某水务水厂控制系统整合解决方案

一、 需求分析

目前某水务下属有五个水厂一个水库，其中五个水厂为一水厂、二水厂、***水厂，***净水厂，***净水厂。另外有一座水库，目前每个水厂均有自己的控制系统，但是相对独立，根据集团要求现在欲将其 他四个水厂和水库的数据整合到二水厂，在二水厂设计一套综合监控系统， 可以在二水厂看到所有水厂的画面和系统，同时要求能够通过手机 APP 访问生产控制系统，以及关键报警可实现微信和邮件报警。

另外由于系统投运年代不同，部分水厂工程师站，操作员站，操作系统大部分为 Windows XP，甚至还有 Windows 2000 SP4，整体系统目前面临如下问题：

1、工控机备件无法采购，新采购工控机不支持 Win2000 和Windows XP；
2、将工控机和组态软件全部升级的成本高，而且避免不了未来系统仍然出现不支持新硬件的现象。
3、升级组态软件担心出现新老系统部分组件不兼容的情况。
4、每个水厂项目独立，集团不具备集中监控的条件。
5、工控机如果故障，造成的损失无法估计。
6、希望能够实现改造过程不影响正常生产。
7、水厂间不具备敷设光缆的条件。

二、 解决方案

针对以上情况和现场调研，我们设计如下解决方案帮用户实现在线系统升级， 整个系统升级过程不影响客户的正常生产。

具体方案如下：

1、 每个水厂新增一台伟联科技的云盒子和 4G 路由器，将水厂的关键生产数据以报表和曲线的方式运行在云盒子内，并将报警服务实时运行在云盒子内，如有设备报警可以实现微信和邮件报警，通过 4G 路由器实现云盒子和二水厂的数据连接。每个水厂的员工可通过手机APP 可以访问本水厂的实时数据和报表，曲线等。
2、 在二水厂设计一套 WitLinc 工业私有云，采用专为工业生产设计支持16VPC 的 WL-840B-A；布置在二水厂控制室内，将原来所有水厂的控制系统的工控机以虚拟机的形式部署在私有云内。并将原来的 PLC 系统通过接入交换机接入到私有云三层核心交换机。
3、 在二水厂工业私有云内部署一套无限点 WiSCADA，将新增的每个水厂的云盒子中的数据报表、设备状态、综合报警整合到 WiSCADA， 实现所有数据的汇总。最终实现随时随地通过手机 APP 访问实时生产数据以及设备状态的功能。真正实现数字化工厂集中管控。
4、 在二水厂控制室设置 4 个瘦客户机，用于实现系统的监视和控制。

如图所示：

使用 WitLinc 公司的工业私有云的方式实现现有的工程师站和操作员站安全迁移。具体如下： 

1、 在控制室安装 1 套工业私有云 WL-840B-A，WL-840B-A 内配置虚拟化平台，使用 WitLincP2V 迁移工具将现有的 win2000 和 Windows XP 系统迁移进来以虚拟机的方式运行。
2、 将原有的现场以太网线连接到私有云内的交换机上，配置虚拟机内网卡使其能够与现场 PLC 正常通讯。
3、 使用专用 USB 转以太网设备将组态软件的硬件授权狗转为以太网形式连接到私有云内的交换机上，配置虚拟机使其可以识别到该授权狗。
4、 二水厂控制室安装 4 台瘦客户机，用于连接到工业私有云内虚拟机，作为操作员站的显示和操作终端。
5、 关于 Windows 2000 SP4 的系统采用我方专有软件，实现 Windows 2000的远程桌面访问。
6、 每个水厂增加一台 WL-970B-A 云盒子和 WL-430T-LT 4G 工业路由器，实现每个孤立水厂数据的整合和数据上传。
7、 每个水厂增加一台 8 口非网管交换机 WL-1008-U2，用于实现上位机、PLC、云盒子、4G 路由器之间的互联。

三、 方案优势

1)工作人员可以通过手机方便的访问现场的生产数据和报表。 
2)通过在线不停机的方式实现了五个水厂之间数据的互联。 
3)微信和邮件报警可以第一时间让用户知道设备故障情况。 
4)通过 WL-430T-LT 以 4G 网络实现数据的互联，无需第三方服务器和云平台。 
5)通过 WiSCADA 以通用组态软件的方式进行组态，自动生成手机端 APP， 轻松实现移动设备对生产现场实时数据的访问。随时随地浏览生产状态。 
6)可以方便、灵活地管理整个控制系统的网络使用状况。 
7)宕机恢复，任何物理服务器故障都会将任务勿扰迁移到其他物理服务器执行，保证系统连续运行。 
8)降低硬件采购成本：用户只需够买瘦客户机即可，无需再购买价格高昂的工控机。 
9)所有虚拟机都以文件的方式存储在存储池内，便于用户异地或随时备 份，并且，所有的控制系统数据都已保存在虚拟机文件中，每个虚拟机文件都有一个实时副本文件；用户不必担心数据的丢失。 
10)故障恢复速度快：运行的虚拟机可以安装时间节点创建快照镜像，当发生意外情况导致虚拟机出问题时，可随时恢复到之前设置的系统镜像节点，这比起传统工控机需要重新安装操作系统和应用软件节省了大量的时间和人力。更有甚者，用户可以将虚拟机文件拷贝到移动硬盘保存， 当出现极端情况时，可轻松的使用备份的虚拟机文件快速回复控制系统的正常运行。 
11)硬件升级时不再考虑操作系统与驱动兼容性的问题。 
12)所有的系统均可以实现远程网络维护，当系统发生故障时不再需要工程师亲临现场去处理。 
13)更换操作员站所需要的时间更短，无需再次安装其他辅助软件和工业软件， 只安装瘦客户端即可。 
14)资源动态分配，可以有效利用所有资源。 
15)所有工程师站，服务器均可以实现统一管理；每台机器对资源的利用率以及运行情况可以很直观的显示出来。 

四、 硬件产品说明：

4.1WL-840B-A 工业私有云

WL-800B 是目前唯一一款全集成、可预配置、可预测试的超融合架构的工业私有云（IPC）平台，支持微软 Hyper-V 虚拟机和 WitLinc WiP2V 软件，为用户提供了一体化的 IT 与 OT 融合的解决方案。 

WL-800B 存储虚拟化 aSAN 能够让存储容量随着集群节点数量的增多而增大，同时实现性能的叠加，加之其弹性扩展、QoS、以及集中管理功能，使得WL-800B 可以低成本的更快、更好、更简单为各种工业控制负载提供数据保障。 

•紧凑型机箱内配置 3 个计算节点和一个存储节点、两个网络交换节点、一个电源节点。集成一个安全节点。 
•每计算节点主机 1 颗 Intel Xeon Processor E5 CPU 8 核 
•每计算节点主机配 64GB 物理内存 
•8 盘位工业存储，支持工业级热插拔磁盘 
•标配 4X2TB 容量工业级硬盘，可扩展 
•每台虚拟机最大可支持高达 4 颗虚拟处理器以及 16GB 内存 
•虚拟操作系统可支持 Win7、XP、2003/2000、VISTA、NT、98、DOS 等windows 操作系统和 linux 操作系统，目前唯一可实现 Windows XP 和Windows 2000 以前操作系统虚拟化的解决方案。 
•可使用瘦客户端远程访问 WIN2000/98、DOS、NT 等 Windows 早期操作系统。 
•集成的 WiNet 网卡可自动识别 ModbusTCP/S7 Net/EtherNet/IP /OPC 等工业通讯协议。 
•可虚拟最多 32 台虚拟机 
•支持虚拟机自动的故障转移和物理主机故障重启 
•虚拟机关闭时资源回收 
•虚拟机网络健康监测 
•迁移将只传输虚拟机的运行状态以实现更快的完成速度 
•在系统运行时可创建虚拟机，对新建虚拟机配置进行修改 
•管理员在目标主机可以直接启动虚拟机 
•虚拟机之间内存动态分配，自动分页 
•支持虚拟机与虚拟机之间的网络隔离与互访 
•无需停机可实现虚拟机的实时迁移 
•可轻松将物理机数据转化为虚拟机文件，直接运行 
•电源冗余、工业服务服务器宽温-10-60 度。 

4.2WL-430T-LT 工业 4G 路由器

  • 由于所有水厂和二水厂之间都没办法实现可视，而且没有条件敷设光缆，因此要求通讯模块可支持 4G 网络通讯，而且 4G 网络需要同时支持联通，移动， 电信等运营商，不可不同运营商不同型号。可支持 4G+/4G/3G/Edge .  
  • 要求支持最新 4G+ 技术 
  • 为了防止某些区域 4G 网络信号差，要求模块支持 WiFi 功能，包括 Master，Repeater。发射功率不低于 20dB。至少支持 802.11n 技术。 
  • 模块须内置安全防火墙，可实现流入数据包和流出数据包的控制；支持 NAT 和 SPI、端口过滤、端口转发等。以保证网络安全。 
  • 整个网络通讯不允许设置第三方服务器，第三方云平台，不提供任何第三方固定公网 IP 地址。保证数据不经过第三方数据服务器。 
  • 支持 1:1 NAT 
  • 由于现场设备既有以太网接口，也有串行设备，因此需要模块同时具备 Rs232， Rs485 和 RJ45 以太网端口，以太网端口须具备路由功能，至少一个 WAN 口， 一个 LAN 口。数据传输采用全透明方式传输。 
  • 模块需要支持 GPS，采用标准的 NMEA-0183 协议。可发送位置信息和时间信息，支持时间同步。 
  • VPN 采用 WiVPN，需要兼容 PPTP，L2TP，OpenVPN 和 Cisco OpenConnect。 
  • 工作温度：-40℃-70℃ 
  • 相对湿度：95% （不结露） 
  • 安装方式：DIN 导轨安装 
  • 防护等级：IP55 
  • 相关认证：CE，FCC，RoHS，IEC61000-4-2，IEC61000-4-8 抗震动和抗冲击测试。 

  4.3WL-970B-A 多协议数据采集终端（云盒子）

关键特点：

  • 可实现多种协议之间的数据交换，可方便实现 OMRON，三菱、西门子和施耐德 PLC 之间的数据交换。
  • 支持万能协议，可实现通用串口和以太网的数据采集。
  • Modbus TCP/IP 可支持同时支持 Server 和 Client 模式，可将多种其他协议转换为 Modbus TCP/IP 提供给第三方平台。
  • 可支持 OPC Client，可将第三方 OPC server 数据进行转换。
  • 可支持微信报警、E_mail 报警、报警组和报警备份
  • 可支持事件触发和定时器触发。
  • 可进行数据运算和逻辑控制。
  • Web 发布，APP 自动生成，内网穿透，支持 JavaScript。
  • 可定制化生产报表，移动端可以方便查看生产数据。
  • 低功耗无风扇零噪音设计，保证系统稳定性。
  • 集成 1 个高速以太网口，2 路 Rs322,1 路 RS485。
  • CPU 主频 266MHz，内存 256MHz。
  • 可扩展 SD 卡，方便将报表数据导出，最大可支持 32GB。
  • 最大支持 2000 点 IO 变量，增强版可支持 10000 点直接 IO 变量。
  • 工作电源：12-36VDC 技术规格：

技术规格：

处理器

LPC3250 266MHz

内存

256MHz

接口

RS485 x 1 Rs232 × 2 （DB9）

RJ45 × 1 （Realtek 千兆以太网）

电源

12-36VDC

规格

117mm × 103mm × 29mm

 

应用网络图：

支持协议列表：

  • Modbus RTU/ASCII 主站/从站
  • Modbus TCP/IP Server/Client
  • 非标串口通讯协议（无需编程）
  • 非标 TCP/IP 通讯协议（无需编程）
  • SNMP 简单网络管理协议（可直接进行交换机等设备网络拓扑）
  • 西门子 S7-200/S7-300/S7-400 以太网协议
  • 西门子 Smart200 串口/以太网协议
  • 西门子 PPI，MPI 协议
  • 三菱 FX 系列编程口协议
  • 三菱全系列 PLC 通讯协议
  • OMRON HostLink，Fins 以太网和 Fins 串口通讯协议
  • 西门子变频器 USS 协议
  • 高优门禁系统通讯协议
  • OPC Client 通讯协议
  • 标准串口 ASCII 通讯协议
  • 模拟 DTU 数据交换协议
  • 协议之间双向互相通讯，并非单向通讯。

五、 软件产品

随着智能手机和平板电脑的普及以及无线网络的覆盖，人们越来越习惯使用移动终端来代替计算机处理一些简单的事情，伟联科技工业组态软件 WiSCADA 作为数据中心数据采集工具，可自动生成手机移动端应用，无需单独开发相关 APP，可以方便的实现手机或平板电脑等智能移动终端访问的功能， 用户可以通过我们提供的 APP 来连接到 SCADA 软件，或者可以通过手机浏览器访问 WEB 版的数据，这两种访问的效果是一样的。管理层可以随时随地通过手机查看现场设备的运行曲线，维护人员可以第一时间获取设备的故障信息。真正做到敏捷服务。 

5.1WiSCADA 简介

WiSCADA 工业组态软件采用 C/S、B/S 架构，软件界面友好，编辑方式基于 Windows 风格，在线帮助文档通俗易懂，用户只需稍微学习便可自己开发 HMI 画面。图像界面支持自由缩放、鼠标漫游、自适应屏幕、透明色、过渡色、旋转/倾斜、幻灯显示，内嵌 JAVASCRIPT，用户可以自主开发更高级的功能。支持表达式、触发器、定时器、多语言、XML 支持、变量替换、定制图形。 

支持 Windows XP/7/8/CE/SERVER 的 32/64 位操作系统。网络版除了具有单机版的全部功能外，还支持 WEB 端、网络客户端方式通过局域网访问，另外，网络版还支持智能移动终端安装 APP 通过互联网访问组态服务器，APP 支持Android 和 IOS。另外，WiSCADA 工业组态软件支持 3D 功能，用户可以自由编辑3D 图形，让自己的 HMI 画面更加绚丽多彩。

WiSCADA 工业组态软件广泛应用于矿山、水处理、电力、烟草、新能源、环境监测和其他工业行业。

该软件支持 OPC、Modbus、Modbus TCP/IP 等通讯协议，可以方便的将现场多种厂家的 PLC、仪表等设备数据采集回来监视及存储。

丰富的弹窗、语音、短信息、邮件、微信等报警方式可以及时地将工业控制系统发生的报警信息推送给指定的维护人员。

方便易操作的报表功能可以让用户像使用Office 办公软件一样轻松地自主创建报表格式。详细的操作记录功能可以记录每一位登录用户的所有操作。

嵌入的地图功能搭配第三方设备的 GPS 定位可以实现位置信息的实时显示。

独有的 P2P 功能可以将 PC 端的控制画面发布出来，用户可以使用智能移动终端下载 APP 直接连接到指定的项目。

5.2WiSCADA 特点优势

  • 支持跨平台 Windows XP/Win7/8/CE/SERVER/Android /IOS 
  • 支持电脑/电视/平板/手机 
  • 支持单机 /局域网/广域网/内网穿透/云服务器 
  • 支持 C/S、B/S 
  • 支持 DTU、模拟 DTU 功能 
  • 内嵌 JAVASCRIPT 
  • 全面支持 OPC 技术 
  • 全面支持百度地图/GIS 组件 
  • 图表组功能 
  • 真正的 3D 支持 
  • 安卓 APP 支持获取 GPS 经纬度、扫描二维码 
  • 增强的项目管理功能 
  • 增强图形转换 
  • 分布式窗口– 易于系统管理、扩充 
  • 灵活的用户安全管理、可在线添加、修改、删除用户与密码 
  • 提供视频监控组件（完全支持海康威视） 
  • 提供丰富的关系数据库接口，支持 MSSql、MySql、Access 等常见的数据库接口 
  • 灵活的报表生成 – 内置运行库 
  • 多国语言的支持，包括中文 
  • 支持多种协议，可自定义万能协议驱动 
  • 支持 ActiveX/COM/DLL，结合 JavaScript，提高了系统与外部程序的交互能力，例如视频、门禁、数据库以及自定义功能模块等。 
Category: 
应用案例