張 倩， 張 菁， 滿曉文

(濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)有限公司， 山東 濟(jì)南 250000)

1 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)背景

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，城市供水區(qū)域日漸擴(kuò)大，需水量不斷增加[1]。濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)原有各系統(tǒng)功能單一、操作不便且相互獨(dú)立，系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源于多個(gè)數(shù)據(jù)庫，無統(tǒng)一展示界面，也缺少數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與分析；原有SCADA系統(tǒng)基于C/S結(jié)構(gòu)且存在部分監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)上發(fā)錯(cuò)誤、連續(xù)性差、傳輸延遲甚至無法上傳等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)與現(xiàn)場的實(shí)際工況情況脫離，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；面向生產(chǎn)信息化的移動(dòng)生產(chǎn)調(diào)度功能未作整合，數(shù)據(jù)查閱也無完整的體系，無法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。整體上，原有系統(tǒng)無法滿足現(xiàn)代化企業(yè)運(yùn)作的需要。

2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)

2.1 建設(shè)思路

首先建立一個(gè)數(shù)據(jù)倉庫，將各個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)數(shù)據(jù)抽取后整合成一個(gè)數(shù)據(jù)中心，對(duì)系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)、分析和管理。然后對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行功能整合，建立起集數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制于一體的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，依托相應(yīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，從數(shù)據(jù)倉庫中讀取水廠、泵房、加壓站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及管網(wǎng)壓力、流量、水質(zhì)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行深層分析和數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、集中、全面展示各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

2.2 整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)建設(shè)遵循“架構(gòu)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、規(guī)范建設(shè)”的整體設(shè)計(jì)原則，采用模塊化設(shè)計(jì)手段，做到了可靠性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、靈活性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從根本上提升生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的整體功能。

2.2.1數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計(jì)

生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)包含海量數(shù)據(jù)的多功能系統(tǒng)，建立一個(gè)大數(shù)據(jù)倉庫，通過對(duì)各層系統(tǒng)數(shù)據(jù)的梳理與規(guī)劃，選擇性的抽取關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)倉庫，使數(shù)據(jù)得到充分分析和計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)共享與正確利用。數(shù)據(jù)倉庫是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成的整體。數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)類型主要有用于管理的關(guān)系數(shù)據(jù)、用于實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、用于存儲(chǔ)地理信息的空間數(shù)據(jù)等，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)倉庫體系結(jié)構(gòu)

2.2.2系統(tǒng)組織架構(gòu)

新建系統(tǒng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)應(yīng)用集成，利用Web服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能。為了將集團(tuán)原有各類異構(gòu)系統(tǒng)集成到新的SOA應(yīng)用中，搭建起遵循SOA的應(yīng)用集成適配框架，如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)組織框架

2.2.3系統(tǒng)功能架構(gòu)

新建系統(tǒng)的功能全面，架構(gòu)清晰，主要功能包括系統(tǒng)總覽、在線監(jiān)控、綜合報(bào)警、綜合分析、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、調(diào)度管理、生產(chǎn)填報(bào)以及系統(tǒng)設(shè)置，具體功能架構(gòu)如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.2.4系統(tǒng)特點(diǎn)

新建基于WEB的SCADA系統(tǒng)，具有良好的開放性、兼容性和容錯(cuò)能力，且易于功能和用戶量的擴(kuò)充。通過引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)據(jù)倉庫理念和高性能的前端渲染技術(shù)，采用輕量級(jí)前端框架，徹底解決數(shù)據(jù)加載緩慢的問題，集成多種不同類型數(shù)據(jù)，增加手機(jī)端系統(tǒng)，可以隨時(shí)隨地查看生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)。

建設(shè)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)倉庫，制定統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)外接口，從根本上解決了數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)監(jiān)測的問題，確保了數(shù)據(jù)有效性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。同時(shí)為未來的生產(chǎn)過程自動(dòng)化建設(shè)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口，使未來新建或其他生產(chǎn)系統(tǒng)能夠無縫接入。

3 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)的內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)的功能

本次系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括兩大部分：一是建設(shè)數(shù)據(jù)倉庫；二是搭建集數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制于一體的生產(chǎn)運(yùn)營平臺(tái)。數(shù)據(jù)倉庫為生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的展示提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)通過PC端調(diào)度系統(tǒng)、大屏展示系統(tǒng)及其配套的APP系統(tǒng)3個(gè)途徑進(jìn)行綜合展示。

3.1 數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)

建立統(tǒng)一的水務(wù)數(shù)據(jù)倉庫，加強(qiáng)各系統(tǒng)的綜合管理，轉(zhuǎn)變?cè)械姆稚?shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為物理上分布存儲(chǔ)，邏輯上統(tǒng)一管理的模式，對(duì)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，提高數(shù)據(jù)集成、共享水平，方便數(shù)據(jù)訪問和提取。實(shí)現(xiàn)濟(jì)南水務(wù)數(shù)據(jù)的分布存儲(chǔ)、邏輯整合和管理自治，大大提升數(shù)據(jù)資源的安全性、可靠性和可用性，以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行效率。由表1可知，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要可以分為兩種：直接來源于底層硬件設(shè)備的協(xié)議接入、來源于第三方軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。根據(jù)原有系統(tǒng)的特征，選擇最合適的數(shù)據(jù)接入方式，包括Web Service 接口接入、消息中間件數(shù)據(jù)交換接入、開發(fā)數(shù)據(jù)庫訪問以及設(shè)備協(xié)議解析。

表1 整合數(shù)據(jù)的來源、類型與接入方式

3.2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的平臺(tái)搭建

3.2.1PC端調(diào)度系統(tǒng)

PC端調(diào)度系統(tǒng)是生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的核心，采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)頁上監(jiān)測供水管網(wǎng)、供水泵房、水廠等各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)分析各流量、壓力數(shù)據(jù)，并有各種報(bào)表統(tǒng)計(jì)，包括日?qǐng)?bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)等報(bào)表形式；以GIS地圖為底圖，實(shí)現(xiàn)了主干管網(wǎng)的縮放展示；實(shí)現(xiàn)了水廠整體工藝流程和泵房內(nèi)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的直觀顯示，并可按實(shí)際情況設(shè)置各類異常報(bào)警等。

PC端調(diào)度系統(tǒng)除了具備基本的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制功能，還具備綜合分析的能力，可以對(duì)生產(chǎn)、流量、壓力和水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

(1)生產(chǎn)分析

通過將水量歷史數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、節(jié)假日等數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析、處理，建立水量預(yù)測模型，預(yù)測誤差控制在5%以內(nèi)。通過該預(yù)測模型可以預(yù)測分析各水廠、加壓站以及各分區(qū)水量，可預(yù)測未來日、周、月各時(shí)段的供水量，幫助工作人員提前了解供水量變化趨勢(shì)，為城市的用水規(guī)劃、計(jì)劃、合理調(diào)度提供參考依據(jù)，對(duì)減少供水能耗和資源浪費(fèi)，提高供水效率和供水服務(wù)具有非常重要的意義，也是實(shí)現(xiàn)智慧調(diào)度及智慧水務(wù)的重要組成部分。以玉清水廠水量預(yù)測為例，從圖4可以看到預(yù)測水量與實(shí)際供水量曲線擬合度非常高，通過對(duì)比預(yù)測數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)得知當(dāng)日水量預(yù)測誤差為3.9%，預(yù)測數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，具有很好的參考價(jià)值。

圖4 玉清水廠預(yù)測水量與實(shí)際供水量對(duì)比曲線

(2)壓力分析

通過分析各個(gè)壓力數(shù)據(jù)，展示各個(gè)壓力數(shù)據(jù)的合格率情況，可以對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和篩選，去除異常數(shù)據(jù)，形成壓力合格率報(bào)表。

(3)流量分析

通過對(duì)流量數(shù)據(jù)的分析，展示夜間最小流量情況，分析最小流量發(fā)生的時(shí)間是否在用水規(guī)律中經(jīng)驗(yàn)值較低的時(shí)間段內(nèi)，以及夜間最小流量占平均流量的比重。進(jìn)一步明確該監(jiān)控范圍內(nèi)是否存在漏損點(diǎn)，為公司查找漏損點(diǎn)、控制漏損提供數(shù)據(jù)支撐。

(4)水質(zhì)分析

通過分析各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的水質(zhì)(pH、余氯、濁度)，可以對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和篩選并形成水質(zhì)合格率報(bào)表。水質(zhì)分析功能支持高級(jí)查詢對(duì)象管理、刷新、過濾、排序、導(dǎo)出等基本操作。

此外，系統(tǒng)在GIS地圖中添加片區(qū)及供水區(qū)域圖，展示了該市范圍內(nèi)所有供水流向、各廠站所在位置、供水壓力及供水范圍，GIS地圖中圖層要素包括壓力、流量、水質(zhì)等，可專題展示流量一張圖、壓力一張圖、水質(zhì)一張圖等信息。GIS地圖中實(shí)現(xiàn)管線的層級(jí)顯示，可對(duì)管線、站點(diǎn)、供水區(qū)域進(jìn)行疊加，實(shí)現(xiàn)管線與地圖的高度融合，便于快速了解本市供水格局，準(zhǔn)確掌握供水動(dòng)態(tài)。如圖5所示，通過片區(qū)、水廠、加壓站供水區(qū)域圖，可以方便地了解各廠站、片區(qū)的實(shí)際供水范圍，及時(shí)對(duì)發(fā)生突發(fā)事件的區(qū)域進(jìn)行供水調(diào)度調(diào)整，保證居民正常生活用水不受影響。

圖5 濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)水廠供水區(qū)域

同時(shí)，在GIS地圖上標(biāo)注了各水廠、加壓站以及各監(jiān)測點(diǎn)的位置，并對(duì)其上傳的數(shù)據(jù)(壓力、流量、濁度、余氯)以及各廠站機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。以鵲華水廠為例，在地圖上標(biāo)注水廠具體位置同時(shí)還可監(jiān)測供水量在內(nèi)的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如圖6所示，極大地方便了調(diào)度人員對(duì)各廠站供水動(dòng)態(tài)的掌握。

圖6 鵲華水廠監(jiān)測點(diǎn)

系統(tǒng)還以GIS地圖為底圖，實(shí)現(xiàn)了主干管網(wǎng)的縮放展示，如圖7所示。對(duì)主干管網(wǎng)的供水流向進(jìn)行標(biāo)注，清楚地展示出主干管網(wǎng)的供水方向，便于快速了解本市供水格局。

圖7 濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)主干管網(wǎng)流向

在生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中，地圖總覽在融合供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)地圖功能的同時(shí)，還添加了“MapGIS供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)”的免登錄跳轉(zhuǎn)鏈接，點(diǎn)擊鏈接可直接進(jìn)入。該系統(tǒng)具有非常強(qiáng)大的功能，包括：查詢定位功能，可根據(jù)地名、道路名稱、坐標(biāo)、緩沖區(qū)，以及設(shè)施屬性進(jìn)行查詢；統(tǒng)計(jì)匯總功能，可完成管點(diǎn)數(shù)量、管線長度、消防栓等各種設(shè)施的統(tǒng)計(jì)匯總；管網(wǎng)分析功能，可實(shí)現(xiàn)連通、爆管分析、關(guān)閥搜索等，其中管網(wǎng)的爆管分析如圖8所示。調(diào)度技術(shù)人員跳轉(zhuǎn)到該系統(tǒng)，可以對(duì)爆管、停水以及漏損等事件做到準(zhǔn)確分析。

圖8 供水管網(wǎng)GIS中的爆管分析

3.2.2大屏展示系統(tǒng)

濟(jì)南水務(wù)中心調(diào)度室采用LED室內(nèi)小間距1.2mm技術(shù)大屏，顯示分辨率達(dá)到6K，使用壽命約10萬小時(shí)，達(dá)到國內(nèi)大屏幕顯示技術(shù)行業(yè)先進(jìn)水平。為結(jié)合智慧水務(wù)建設(shè)理念，依托并適應(yīng)先進(jìn)的顯示技術(shù)建設(shè)的生產(chǎn)調(diào)度大屏展示系統(tǒng)，以視頻、流程圖、表格、曲線等多種方式，直觀、具體地展示各類生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)，并支持部分內(nèi)容的聯(lián)動(dòng)，增加“水廠-加壓站-監(jiān)測點(diǎn)”的拓?fù)鋱D等功能。生產(chǎn)調(diào)度大屏展示系統(tǒng)便于調(diào)度人員快速準(zhǔn)確地了解現(xiàn)場情況并分析利弊，從而做出正確的決策，極大提高了調(diào)度中心的工作效率。

圖9所示的生產(chǎn)運(yùn)行界面包含水廠、加壓站的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并能顯示濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)地圖概況。選中某個(gè)水廠，界面右側(cè)即會(huì)顯示該廠站的工藝流程圖、水量分析和能耗分析數(shù)據(jù)。

圖9 大屏系統(tǒng)水廠和加壓站的生產(chǎn)運(yùn)行界面

3.2.3APP系統(tǒng)

APP系統(tǒng)采用了原生+H5的混合架構(gòu)模式，有效提升了整體性能，同時(shí)保障APP運(yùn)行的穩(wěn)定性。APP界面整體以九宮格形式排列，支持界面顏色切換，支持天氣信息展示，支持地圖查閱、實(shí)時(shí)報(bào)警、廠站、管網(wǎng)監(jiān)控等功能。若發(fā)生壓力報(bào)警、流量報(bào)警等相關(guān)緊急事件，系統(tǒng)可以自動(dòng)將報(bào)警信息推送到管理人員手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地辦公，推動(dòng)各級(jí)部門的精確化、高效化管理，具體界面如圖10至圖12所示。

圖10 APP首頁

圖11 水廠實(shí)時(shí)參數(shù)

圖12 瞬時(shí)進(jìn)水流量對(duì)比曲線

4 結(jié)論

① 數(shù)據(jù)倉庫的建設(shè)，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源共建共享，避免了重復(fù)投資。

② 通過搭建新的生產(chǎn)運(yùn)營平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水區(qū)域的整體監(jiān)控，達(dá)到集中控制和管理，保證各廠站安全、可靠、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。

③ 濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)突出了數(shù)據(jù)把控與數(shù)據(jù)流程貫穿，由數(shù)據(jù)分散改為數(shù)據(jù)集中、由分散管理改為集中管理、由人工判斷逐步成為智能決策。系統(tǒng)的建成使生產(chǎn)更加智能化、管理更加精細(xì)化、決策更加科學(xué)化、運(yùn)營更加高效化，實(shí)現(xiàn)公司信息資源整合，為未來建立和完善供水信息資源合理配置和高效利用體系提供了智慧保障。