包头某水业公司智慧水务方案 

一、 方案背景

包头市某水业公司自 2005 年成立发展至今,发展迅速、市场的开发和发展已形成一定的规模,水站有 60 多个水站,公司规模仍在继续壮大,水站分布地域广、跨度大、地域区域分布不均匀,最远距离跨度在 40 公里以上。近年来,随公司的快速发展,水站信息化、智慧水务建设成为公司快速发展的必然趋势。

二、 智慧水务建设要求

1、整个控制系统的数据采集设备、相关设备终端模块等硬件设备在市场范围普及应用,技术成熟、运行稳定性强、厂家选购范围广的特点。 
2、“智慧水务控制系统”总体设计遵循国家有关规定,软件系统升级简单,软件系统成熟、升级频次数低,有良好的扩充性,方便添加新的模块,或者厂家能够免费提供升级服务。 
3、系统建设成功后,厂家给予本公司员工免费培训,保证公司员工能够熟练掌握远程控制操作及简单系统维护和应用。系统界面操作简单、便于计算机掌握层次不同的人员能够独立操作和应用。 
4、稳定性是系统长期运行的基本保证,系统所采用的软硬件保证系统稳定可靠,为确保系统正常运行,智能系统必须严格按照相关规定,对系统全面测试,最低有效降低系统不稳定性。 
5、系统必须有较高的安全可靠性,避免公司相关核心数据丢失。 

三、 解决方案

如图所示:

1、将每个泵站的计量仪表更换为带 ModbusRTU 通讯的仪表,所有仪表按Rs485 菊花链方式连接起来。
2、在每个泵站安装一个小型 PLC 和 WL-430T-AK 工业 4G 路由器,PLC具有以太网和 modbusRTU 通讯功能,ModbusRTU 用来跟本站的仪表通讯,读取数据,并且根据现场需要在 PLC 内配置逻辑运算, 控制现场的阀门开关。PLC 的以太网口与工业 4G 路由器的 LAN 口和云盒子网络通过交换机连接起来,工业 4G 路由器配置 WiVPN 功能。
3、在每个泵站/水站安装一个云盒子,在云盒子内配置水站的控制画面、运行状态画面、数据显示画面等功能,用于就地显示系统运行情况,用户可使用手机或平板等设备在水站就可查看运行状况。
4、在水站总控中心配置一台 WL-820B-A 工业私有云,其上的虚拟机内安装WiSCADA 工业组态软件并且配置虚拟机使其能够通过工业防火墙内的安全网络连接到各个泵站的现场 PLC。
5、水站总控中心安装一台 WL-620F-S 工业防火墙,宽带网络通过工业防火墙连接到工业私有云中。配置防火墙的 WiVPN 功能使其能够与所有水站的 WL-430T-AK 工业 4G 路由器建立安全的网络连接。另外,配置相应的安全策略,似的工业私有云内部分虚拟机可访 问到互联网。
6、在水站总控中心的WiSCADA 软件中开发所有水站的管控画面,使用分布式画面的方式,直接连接到每个水站的云盒子画面。
7、工程师笔记本配置 WiVPN 的计算机端兼容插件,一旦设备故障, 工程机可立即连接到现场 PLC,判断故障原因,找出解决方案。WiSCADA 工业组态软件和WiHIMIBOX 云盒子的搭配可以很好的实
现水站监控管理模块、管网监测模块、历史数据查询模块、故障监测预警模块、数据信息处理模块、预留接口模块等模块的要求。 

(1)水站监控管理模块 

水站监控管理模块通过简单、直观、专业的图形化展示界面,实 现对整个水系统实时监控,提供给工作人员一个简单直接的展示界面。同时,模块还对设备运行状态、工艺参数进行实时监测、分析,实时 展示给工作人员。实现能源精细化控制,充分了解能源流向,各水站 能耗对比,最终提出节能优化的建议,以达到节能的目的,具体功能 要求如下: 

√ 实时监测水站进出水流量、出回水压力、 
√ 纯水回收率、制水效率、吨水耗电量、管网漏损率; 
√ 实时监测泵体的电流、电压、泵体的工作状态、故障状态; 
√ 实时监测罐体内的液位; 
√ 实时监测设备状态故障警告展示; 
√ 实时监测设备运行曲线展示; 

我们设计使用云盒子将每个水站监控管理模块的界面简单、直观的展现出来,其中包括设备的运行状态、工艺参数等。通过现场各传感器的数据采集和数据分析可以了解能源流向。将所有的水站的云盒子画面数据汇总到管控中心的WiSCADA 软件中,可横向和纵向分析各水站能耗对比从而得出节能优化的方案,达到节能目的。 

(2)管网监测模块 

通过实时采集出回水压力及流量与正常历史数据进行分析、对比。当监测压力、流量不在正常范围之内时,及时触发报警,以声光报警 形式通知值班人员,同时设定发送微信和邮件,通知相关人员,具体 实现如下: 

1)通过水站出回水压力、出回水量等历史数据,进行对比、分析判断管网状态,超限报警。 
2)在主要供水管网节点增加流量计、压力表等带通讯功能的仪表,并且配置云盒子和工业 4G 路由器,将这些管网的实时数据传回到管控中心。使用历史记录和报警记录功能,纵向对比当前管网参数的趋势曲线,设计偏差超过系统允许的误差范围后及时报警,提醒相关人员及时维护。 

(3)历史数据查询模块 

在对于每个水站的运行数据,会在本地的云盒子中存储历史数据, 另外,所有水站的历史数据也会存储在管控中心的数据库里,用于制 作各种需要的报表和分析图表。用户可以通过管控中心的页面轻松调 取所有水站的历史运行信息,也可以对某几个水站的数据进行类比。 

系统在运行状态中对设备工况参数、出回水流量及压力、制水工艺、吨水能耗等关键参数进行实时记录。在历史查询模块中可以对历史数据进行筛选,归类处理并产生各种专业的报表数据,系统具体功能如下: 

√ 操作历史记录查询 

√ 水站日、月、年报表查询 

√ 图形报表显示查询

√ 历史曲线报表查询 

√ 以上数据具备直接打印条件 

(4)故障检测预警 

在系统运行中如果设备出现突发异常,实时故障监测预警模块及时通过声光报警灯、微信、邮件等多种方式对用户进行提醒和预警以保障系统安全运行。模块中还将通过对设备运行状态的判断,给出常见的故障排除方式,为用户处理故障提供指引,系统具体功能如下: 

√ 故障判断(软件可进行基本故障判断,如传感器故障、通信故障等) 
√ 故障数据过滤处理:对运行异常数据及时提醒值班人员 
√ 常见故障维护指南:对常见故障维护情况以微信方式提醒到指定的文虎人员。 
√ 故障信息传递:故障新以微信、邮件等信息推送到指定负责人。 

另外,通过每个水站的云盒子实时采集出水口压力及流量,在管控中心汇总后与正常历史数据进行对比、分析,当流量、压力不在正常范围时可以通过声光报警通知值班人员。 

(5)数据信息处理 

在管控中心的 WiSCADA 软件中,设计日、月、年报表,并且将所有的水站报表分类统计,横向类比,综合统计,分别展示。还可以查询操作历史记录、历史曲线、报警记录等。 

(6)预留接口模块 

在管控中心的 WiSCADA 软件中,预留有足够的水站扩展接口,用户在每个水站设置完云盒子后,可自动在 WISCADA 的页面上显示出该水站的信息。并且,WiSCADA 软件可以为更高级的系统提供所需的数据接口。 

在WiSCADA 组态软件中,启用内网穿透功能,将已经组态完成的HMI 画面发布到互联网,用户通过安卓或苹果的手机、平板电脑等智能移动终端设备通过 4G 网络或者WiFi 就可以轻松的访问到 HMI 画面。用户不需要使用高级编程语言去开发APP。 

(7)手机查看效果展示 

(首创水务某地实际当前运行项目) 

四、 方案优势

1、使用工业 4G 路由器做远程连接的优势

1)使用WiVPN 技术,有效地保证了数据传输的安全性,扩展了无线网络中中心节点连接外部节点的数量,突破了普通 VPN 协议对网络节点连接数量的限制。 
2)使用计算机端兼容的插件通过 WiVPN 协议直连所有远程设备,使得网络管理工程师无论身处何地,都能够快速连接到所有设备,提高故障处理效率。 
3)Witlinc 工业 4G 路由器内置防火墙,可以阻止所有未授权的网络设备连接,最大程度保证无线网络的通讯安全。 
4)Witlinc 工业 4G 路由器无需固定 IP 即可实现所有设备的相互连接,并且,在Witlinc 工业 4G 路由器上传输的所有数据都不会经过第三方平台。 
5)Witlinc 工业 4G 路由器之间采用 WiVPN 技术连接,该技术借鉴网银U 盾的安全理念,采用 CA 证书的方式,只有拥有 CA 证书的设备才允许连接到网络里面。 

2、使用 WiSCADA 的优势

1)灵活报表展示

在WiSCADA 组态软件中,用户可以自由定义所需的报表格式,并且将该报表以友好的界面显示出来,该功能省去了用户采用传统工控组态软件需要使用脚本来编写报表的烦恼。用户定义报表就像使用 Excel 表格那样简单、便捷。

2)完善的 IO 数据采集驱动

WiSCADA 组态软件内置了多种通讯协议,如 OPC、ModbusRTU、ModbusTCP/IP、SNMP、万能协议等,并且,还可以直接与西门子、三菱、欧姆龙、施耐德、罗克韦尔等厂家的 PLC 直接通讯,值得注意的是,如果用户需要采集串口连接的自定义协议设备的数据, 万能协议便是最好的工具。除此之外,该软件还可直接与门禁系统、智能仪表、西门子变频器等设备连接,最大程度地帮助用户采集到工业现场设备数据。

3)内网穿透

内网穿透功能专用于智能移动终端连接。启用该功能后,用户可以使用自己安卓或苹果手机通过 4G/WiFi 网络连接到自己组态好的画面,用户可以自定义手机端访问到的画面是否和 PC 端显示的一样,手机端显示的画面可设置自动适应屏幕大小显示。当然, 用户也可以定义手机端显示不同于 PC 端的画面。值得一提的是, 使用 P2P 内网穿透技术,用户用于网络发布的机器不需要固定 IP 和公网 IP,只需要能够通过防火墙连接到互联网即可。

4)强大的报警功能

使用WiSCADA 组态软件配置报警信息,可使用的重要报警随时随地提醒道关键人员,这种提醒方式包括微信、短信、Email、语音、弹窗等方式。

5)高效的关系数据库连接能力

WiSCADA 组态软件内嵌了数据库连接驱动,可以直接连接到 MS SQL Server、Access、Oracle 等常用的关系数据库,并且通过使用中文脚本的方式可方便地对数据库进行必要的操作。

6)网络客户端连接简单方便

使用 WiSCADA_NetClient 网络客户端,只需在操作员站工控机上安装一个组态浏览器即可,网络客户端的授权都在 WiSCADA 软件服务端完成,操作员站无需安装繁琐的授权文件。

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