北京亞控科技發(fā)展有限公司 顧 懿

1 背景

臺灣省臺北縣新荘市中港地區(qū)由于地勢低洼，貴子坑溪和中港大排兩大排水干線的大水都流向這里，導致附近民眾長期以來深受水患，尤其是當臺風來襲會在短時間內(nèi)帶來大量降水，由于排水能力不夠更會造成該地區(qū)大范圍淹水，災情相當嚴重。

上世紀80年代初，臺北縣政府為了解決淹水問題，修建了中港西抽水站，設置了8個抽水機組，總抽水量達64CMS，用以收集新荘、泰山、五股地區(qū)流經(jīng)的雨水，包括臺一線公路以北，中山高速公路以南之低洼平地，集流面積廣達1,660公頃。主要以新荘市區(qū)及五股工業(yè)區(qū)為主，將新荘市中港、輔仁、泰山及五股低洼地，經(jīng)中港及貴子坑溪兩大排水干線匯集于五股工業(yè)區(qū)西北角，排至大窠坑溪，平時雨水少的季節(jié)，均以重力自然排水；并于出口處設立中港西抽水站，當雨季尤其是臺風季節(jié)來臨，大窠坑溪水位高漲后比排水干道的集水區(qū)水位高時，重力閘門關閉并通過中港西抽水站進行機械排水，以達到快速排除市區(qū)水澇的問題。

由于長期的泥沙沉積，造成大窠坑溪河床已經(jīng)高于堤防內(nèi)的中港大排，所以已經(jīng)不能靠重力排水方式將中港大排的水排入大窠坑溪，但是因為中港西抽水站進水的水力條件不是很好，也使得中港西抽水站的排洪效果不能達到原始設計的期望成果，因此每逢細雨整個新荘地區(qū)都依賴中港西抽水站機械排水。中港西抽水站的建成雖然一定程度上緩解了水患，可是中港抽水站附近區(qū)域的土地未來將成為臺北的新都心，臺北縣政府也已經(jīng)在正式開發(fā)周遭的土地，因此由于中港西抽水站抽水能力明顯不足，附近地區(qū)在暴雨期間仍然經(jīng)常淹水。

為永久解決新荘地區(qū)的水患，臺北縣政府于2004年陸續(xù)擴建了中港西抽水站，增建了中港東抽水站，并制定了以下目標：

（1）擴增中港西抽水站的抽水容量，增加兩部10CMS抽水機組。增建中港東抽水站，兩部5CMS的沉水式抽水機，4部13CMS的軸流式抽水機，共計146CMS，以徹底解決水患；

（2）收集并整合中港東、西兩個抽水站的實時監(jiān)測信息，并實時顯示于中港東、西站控制室內(nèi)設立的水情展示及監(jiān)控系統(tǒng)中，以達到東、西兩站聯(lián)合操作的效果；

（3）構(gòu)建中港東、西兩個抽水站集水區(qū)水位、流量、雨量GPRS無線采集系統(tǒng)，為類神經(jīng)水情預測系統(tǒng)提供實時水位、流量、雨量數(shù)據(jù)，類神經(jīng)水情預測系統(tǒng)提供抽水站前池水位未來5分鐘、10分鐘及30分鐘的水位預測，警示功能。

2 項目規(guī)模

增擴建后，中港東西兩站抽水機組總數(shù)為16部，重力閘門24扇，粗格柵12臺，細格柵14臺及其他相關引水閘門、冷卻水系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、發(fā)電機等設備。

除上述設備之外，中港東及中港西上游增設了6個流量站、6個水位站、4個雨量站，并且配備類神經(jīng)水情預測網(wǎng)絡系統(tǒng)，用來預測未來一段時間內(nèi)上游水情變化趨勢。

經(jīng)過擴建后的中港抽水站，總抽水容量達146CMS（遠高于目前所需求的134CMS），也就是525600噸/小時，抽水能力非常之大，完全可以達到快速排澇的效果。如圖1、圖2是增擴建后的中港東西兩站平面圖。

圖1 中港東抽水站平面圖

圖2 中港西抽水站平面圖

3 項目業(yè)主、集成商、設計院

（1）業(yè)主：臺北縣政府

（2）監(jiān)造單位：萬銘工程科技股份有限公司

（3）總承攬商：信大環(huán)境工程股份有限公司

（4）系統(tǒng)集成：英碩系統(tǒng)科技股份有限公司

4 項目主要軟硬件產(chǎn)品

4.1 主要硬件產(chǎn)品

PLC：貝加萊B&R

工控機：研華工控機

服務器：IBM服務器

網(wǎng)絡交換機：MOXA網(wǎng)絡交換機

4.2 主要軟件產(chǎn)品

SCADA軟件：北京亞控King View繁體中文版

工業(yè)庫軟件：北京亞控King Historian英文版

水情預測軟件：臺灣大學水工實驗室

5 項目挑戰(zhàn)

5.1 水情預測方面

本次項目擴建后，基于過去的經(jīng)驗，臺北縣政府深刻感受到監(jiān)控系統(tǒng)缺乏水情預測是一個很大的缺失。因此本次擴建目標中明確提出要增加水情預測系統(tǒng)，即水位流量預測分析系統(tǒng)，以做到防患于未然。

水情預測系統(tǒng)要求必須提供一套成熟的水情預測分析雛形系統(tǒng)，確保證實水位預測的可行性，逐步實施第二期及第三期計劃，第三期實施完成后預期達到整個抽水站根據(jù)預測資料實現(xiàn)完全自動操控，以減少人力支出及人為造成的事故。

為達成上述目標，必須要有一個強大的數(shù)據(jù)庫支撐：以大量、快速存取現(xiàn)場的實時信息，進行長期的歷史數(shù)據(jù)存儲，為水情預測系統(tǒng)的分析提供足夠的數(shù)據(jù)資源；同時要考慮數(shù)據(jù)量較大，實時性較高時對系統(tǒng)資源的占用問題、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，必須要嚴格考慮。

2007年實施的原電腦監(jiān)控系統(tǒng)使用的是Honeywell組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)庫是Honeywell組態(tài)軟件自身的歷史數(shù)據(jù)庫，已經(jīng)完全不能滿足上述對數(shù)據(jù)長期大量存儲、分析的要求。

5.2 實時監(jiān)控方面

本項目增擴建后，在設備種類和數(shù)量繁多、設備控制流程復雜、實時采集監(jiān)控點數(shù)達3000多點的情況下，必須采取可靠的監(jiān)控設備和技術，才能確保抽水機組在惡劣的臺風天氣能夠正常連續(xù)運行，確保當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全。

本項目明確要求：上位監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠即時顯示各個設備的運轉(zhuǎn)狀況、即時記錄所有設備的運轉(zhuǎn)信息、即時記錄各設備故障信息和產(chǎn)生的報警信息；可隨時查詢某一段時間內(nèi)各抽水機組中關鍵點的工作情況，需提供基于水位等的各種重要監(jiān)測信息的分析統(tǒng)計報表；不允許系統(tǒng)出現(xiàn)停止監(jiān)控的情況發(fā)生，不允許有任何信息的遺失。

為了實現(xiàn)上述功能，該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存儲和查詢的功能、性能要求都極高，要求有方便的報表查詢系統(tǒng)的支持，而該抽水站原有的軟件監(jiān)控系統(tǒng)不能實現(xiàn)對歷史報警和歷史數(shù)據(jù)的報表查詢。

6 解決方案

為實現(xiàn)擴建后的中港抽水站達到想要的實時信息監(jiān)測目標和及時提供水位流量的預測結(jié)果，臺灣英碩系統(tǒng)股份有限公司作為本項目實施的系統(tǒng)集成商，決定選用北京亞控科技組態(tài)王軟件King View和工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件King Historian，以此來構(gòu)建整個抽水站的監(jiān)控系統(tǒng)。同時和臺北大學水工研究所合作完成水情預測系統(tǒng)的構(gòu)建和結(jié)果預告。該系統(tǒng)解決方案融合了現(xiàn)場通信技術、數(shù)據(jù)庫技術、SCADA/HMI技術、C/S技術等的一體化的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案。

6.1 完整的解決方案架構(gòu)圖

中港抽水站監(jiān)控系統(tǒng)解決方案系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖3所示。

圖3 中港抽水站監(jiān)控系統(tǒng)解決方案圖

（1）為保障項目安全可靠，本監(jiān)控系統(tǒng)全部采取冗余配置體系。

所有的PLC與上位監(jiān)控計算機均采用雙網(wǎng)絡連接通訊，這種連接方式避免了單一網(wǎng)絡系統(tǒng)中網(wǎng)絡出現(xiàn)故障后現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)不能及時傳到監(jiān)控中心的弊端。當主網(wǎng)絡通訊中斷時，通過PLC自動切換到從網(wǎng)，保證通訊鏈路不中斷，為系統(tǒng)不間斷采集提供了可靠性保障。

上位監(jiān)控軟件組態(tài)王也采用了雙機熱備配置；其構(gòu)造思想是主機和從機通過TCP/IP網(wǎng)絡連接，正常情況下主機處于工作狀態(tài)，實時跟I/O設備通訊完成對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控；從機處于監(jiān)視狀態(tài)，一旦從機發(fā)現(xiàn)主機異常，從機將會在很短的時間之內(nèi)代替主機，完全實現(xiàn)主機的功能。

（2）工業(yè)數(shù)據(jù)庫King Historian和水情分析預測雛形系統(tǒng)充分結(jié)合，是水位預測高準確性的關鍵措施。

? King Historian是北京亞控科技發(fā)展有限公司面向現(xiàn)代化制造型企業(yè)推出的工業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，具有以下特點：

? King Historian可以在線連續(xù)存儲，并達到15萬條記錄/秒的存儲速度；King Historian單客戶端單點查詢速度達到平均20萬條記錄/秒, 256個客戶端并發(fā)查詢，每秒可達2萬條記錄；King Historian穩(wěn)定支持256客戶端并發(fā)查詢。

? King Historian單臺服務器可支持100萬點的數(shù)據(jù)點。

? King Historian數(shù)據(jù)壓縮可壓縮掉25%～95%的數(shù)據(jù)，具有超大的數(shù)據(jù)存儲容量，可實現(xiàn)長達數(shù)年的歷史數(shù)據(jù)保存和歸檔。

? King Historian具有高可用性、高容錯性（健壯性）和高可靠性，支持雙機冗余配置。

? King Historian支持開放的數(shù)據(jù)訪問接口OLEDB（ADO）、SQL-92（99）、XML、OPC標準，可與其他系統(tǒng)方便交互實時、歷史數(shù)據(jù)。

類神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)是臺灣大學水工所推出的一款基于水位預測分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要原理是模仿人類神經(jīng)系統(tǒng)(能夠大量且平行式處理各種數(shù)據(jù)信息)，而設計出了一套水位分析預測模型。其建構(gòu)模式就是建構(gòu)過程中需對輸入資料信息做相關性分析，以確認各監(jiān)測點水位與流量、水位與雨量間的相互關系，以此來預測下一時刻關鍵地區(qū)水位的情況。該系統(tǒng)經(jīng)過多年的項目運用經(jīng)驗和不斷修正，目前水位預測的準確度得到業(yè)內(nèi)的高度認可。

（3）完善的基于分布式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，督導單位可使用3.5G的GPRS無限網(wǎng)絡通過VPN方式可隨時隨地掌握抽水站運營實況。

（4）水情預測分析結(jié)果隨時以短信方式按不同權限發(fā)送給臺北縣政府及水利署河川局及新莊事公所指定人員，以方便他們隨時向抽水站提供技術支援。

7 運行效果

中港抽水站自動化系統(tǒng)于2009年2月開始運行測試，同年3月正式啟用。北京亞控組態(tài)王和King Historian軟件在中港東、西抽水站成功應用以后，成功實現(xiàn)了對抽水站所有設備的實時監(jiān)控，并能實時顯示水情信息及完成水情預測和通知，方便了抽水站人員對設備的操作和維護，更為臺北縣政府解決當?shù)孛癖姷难退畣栴}提供了可靠的保證。

臺灣內(nèi)政部長李逸洋指出，中港東抽水站的及監(jiān)控系統(tǒng)的全面啟用，是新莊市民一大福音，中港大排東西抽水站的總抽水量，僅次于臺北市的玉成抽水站，抽水防洪系統(tǒng)相當完善。