★北京亞控科技發展有限公司郭棟梁

★蘇州市吳江水務集團有限公司王宇峰

★北京亞控科技發展有限公司李澤浩

關鍵詞：全組態開發；KingSCADA；信創

隨著國際競爭加劇，為了保障國計民生行業尤其是水務行業的穩定運行，按照國家發展規劃要求，逐步進行信創產品更換，信創的目的不是替代，而是自主、創新，將核心技術牢牢掌握在自己手里，結合通用信創版本組態軟件，構建基于信創平臺的水務集團智慧管理平臺，通過集群部署，統一運維，實現全區各水廠與泵站的綜合管控、統一調度。通常智慧管理平臺的開發與維護需要高級編程人員參與，技術門檻高，后期維護擴展困難。通過項目的開發研究與實際應用表明組態式平臺的快速開發實現數據匯總處理并為未來智慧水務管理平臺的構建是十分必要的。

1　系統概述

1.1　系統簡介

KingSCADA4.0信創版是北京亞控科技發展有限公司針對信創領域精心打造的核心產品，延續了KingSCADA系列產品的高性能和易用性，并針對信創環境做了深度優化，實現了與國產軟硬件平臺的全面適配。

KingSCADA4.0信創版基于自主研發的技術框架，擁有長期可維護性和持續升級能力，符合國家等保2.0三級認證標準，進一步強化了基礎設施的自主可控能力，作為企業新型數字轉型底座，全方位契合信創監控市場功能需求，可以為企業提供成熟、可靠、安全的監控解決方案。

1.2　系統現狀

目前現場沒有集控系統，具有單廠的控制中心，各廠為獨立的廠站。所采用的SCADA平臺為國外軟件：Intouch、WinCC。下層的PLC采用的是西門子1200、1500、200smart、羅克韋爾1756、1769、850、施耐德340、580。由于各個水廠所采用的監控軟件不一致且網絡互不相通，所以導致每個水廠形成信息孤島，業主無法同時瀏覽各個水廠的數據，進行統一管控。

1.3　功能性需求

功能性需求清單如表1所示。

表1 功能性需求清單

1.4　非功能性需求

（1）可靠性與穩定性。軟件系統盡量不出現閃退、崩潰無響應等情況。

（2）較高的交互性。根據用戶習慣進行開發，保證軟件的易用性，增加用戶交互[1]。

（3）隨需而變。系統平臺支持拖拉拽式組態開發，維護工程師能夠根據業務需求的變化通過低代碼方式快速實現軟件系統功能的變更[2]。

1.5　系統難點及設計方案

針對系統現狀，本項目的重點難點如下：

（1）原有系統不滿足國產化需求。

（2）采集速度較慢，現場上位機2s采集一次。

（3）現有系統雖能控制設備但無法更好地滿足現場應用過程中提出的新需求，如同一彈窗控制多個設備等。

（4）部分設備的點位存在故障無法采集，需要做屏蔽處理。

（5）沒有冗余，建設年代過于久遠，上位機宕機后，軟件處于癱瘓狀態。

（6）使用時偶爾會出現軟件卡頓現象，無法下控情況。

（7）上位機與數據庫交互存在問題，部分數據無法進行定時存儲查詢。

（8）上位機和觸摸屏無法同時控制現場設備。

（9）原有系統畫面不夠美觀。

（10）由于數據分散，各廠獨立提交報表，集團級數據統計分析消耗人力過大。

（11）原有系統無法向第三方平臺轉發數據，接口比較單一。

針對以上重難點問題，本方案有如下措施：

（1）亞控KingSCADA軟件及數據庫軟件支持國產操作系統并滿足報表、曲線、報警、設備控制、數據存儲、數據轉發等功能，支持接入幾十萬級的數據量同時具備熱備冗余，分布式部署的特點，能很好地滿足項目需求。截至2024年，亞控在軍工、水利、水務、能源已有相應的項目案例，并取得了巨大的成功。

（2）采用全組態信創KingSCADA，具備良好的人機交互界面，可以根據個人需求，快速完成界面開發，支持2D/3D圖素導入，提高了系統美觀性。

（3）KingSCADA信創版全面支持OPCUA、restful、MQTT等接口，方便進行第三方數據交互。

2　總體設計

2.1　系統整體架構設計

系統整體業務架構如圖2所示。

圖2 系統業務架構

（1）系統感知層

感知層設備主要包括各水廠、泵站的在線儀器儀表、生產設備、控制系統等，是物聯網技術構架的基礎，感知層的建設是利用各廠控制系統，通過強大的數據協議轉換功能，在不影響各水廠、泵站生產運行的前提下，進行多種通信接口、通信協議的轉換，實現自動采集各種PLC和驅動器的生產運行數據，并建立與各類PLC、驅動器、馬達控制器間的數據通訊，最終形成完善的感知層體系。

（2）系統傳輸層

利用先進的物聯網技術、邊緣云計算技術與互聯網融合，建立網絡層體系，兼容多種網絡方案，保證數據傳輸的可靠性。

（3）平臺支撐層

基于時空數據庫、元語言等核心技術，構建排水集控平臺，建立平臺支撐體系。實現對集團公司下屬水廠、泵站的關鍵生產指標數據及設備運行參數的采集，實時傳輸到管理中心服務器，并對數據進行存儲、維護、管理，且提供給各應用系統使用。

（4）應用層

應用層，主要為集控系統各業務功能。進行區域范圍內的各水廠、水泵站的生產實施監控（設備狀態、設備控制、工藝參數等）、趨勢顯示及查詢、生產報表管理、報警與事件管理及視頻監控等；其中水廠及泵站可實現設備狀態監測、遠程控制及工藝參數監測。

（5）展示層

平臺提供C/S客戶端和B/S客戶端兩種方式進行平臺的展示。

2.2　系統技術架構

本系統的整體技術架構如圖3所示。

圖3 系統技術架構

每個廠區兩臺數據服務器部署2套KingSCADA運行版做主備冗余并開放OPCUA接口，兩臺歷史庫服務器部署2套工業實時歷史數據庫KingHistorian做主備冗余，中控室一臺操作員站部署1套KingSCADA客戶端。

集控中心兩臺數據服務器部署1套KingSCADA開發運行版與1套KingSCADA運行版做主備冗余，兩臺歷史庫服務器配2套工業實時歷史數據庫KingHistorian做主備冗余，中控室三臺操作員站部署3套KingSCADA客戶端。

每個廠區的KingSCADA以多轉發的方式同步上傳至本地KingHistorian_和集控中心KingHistorian_，數據支持斷線緩存、斷點續傳等功能，保證數據完整性和數據一致性。

通過隔離網閘的web服務器部署1套KingSCADA運行版進行網頁發布，讀取集控中心的實時數據與歷史數據庫服務，為保證數據安全性，所有網頁數據只能查看不能下發。

3　系統實現

3.1　數據遠程監視管理

通過將各水廠、泵站的運行數據進行采集、傳輸、存儲，并初步加工處理，還可以將各個水處理廠的工藝畫面直觀地在監控中心展示，使企業各級人員隨時掌握生產運行情況。

通過直觀的動態畫面表達實時水動態、設備運行狀況、水處理工藝流程畫面、顯示排水公司水流方向等流程畫面。

圖4 數據遠程監視

3.2　設備遠程控制

對水廠、泵站的生產運行進行監控，通過中心控制室計算機可對生產運行進行管理。做到綜合管理、綜合調度。

運行人員可以查看各站點的實時工藝流程圖、實時數據；遙控設備、調整工藝運行參數；處理報表、查看實時曲線和歷史曲線。

圖5 設備遠程控制

3.3　生產報表管理

系統可自動采集，統計分析報表自動生成，預置流程數據報送，同時可根據使用者要求進行生產報表報送流程自定義，可根據用戶權限隨時進行任意格式數據報表導出，為管理決策隨時提供第一手資料，同時極大緩解人力勞動，減少企業人力成本。

圖6 生產報表管理

3.4　趨勢曲線管理

趨勢曲線具有多繪圖區、多數據軸、多時間軸，并且能夠進行實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線在線轉換，可以方便地進行個性化趨勢曲線的查詢、對比以及分析。

實時趨勢：系統可以生成實時趨勢圖，用于分析模擬量參數（如流量、溫度、水質等）的變化趨勢，以更好地讓操作人員掌握系統參數的變化趨勢，使系統保持最佳運行。

歷史趨勢：根據用戶的需要我們可以將相關的監控點的數據生成歷史趨勢圖。通過歷史趨勢，用戶可以查看以前特定某段（點）時間的歷史圖形記錄，可以查找故障發生的時間、變化趨勢，從而找出系統的故障原因。

圖7 趨勢曲線管理

3.5　報警預警聯動

報警預警可以使集控中心內運行人員在第一時間獲知運行過程中產生的設備故障信息和將要產生的生產事故信息。設備故障報警：當運行過程中設備一旦發生故障時，或當設備需要保養時，相應的區域顯示閃爍同時伴隨報警語音的提示，并顯示一組設備報警，提醒維修人員及時到達現場對設備進行維修、保養。報警預警設有優先級管理，各類報警預警進行精確判斷，實現故障自動報警、事故自動預警，并顯示所有報警預警列表及報警預警的詳細內容。

對于無人值守的設備，及時獲知設備的報警預警信息對設備的安全運行起到至關重要的作用。KingSCADA軟件可以通過多種方式把報警信息分層級發給相關人員[3]。

圖8 報警預警聯動

3.6　分級短信報警功能

當報警預警信息發生時，KingSCADA軟件產生報警信息。報警信息可以通過手機短信的方式發給相關人員。報警短信可以分級報警，例如報警信息發給一級確認人員，如人員沒有在規定時間內確認處理，將再發給更高一級的管理確認人員。

3.7　設備運行日志

系統按照定時記錄、數據變化記錄、按采集周期記錄等方式實時記錄各個水處理廠所有設備運行信息到工業數據庫。不同類型的數據可采用不同的記錄頻率，核心關鍵數據或者變化較快數據可按秒記錄或變化記錄，變化較慢數據可按分鐘記錄。主要記錄的參數包括：

·設備運行的電氣參數（如電壓、電流、頻率、耗電量等）

·固有參數（如軸承溫度、轉速、油位等）

·環境參數（如格柵前后水位差、水池水位等）

·其他參數

設備運行日志數據為系統自動采集并且記錄到工業數據庫中，可以以水廠名稱、設備名稱、設備類型、時間范圍等組成組合條件進行原始數據查詢，查詢結果顯示方式可以調整、設定。

3.8　系統管理

為保證各站點的安全運營，需要為集控中心的各操作員及工程師分配不同的權限。同時，為保證運營的安全，系統禁止無權限的監控中心工作人員對各設備進行遠程控制。

圖9 系統管理

3.9　系統權限管理

每個用戶通過合法的用戶名密碼可以登錄系統訪問其負責的業務范圍的數據信息。登錄的用戶一旦登錄其他人員不能在異地登錄，登錄人員可以設置登錄超時，超過設置時間系統將自動退出，用戶登錄要顯示上次登錄的時間、地點等信息。

運行參數設置功能可以設置權限，確保運行參數安全。

圖10系統權限管理

3.10　系統角色管理

根據組織結構特點可以設置不同的用戶權限，如總經理、公司經理、現場值班人員。每個用戶可以對應一個角色也可以對應多個角色，用戶角色的變化直接影響到其在系統里的操作權限。系統為每個角色定義可訪問及操作的內容范圍，保證系統信息的安全，尤其是生產運行管理的核心數據安全。

3.11　系統對接

以現有成熟的產品為對象設計，同時還考慮到周邊信息通信環境的現狀和技術的發展趨勢，具有網絡通訊口，可實現遠程控制。對外提供豐富的API接口，支持OPC UA Server、MQTT訪問接口，支持C++、C#、Restful API接口。

圖11 系統對接

4　關鍵技術

4.1　全信創

選用的KingSCADA信創版軟件支持全信創生態，支持國產操作系統、CPU、主機、信創PLC等生態，符合國家信創戰略要求，同時，針對沒有信創要求的行業，可以使用Windows版本KingSCADA進行開發，后續根據行業要求直接進行信創升級即可。

4.2　全組態

全組態KingSCADA信創版軟件，可快速完成企業SCADA系統的開發與應用，提供豐富的前端可視化生成器。同時，組態化技術的應用，讓業務工程師開發SCADA平臺成為了可能，為企業數字化工廠的建設起到了奠基石的作用。

5　結語

本文論述了基于KingSCADA信創版的智慧管理平臺的設計與實踐，主要介紹了系統需求、建設方案、總體設計、系統實現與關鍵技術等內容。已經開發完成的系統，實現了全信創生態系統構建，打破了集團信息化系統建設過程中的數據孤島，為后續集團建設信息化系統奠定了堅實的基礎。

作者簡介：

郭棟梁（1994-），男，山西臨汾人，中級工程師，學士，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要從事智慧城市、能源管理、智慧水務解決方案方面的研究。

王宇峰（1993-），男，江蘇蘇州人，學士，現就職于蘇州市吳江水務集團有限公司，研究方向為智慧城市、智慧水務。

李澤浩（1999-），男，黑龍江大慶人，學士，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要從事工業軟件、智能制造等方面的研究。

參考文獻：

[1]肖文娟,王加勝.基于Vue和Spring Boot的校園記錄管理WebApp的設計與實現[J].計算機應用與軟件,2020,37(04):25-30.

[2]陳善超,王全林.基于KingWater全組態平臺在供水智能調度系統的開發與應用[J].儀器儀表用戶,2023,30(8):31-35.

[3]張金松等.智慧水務視角下水務數字化轉型的挑戰與實踐[J].給水排水,2021,47(6):8.

摘自《自動化博覽》2025年5月刊