化人機交互界面和完備穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫，主要以被監(jiān)測設備為對象，接收與被監(jiān)測設備相關的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、分析和處理。應用層的數(shù)據(jù)處理主要實現(xiàn)網(wǎng)絡層與水廠應用服務間的接口和數(shù)據(jù)調(diào)用，實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的監(jiān)控，并對可能出現(xiàn)的故障做出預判評估?？刂戚o助系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)聯(lián)動，及時消除異常情況造成的影響，同時上傳過程處理報告至遠程集控中心。具體原水安全生產(chǎn)信息化管理平臺架構圖見圖1。

該平臺包含以下子系統(tǒng)：原水安全生產(chǎn)信息化主控軟件平臺，110kV GIS斷路器SF6微水、氣密度、局放在線監(jiān)控子系統(tǒng)，電力設備主接線在線監(jiān)測子系統(tǒng)，遠程音頻、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，柜門狀態(tài)、設備管路滲水監(jiān)測子系統(tǒng)，人員車輛定位監(jiān)測子系統(tǒng)，設備巡檢及運維安全管理子系統(tǒng)等。同時該平臺采用IEC61850通信協(xié)議，具備機器間交談能力，自動進行信息采集、處理、存儲與分發(fā)。

2 水廠一體化信息平臺軟件系統(tǒng)

水廠一體化信息平臺系統(tǒng)可以整合各個物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和存貯，并通過圖示化的界面展現(xiàn)在管理人員面前，用以評估水廠主要生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)，及時對各類異常情況進行預判，實現(xiàn)了對各個監(jiān)測子系統(tǒng)協(xié)調(diào)和管控，及時發(fā)現(xiàn)和消除設備的隱患，最終可形成設備系統(tǒng)的異常評估報告并上報集控調(diào)度中心和上級管理部門處理。

2.1 軟件設計思路

2.1.1 一體化設計和統(tǒng)一建模

水廠一體化信息平臺軟件系統(tǒng)所涉及的監(jiān)控管理對象較多，有較強的專業(yè)特性，專業(yè)管理流程也不盡相同。目前該平臺所包含的功能有三大類：設備檢測數(shù)據(jù)及展示、告警提示與控制、系統(tǒng)安全與維護，三大業(yè)務管理功能構成了一個比較完整的設備系統(tǒng)監(jiān)控平臺的系統(tǒng)模型。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮囊惑w化建模方式進行統(tǒng)一建模，具有很強的動態(tài)調(diào)節(jié)能力，以適應企業(yè)管理不斷變化的升級和發(fā)展需求。

一體化設計的動態(tài)化建模能有效地消除信息孤島現(xiàn)象，實現(xiàn)對相關應用數(shù)據(jù)的共享和關聯(lián)，為其他檢測管理子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換并管理打下了堅實的基礎。

2.1.2 構建標準化的管理體系

標準和規(guī)范化建設向來是信息系統(tǒng)建設的重點之一，也是成熟和發(fā)達的企業(yè)信息化管理重點，具有非常重要的意義。水廠一體化信息平臺軟件系統(tǒng)與各子系統(tǒng)之間存在著連接和數(shù)據(jù)交換。各監(jiān)測子系統(tǒng)間由于出自不同的供應商，開發(fā)所用的語言不同、平臺的技術構架也不盡相同，因此非常有必要遵循并統(tǒng)一到企業(yè)應用集成標準，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同的子系統(tǒng)間的共享和應用。

2.2 軟件系統(tǒng)架構

水廠一體化信息平臺軟件系統(tǒng)分為子系統(tǒng)和主機系統(tǒng)。軟件架構見圖2。各個在線監(jiān)測子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)存入本地數(shù)據(jù)，同時通過網(wǎng)關接入主機的關系數(shù)據(jù)系統(tǒng)。主機系統(tǒng)的主要功能包含了系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)界面、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)報警、信息發(fā)布等功能。采用關系型數(shù)據(jù)庫開發(fā)軟件，還提供實時各個子系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫接口，從而使平臺成為一個兼顧實時監(jiān)控和歷史分析的綜合數(shù)據(jù)訪問的一體化信息管控平臺。

2.3 軟件系統(tǒng)安全保障

2.3.1 系統(tǒng)安全

水廠一體化信息平臺系統(tǒng)的安全保障體系設計不但自身擁有完善的安全管理保障體系，還充分利用現(xiàn)有防火墻硬件技術，具有比較完善的網(wǎng)絡安全防護措施；并修訂了相關的安全要求和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)在存儲、傳輸過程中的完整性和敏感數(shù)據(jù)的機密性。具有有效的應急處理和災難恢復機制，確保突發(fā)事件后能迅速恢復系統(tǒng)。

2.3.2 應用安全

為了確保信息化系統(tǒng)運行環(huán)境的安全，確保主機資源安全，本設計方案具有靈活方便有效的用戶管理機制、身份認證機制和授權管理機制，實現(xiàn)用戶與訪問權限的分離，保證關鍵業(yè)務操作的可控性和不可否認性。確保合法用戶合法使用系統(tǒng)資源。系統(tǒng)能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的安全漏洞，阻斷各種攻擊行為，特別是防止惡意攻擊，確保信息化系統(tǒng)不受到攻擊。

2.3.3 數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)是生產(chǎn)的命脈，從各個監(jiān)控子系統(tǒng)所采集到的各種數(shù)據(jù)與記錄是企業(yè)精細化管控的前提，也是確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎之一。為保障一體化信息平臺的安全，保護數(shù)據(jù)不因偶然因素和惡意原因遭到破壞更改和泄露，本系統(tǒng)運用了技術和管理的雙重措施，具有有效的應急處理和災難恢復機制，確保突發(fā)事件后能迅速恢復系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)在存儲、傳輸過程中的完整性、可用性和敏感數(shù)據(jù)的機密性，防止數(shù)據(jù)丟失、增加、篡改和外泄。

3 水廠信息一體化平臺性能

青草沙原水廠搭建了基于物聯(lián)網(wǎng)的水廠信息一體化平臺，此平臺搭建過程中基于“安全第一，開放性和標準化”的實施原則，保證任何未經(jīng)充分測試的技術和產(chǎn)品不投入運行，避免設備沖突問題。遵循相關的行業(yè)標準、電磁兼容性等標準，保證傳感器能安全可靠的監(jiān)控設備狀態(tài)。通過現(xiàn)場電磁干擾測量顯示檢測節(jié)點信號強度及頻點不產(chǎn)生明顯的干擾現(xiàn)象，同時檢測節(jié)點對水廠室內(nèi)電磁環(huán)境及其他相關的參數(shù)也無明顯大的干擾。

應用此水廠信息一體化平臺后，在泵站內(nèi)實現(xiàn)了對設備溫濕度、110kV GIS開關的局微水、部放，循環(huán)冷卻水滲漏等參量的實時監(jiān)測，并實現(xiàn)部分智能化的分析和判斷。此物聯(lián)網(wǎng)工程無形中延長了設備的壽命，減少了折舊成本。同時通過技術加管理的措施，該管控平臺進一步規(guī)范了對全體人員的行為管理，實現(xiàn)了從運行巡檢、設備維保、安全操控等環(huán)節(jié)的全覆蓋實時管理，提升了企業(yè)的安全運行管控水平。

4 結束語

本文主要介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的水廠信息一體化平臺。該平臺實現(xiàn)對水廠設備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，判斷設備運行異常情況，并及時執(zhí)行判決，處理，并將處理報告及時上傳，實現(xiàn)了水廠智能化監(jiān)測，智能化管理和智能化分析。將來，水廠信息化平臺通過適當拓展可作為水廠設備的全面監(jiān)測的總控平臺，協(xié)調(diào)各個子監(jiān)測系統(tǒng)之間的關聯(lián)與數(shù)據(jù)交換，為管理決策提供科學的依據(jù)。

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