小区自来水加压泵站远程监控系统
小区自来水加压泵站远程监控系统
周晓飞
（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 221008）
摘要：本文基于实际情况，对各小区二次加压供水泵房进行实时监控。此系统是由数据监控和视频监控两部分组成的。数据监控是在组态软件基础上，对采集到的各小区泵房参数进行直观的显示，为分析和决策提供有效的及时的判断依据；对泵房设备运转及安全情况监控，则是通过视频监控来实现的。
关键词：SCADA；组态软件；视频监控
中图分类号：TP319
Remote Monitoring System of Residential Water Pump
Station
Zhou Xiaofei
(School of Information and Electrical Engineering,China University of Mining and Technology,
JiangSu XuZhou 221008)
Abstract: Based on the actual situation, the secondary pressure on water supply pumping station of the district for real-time monitoring. This system is composed of data monitoring and video surveillance of two parts. Data monitoring is in the configuration software based on the collected parameters of each plot pump intuitive display for analysis and decision-making to determine effective and timely basis; on the pumping station equipment operation and safety monitoring, it is via video monitoring to achieve.
Keywords:Supervisory Control And Data Acquisition; Configuration software; Video monitoring
0引言
徐州康宏供水公司承担全市各小区二次加压供水工作。现有70多座二次加压泵房分布在全市各居民小区。随着城市快节奏地发展，市区规模越来越大，小区二次加压泵房将继续增加，供水公司二次加压泵房管理工作将更加繁重。
由于二次加压泵房分散在全市各小区，而且多数泵房属无人值守，采用人员定时巡视，管理工作较被动。供水设备出故障，往往需等到居民打热线电话投诉后，再派人去现场处理。既耽误时间又不知设备故障原因，不能及时对症排除故障，恢复供水。另外加压泵房现无视频监控设施不能切实保证供水安全。为了改变事后处理工作模式为24小时实时监控，根据设备运行参数中的预警数值，提前进行干预，使故障消除在萌芽期。供水设备出现故障报警，第一时间即根据系统显示故障原因派人到现场解决问题。因此小区二次供水加压泵房远程监控系统可以大大提高供水设备自动化水平和现代化管理模式。
本文的设计指导思想是：小区加压泵房SCADA系统由数据监控和视频监控组成，相互独立，可有效地防止互相干扰问题。其中，SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。它是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能[1]。
作者简介：周晓飞，（1985-），女，硕士研究生，主要研究方向：单片机，PLC和现场总线控制系统. E-mail: xf163z@https://www.sodocs.net/doc/6815352986.html,
1数据监控系统
本系统根据城市小区供水加压系统分布式监控网络而设计。利用工业组态软件——力控6.0软件，采用基于以太网络的PC数据采集方式和参数法实现对加压水泵的远程监控，实现了无人值守、远程监控和管理控制一体化。可同时对多个远程现场的系统进行监视和控制，采用远程通讯方式，及时了解远端运行情况并可迅速做出处理，可监视和采集水位、压力、流量、泵启停等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量。
系统分为远程站和中心控制站两部分。中心站管理系统采用力控监控软件平台进行开发。各个远程站采用阿尔泰RTU-6100多功能采集系统对现场设备进行采集和通讯处理。中心站和远程站可充分利用原有的以太网网络进行通讯。由于系统基于电信网络平台，以保证在网络通信环境下信息的安全性、保密性，我们采用了VPN模式。VPN是利用公共网络及特殊的加密通讯协议为企业构建的虚拟专有通讯线路。通过VPN，企业可以和远端的分支机构、业务合作单位，以及出差人员等安全地互联在一起，如同在同一个局域网中[2]。
1.1系统方案拓扑图
⑴方案一
图1 方案一的系统拓扑图
Fi.g1 The system topology of a program
中心控制站采用一套管理系统的方式，直接监控远程现场。
⑵方案二
图2 方案二的系统拓扑图
Fi.g2 The system topology of option II
中心控制站采用一套管理系统，并增设一个操作员站。采用C/S的方式，可同时监控远程现场，也可采用双机冗余的方式，当一台计算机出现问题，另一台计算机可立即接替主机的工作，提高管理系统的安全性。
⑶方案三
图3 方案三的系统拓扑图
Fi.g3 The system topology of Programme III
中心控制站采用一套管理系统，并采用B/S方式允许远程同时有5个客户端通过IE浏览的方式对远程现场进行监控，5个客户端的计算机上无需安装软件。我们采用的是第三套方案，它可以满足多个管理者的需要。
1.2系统监控设计
我们采用的组态软件是力控6.0。图4为水泵房监控组态界面。将现场数据实时存储于力控组态软件（Forcecontrol 6.1）的实时数据库，利用 DbManager 进行实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。在数据库中以“点”为基本数据操作对象。点对象与关系数据库中的字段的概念相类似，一个点对应一个客观世界中的可被测量或可被控制的对象。点对象有不止一个属性，每一个属性以点的某个参数的形式出现，所以点的属性又称为点参数。用户引用点与参数的方式为“点名.参数名”[3]。在本系统中点的类型有两种：模拟 I/O点用于存储模拟量的各类信息，每类信息作为点的某一个参数存在，例如小区供水压力的现场测量值，工程单位，测量值上下限，正常状态值以及报警值等；数字 I/O点用于存储数字量的信息，在本系统中具体表现为开关量，例如某小区1号泵开关状态信息，开关状态初值，报警开关状态等。
图4 水泵房监控组态界面
Fi.g4 Monitoring configuration interface of pump house
根据用户的需求,系统具有以下的特点:
①安全性：在操作上严格权限管理。系统可提供审计跟踪功能，记录所有用户操作过程，对出现的系统安全问题提供调查的依据和手段；系统应具备事务日志功能。
②实时性：实时采集现场中的数据信息，并将其存在数据库中。具有较强的实时性和较高的处理效率，对访问的响应时间要短；采集接口的实时性好，能满足其应用的需要。
③保密性：采用混沌加密与常规加密级联的方案，并且采用RSA公钥制算法作为密钥交换方案, 加密混沌加密与常规加密算法的私钥，以保证混沌密钥的同步和安全性, 使级联方案在网络通信的情况下更容易实现。
④容错、冗余：采集接口在具备条件的场合，可实现冗余；采集软件要有容错处理机制；实时数据库系统具有容错能力，根据具体的硬件条件实现冗余。
⑤实时数据曲线：实时反映采集信息的变化，方便对采集信息的分析和查询；形成实时图形曲线。
⑥报警：可以通过声光报警、手机短信等方式进行报警。并且自动记录系统状态变化、操作过程等重要事件，一旦发生事故，可就此作为分析事故原因的依据，为实现事故追忆，提供基础资料。
⑦数据报表：对于采集来的数据，形成数据报表。可实现历史报表(历史报表能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间可进行任意指定，并可以根据存储的时间进行查询历史数据）和多功能报表（可以任意设置报表格式，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等）。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。可以在报表上同时显示实时数据和任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均，统计出最大最小值。
2视频监控系统
随着网络信息化的发展，远程网络监控系统方便了多点远程视频监控。建立一个统一的监控信息网络，采用网络视频监控系统加强对小区二次加压供水的安全管理非常重要。目前分布在全市各小区的二次加压泵房均有宽带网络，可以方便的做到分散监控，集中管理模式。监控中心可以集中管理百余路的监控点。这样就能够满足对泵房设备运转及安全情况视频监控的要求。
根据以上的要求，结合客户要求，我们在整个系统中采用ZAXTEAM-W全功能数字监控系统，配合W系列网络视频服务器（或网络摄影机）实现对远程的分支机构视频实时监控、视频信息的远程存储以及数据资料的高效检索等功能。在系统监控中心后端，采用服务器监控录像管理。
随着计算机的普及应用，网络通信技术及图像压缩处理技术的快速发展，数字化和网络化成为视频监控领域的一种趋势[4]。ZAXTEAM-W全功能数字监控系统是随着通信及通讯技术的快速发展以及国内通信市场的开放而成长起来的一套智能型、全数字化、多功能的第三代监控系统。它集成了数字影像监控、警报管理等功能于一体，体现了数字、网络技术等现代科技的优势，配合高新技术的监控新产品：W系列网络摄影机或网络视频服务器，可以不限制的扩展远程监控点，而且可以达到智能型的联动报警和照明系统。
2.1系统结构图
图5 视频监控系统结构图
Fi.g5 Video monitoring system structure
2.2系统管理平台
远程视频监控市场的不断扩大、嵌入式实时操作系统的应用推广、浏览器/服务器开发架构的应用深入，基于这三大因素，ZAXTEAM-W专业版以其网络应用服务提供商的背景，结合多个合作伙伴的软硬件产品，如微软的Visual https://www.sodocs.net/doc/6815352986.html,、IIS 5.0、SQL Server2000系
列开发平台，多种型号网络摄像机以及视频服务器，研制开发了Imagineworldclient远程视频监控管理平台。
ZAXTEAM-W专业版远程视频监控管理平台以网络通用标准为基础，采用了XML、Com+等多种先进的开发技术，全面管理前端的嵌入式实时操作系统的硬件平台，并发挥它们最为全面的功效。
图6 ZAXTEAM-W专业版系统管理平台结构图
Fi.g6 ZAXTEAM-W Professional systems management platform structure 通过W 系列网络视频服务器（或网络摄影机），可以将监控现场的视频信号直接数字化，并在网络上进行传输；并且可以根据网络带宽的条件自动调整监控帧速率，达到网络带宽的充分利用，而不影响其他应用子系统的运作。而通过Imagineworldclient系统，它更是可以和其他的设备结合成为一体，联动工作。管理员可通过Imagineworldclient远程的对其直接的进行设置和管理。
2.3系统功能
⑴实时视频监控
对于接入TCP/IP网络的视频服务器或者网络摄像机进行实时监控，接入方式不限；同时监看画面，4/9/16画面分割；分隔画面同时可以进行轮跳设置，数量不限；定点单一画面，支持4倍大小放大以及图像抓拍功能；远程控制Wan/Title、放大、缩小功能，系统内可控制20个预设点；提供Live Server影像代理服务，通过主应用服务器提供影像资料给其他网段的监控工作站上，降低多人同时访问同一监控点时对设备的压力。
⑵录像
按照需要可选的录像方式：全时录像、定时录像、警报录像；录像帧速率1～25帧可调，录像主机可以在相关应用服务器中任意指定，警报录像的长度可以从1秒～32767秒自定义；历史资料查询，可依日期、时间、事件等参数进行查询；录像资料回放，可随时播放、停格、快转等，支持鼠标任意拖动；可以将同一监控点的影像资料同时保存于多台服务器，达到资料备份的要求；录像资料经过处理，以文件形式保存，不能人为修改或者删除；录像资料量随硬盘大小而定，超过设定比例时，自动循环录像；采用h.264格式录像，可以提供第三方进一步压缩或转制成为其他格式，以满足不同用户的需要。
⑶报警与联动
根据需要可预先定义联动设备、动作以及顺序。联动规则无数量限制；通过网络视频服务器或网络摄像机提供的IO信号，获取报警点信息；根据报警信息以及联动规则，自动进行操作，并持续发出告警声音提示系统管理人员；管理人员必须核查每一条报警信息，核查后，告警音停止，同时，报警信息存入数据库中，作为报警日志，不能删除或更改。
⑷系统管理
用户管理：以用户组的方式管理所有的用户，每个用户继承该用户组的权限设定；用户组管理：用户组权限由按钮权限、节点权限、功能权限三部分组成，严格限制用户的操作，最大程度降低误操作的产生，确保系统稳定、持续运行；设备管理：完整地设备管理功能，包括了系统中所有的应用服务器以及前端硬件设备。可以迅速获取整个系统的设备列表，并对设备进行配置修改。
⑸开发接口
系统的重要运行数据，如报警数据等都记录在数据库中，系统提供了多种数据交换接口，第三方可以直接获取这些数据为其他的应用系统服务。
3结束语
结合徐州康宏供水公司的实际情况，利用数据监控和视频监控系统，对各小区泵房进行全方位的实时监控，实现了实时数据的传输，提高了企业的自动化水平，管理水平，还节约了能源。
[参考文献] (References)
[1]王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用[M].北京:电子工业出版社,2010.1
[2]袁德明，乔月圆.计算机网络安全[M].北京:电子工业出版社,2007
[3]曾庆波,孙华,周卫宏.监控组态软件及其应用技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005.2
[4]沈伟.视频压缩技术的发展方向[J].铁道技术监督，2006，34（11）：8-10