賈建明

摘 要：文章介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水廠設(shè)備在線監(jiān)測信息化管理平臺(tái)架構(gòu)。通過該綜合管理平臺(tái)，建立各個(gè)智能化監(jiān)控子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)與聯(lián)動(dòng)，及時(shí)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(jī)、物、料、安全等事件的全過程智能化監(jiān)測與管控，實(shí)現(xiàn)智慧供水，保障城市供水安全。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；水泵機(jī)組；設(shè)備健康；智能化管控

中圖分類號：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)備在線監(jiān)測信息化管理平臺(tái)架構(gòu)

上海城投原水青草沙原水廠生產(chǎn)設(shè)備在線監(jiān)測信息化管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)搭建的共性平臺(tái)，是典型的物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)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(shí)現(xiàn)對水廠生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備和人員實(shí)時(shí)在線信息采集功能。網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)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(dú)立的部分。布置在現(xiàn)場的信息采集節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)到骨干節(jié)點(diǎn)，骨干節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)接入核心網(wǎng)，從而將數(shù)據(jù)傳送至中心控制站。應(yīng)用層集成多種通信協(xié)議、良好的圖形化人機(jī)交互界面和完備穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫，主要以被監(jiān)測設(shè)備為對象，接收與被監(jiān)測設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理。應(yīng)用層的數(shù)據(jù)處理主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層與水廠應(yīng)用服務(wù)間的接口和數(shù)據(jù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，并對可能出現(xiàn)的故障做出預(yù)判評估。控制輔助系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，及時(shí)消除異常情況造成的影響，同時(shí)上傳過程處理報(bào)告至遠(yuǎn)程集控中心。具體原水安全生產(chǎn)信息化管理平臺(tái)架構(gòu)圖見圖1。

該平臺(tái)包含以下子系統(tǒng)：原水安全生產(chǎn)信息化主控軟件平臺(tái)，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(shè)備主接線在線監(jiān)測子系統(tǒng)，遠(yuǎn)程音頻、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，柜門狀態(tài)、設(shè)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(shè)備巡檢及運(yùn)維安全管理子系統(tǒng)等。同時(shí)該平臺(tái)采用IEC61850通信協(xié)議，具備機(jī)器間交談能力，自動(dòng)進(jìn)行信息采集、處理、存儲(chǔ)與分發(fā)。

2 水廠一體化信息平臺(tái)軟件系統(tǒng)

水廠一體化信息平臺(tái)系統(tǒng)可以整合各個(gè)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(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)對各類異常情況進(jìn)行預(yù)判，實(shí)現(xiàn)了對各個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng)協(xié)調(diào)和管控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備的隱患，最終可形成設(shè)備系統(tǒng)的異常評估報(bào)告并上報(bào)集控調(diào)度中心和上級管理部門處理。

2.1 軟件設(shè)計(jì)思路

2.1.1 一體化設(shè)計(jì)和統(tǒng)一建模

水廠一體化信息平臺(tái)軟件系統(tǒng)所涉及的監(jiān)控管理對象較多，有較強(qiáng)的專業(yè)特性，專業(yè)管理流程也不盡相同。目前該平臺(tái)所包含的功能有三大類：設(shè)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(hù)，三大業(yè)務(wù)管理功能構(gòu)成了一個(gè)比較完整的設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)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(jìn)行統(tǒng)一建模，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，以適應(yīng)企業(yè)管理不斷變化的升級和發(fā)展需求。

一體化設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)化建模能有效地消除信息孤島現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)的共享和關(guān)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1.2 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的管理體系

標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化建設(shè)向來是信息系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)之一，也是成熟和發(fā)達(dá)的企業(yè)信息化管理重點(diǎn)，具有非常重要的意義。水廠一體化信息平臺(tái)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(yīng)商，開發(fā)所用的語言不同、平臺(tái)的技術(shù)構(gòu)架也不盡相同，因此非常有必要遵循并統(tǒng)一到企業(yè)應(yīng)用集成標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同的子系統(tǒng)間的共享和應(yīng)用。

2.2 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

水廠一體化信息平臺(tái)軟件系統(tǒng)分為子系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)。軟件架構(gòu)見圖2。各個(gè)在線監(jiān)測子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)通過網(wǎng)關(guān)接入主機(jī)的關(guān)系數(shù)據(jù)系統(tǒng)。主機(jī)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(chǔ)存、數(shù)據(jù)界面、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)報(bào)警、信息發(fā)布等功能。采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫開發(fā)軟件，還提供實(shí)時(shí)各個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫接口，從而使平臺(tái)成為一個(gè)兼顧實(shí)時(shí)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(tái)。

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(tái)系統(tǒng)的安全保障體系設(shè)計(jì)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(shù)，具有比較完善的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施；并修訂了相關(guān)的安全要求和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)、傳輸過程中的完整性和敏感數(shù)據(jù)的機(jī)密性。具有有效的應(yīng)急處理和災(zāi)難恢復(fù)機(jī)制，確保突發(fā)事件后能迅速恢復(fù)系統(tǒng)。

2.3.2 應(yīng)用安全

為了確保信息化系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的安全，確保主機(jī)資源安全，本設(shè)計(jì)方案具有靈活方便有效的用戶管理機(jī)制、身份認(rèn)證機(jī)制和授權(quán)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)用戶與訪問權(quán)限的分離，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)操作的可控性和不可否認(rèn)性。確保合法用戶合法使用系統(tǒng)資源。系統(tǒng)能及時(shí)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(gè)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(xì)化管控的前提，也是確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)之一。為保障一體化信息平臺(tái)的安全，保護(hù)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(yùn)用了技術(shù)和管理的雙重措施，具有有效的應(yīng)急處理和災(zāi)難恢復(fù)機(jī)制，確保突發(fā)事件后能迅速恢復(fù)系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)、傳輸過程中的完整性、可用性和敏感數(shù)據(jù)的機(jī)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(tái)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(tái)，此平臺(tái)搭建過程中基于“安全第一，開放性和標(biāo)準(zhǔn)化”的實(shí)施原則，保證任何未經(jīng)充分測試的技術(shù)和產(chǎn)品不投入運(yùn)行，避免設(shè)備沖突問題。遵循相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容性等標(biāo)準(zhǔn)，保證傳感器能安全可靠的監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。通過現(xiàn)場電磁干擾測量顯示檢測節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度及頻點(diǎn)不產(chǎn)生明顯的干擾現(xiàn)象，同時(shí)檢測節(jié)點(diǎn)對水廠室內(nèi)電磁環(huán)境及其他相關(guān)的參數(shù)也無明顯大的干擾。

應(yīng)用此水廠信息一體化平臺(tái)后，在泵站內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備溫濕度、110kV GIS開關(guān)的局微水、部放，循環(huán)冷卻水滲漏等參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并實(shí)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(shè)備的壽命，減少了折舊成本。同時(shí)通過技術(shù)加管理的措施，該管控平臺(tái)進(jìn)一步規(guī)范了對全體人員的行為管理，實(shí)現(xiàn)了從運(yùn)行巡檢、設(shè)備維保、安全操控等環(huán)節(jié)的全覆蓋實(shí)時(shí)管理，提升了企業(yè)的安全運(yùn)行管控水平。

4 結(jié)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(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對水廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測，判斷設(shè)備運(yùn)行異常情況，并及時(shí)執(zhí)行判決，處理，并將處理報(bào)告及時(shí)上傳，實(shí)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(tái)通過適當(dāng)拓展可作為水廠設(shè)備的全面監(jiān)測的總控平臺(tái)，協(xié)調(diào)各個(gè)子監(jiān)測系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)與數(shù)據(jù)交換，為管理決策提供科學(xué)的依據(jù)。

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