一、项目背景

上海市现有两大相对集中的水源地：黄浦江上游和陈行水库。由于黄浦江地处太湖流域下游，受上游和本地污染影响，水源水质较差且很不稳定，陈行水库原水供应规模为130万立方米/日，远远达不到整个上海市的用水需求。 根据预测，到2010年，全市原水需求量为1175万立方米/天；到2020年，按2000万人口考虑，全市原水总需求量将达到1428万立方米/天。青草沙水源地原水工程建设的目的就是解决越来越大的原水缺口，建成后，上海市供水格局由原来的80%取自黄浦江，20%取自长江变为两江取水各占50%。

五号沟泵站是整个青草沙水系的心脏，建成后供水总规模将达到708万立方米/日，其设计规模位列“亚洲第一、世界第二”，同时也被列入上海市“十一五”重点项目。它通过过江管道获得青草沙水库出库的原水后通过24台大型水泵将原水向凌桥，严桥，金海/川沙/南汇三个方向的各级泵站输送，最终输向14座大型水厂，为全市提供优质好水。

二、项目挑战

2.1     安全性方面

五号沟泵站对青草沙水系的作用至关重要，一旦发生故障后果不堪设想，采取必要的冗余措施非常有必要。冗余虽然是SCADA软件普遍具有的功能，但是大多数软件往往只能实现实时数据冗余，像五号沟泵站这样需要对历史数据、报警信息深层分析，而后作出控制与调节的系统来说，如果仍然延用传统的冗余方式显然已无法适应当前的应用需要。

2.2  数据完整性方面

五号沟泵站项目中的I/O采集系统采集到数据后会向SCADA服务器、工业历史数据库服务器传送数据，这一部分的网络是单网络配置，此时如果出现网络中断，那么数据丢失不可避免，因此要保证在网络中断时，数据依然完整，是本系统面临的一个挑战。

2.3  强大的性能

五号沟泵站的点数规模达到5000点，随着系统运行时间的不断延长，在分析时，需要检索的数据量也会不断增加，出于对系统稳定性的考虑，五号沟泵站对数据库系统的性能要求很高，因为性能如果达不到要求将会影响所实现的功能的效果与质量，如检索历史数据缓慢，将会延误操作人员的分析，进一步导致控制操作迟迟不能下达，最终造成供水的不稳定。因此，系统的高性能必须得到保障。

三、项目方案

3.1  系统配置

图1  系统配置图

3.2  应用软件部署

图2  软件部署结构

3.3  项目的功能特点

Ø  多种冗余方式

l  双机冗余：主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机实时跟设备通讯完成实时监控；主从机间进行心跳检测，一旦从机发现主机异常，将立即切换取代主机实现主机的功能。

l  双链路冗余：PLC、服务器均连接在主从两个网络上，当主网络发生中断，系统自动识别并切换到从网，在从网络上继续进行数据采集，保证数据的不间断。

l  实时数据、历史数据、报警数据的冗余：系统除对实时数据冗余外，还对历史数据、报警数据冗余，当故障服务器恢复正常，可自动将故障期间的历史、报警数据同步，从而保证主从机的数据一致，也是对数据完整性的可靠保障。

Ø  数据缓存及断点续传功能

I/O Server3.0平时会对通讯链路、传输网络、传输性能等进行监视，当检测到网络异常时（如网络中断或网速过慢），会将采集的实时数据缓存在本地磁盘，缓存时间、文件大小均可由操作人员设置。当网络恢复正常后，缓存数据自动被传送到KingSCADA、KingHistorian以及青草沙集控中心。由于SCADA系统更加侧重的是数据的实时性，因此传送时优先于实时数据，间歇的传送缓存数据。该功能的好处是，即使网络中断，也不会发生数据丢失，保证了数据的完整性也就保证了分析的准确。

Ø  强大的性能保障

本系统的工业历史数据库采用北京亚控科技发展有限公司的工业历史数据库KingHistorian3.0，其性能参数如下：

l   工业历史数据库可以在线连续存储，并达到15万条记录/秒的存储速度；工业历史数据库单台服务器可以支持100万点的数据点。

l   工业历史数据库单客户端单点查询速度20万条记录/秒；工业历史数据库256个客户端并发查询，每秒可达2万条记录，工业库稳定支持256客户端并发查询。

l   工业历史数据库支持从OPC Server、IO Server、文件系统获取数据。

l   工业库支持三种以上采集器数据压缩方式，压缩方式和压缩参数应可供用户配置；工业库数据压缩可压缩掉25%-95%的数据，工业历史数据库支持按日、周、月进行数据归档。

l   工业历史数据库采集器支持分布式部署、支持独立采集。

l   工业历史数据库采集器支持数据缓存、断点续传功能；采集器支持在线配置，支持采集器冗余。

l   工业历史数据库支持毫秒级数据分辨率。

l   工业历史数据库为客户端的数据订阅提供参数配置；工业历史数据库支持变量信息和历史数据导出到xls、csv、xml三种文件格式。

l   工业库支持单独或者批量组态标签点，包括创建、更新、删除、查询标签点以及相关属性。

l   工业历史数据库具有专用客户端管理工具；工业历史数据库支持Excel Addin并支持网络部署。

l   工业历史数据库支持标准SQL检索和扩展的高级检索；提供丰富的数据访问接口，如API、ODBC、OLEDB（ADO）、SDK等；提供150个以上的API接口函数，可以使用C，C++， C#，VB等语言进行数据库开发。

l   在系统崩溃、突然掉电、程序异常退出后，工业历史数据库保证数据文件完整有效；支持集群冗余方式；可实现变量镜像、数据镜像、安全镜像等，支持镜像缓存；工业历史数据库支持系统的备份与恢复；工业历史数据库支持用户对数据的存取授权和控制，防止非法用户的入侵。

l   工业历史数据库具备完善的数据安全和基于角色的用户权限管理。

Ø  丰富的事故通知

事故发生时，可以通过播放语音，拨打电话，发送短信，发送Email等形式通知各级人员。通知的重要说明都是具体的文字说明而不是事件代号。被通知的人员按照不同的级别，得到的内容各不相同，如可以将级别划分为领导层、指挥层、用户层、操作员层、供应商层等。操作员得到的消息可能是某某事故，请速采取何措施。而领导者可能会得到更为详细的消息，如某某事故，请速采取措施，未来５分钟之后，水位将是如何的。

Ø  与集控中心的交互

五号沟泵站在采集到设备数据之后，不但传递给本地的系统，还将数据传递给青草沙集控中心，集控中心通过分析向下传达调度指令，由五号沟泵站进行具体执行。在这个过程中会频繁的进行数据交互，交互的实时性、安全性要求系统必须采用安全、简单的传输接口，保证数据交互的畅通和稳定。此时没有采用OPC方式（OPC方式每次通讯时都需要建立组，在组中建立项，然后再进行每个项内数据包的请求与回应。数据帧还附加了OPC协议所要求的很多包头和包尾，较为复杂，容易出错，速度缓慢），I/O Server与运行在集控中心的I/O Master两者之间通过内部接口来实现数据传输与交互，可以快速可靠的实现数据交互。

四、运行界面