远程监控系统技术方案：提升二次供水智能化管理

二次供水设备远程监控系统

专家服务行业专家

ExpertServestheExpert

技术方案书

设计IDW001

文档密级U

文档编码

上海创韬自控科技有限企业

二零一五年七月二十八日

目录

1设计根据..........................................................错误!未定义书签。

1.1建设远程监控日勺发展规定...................................错误!未定义书签。

1.2设计原则..................................................错误!未定义书签。

1.3系统概述..................................................错误!未定义书签。

2系统构成原理.......................................................错误!未定义书签。

2.1中控室....................................................错误!未定义书签。

硬件.................................................错误!未定义书签。

软件.................................................错误!未定义书签。

2.2二次供水设备终端定义.....................................错误!未定义书签。

3供水设备远控软件的功能定义........................................错误!未定义书签。

3.1数据流程规划..............................................错误!未定义书签。

3.2通信服务程序的定义.......................................错误!未定义书签。

3.3对供水设备的兼容性.......................................错误!未定义书签。

3.4对泵站或测压点数据操作的实时性及简易性..................错误!未定义书签。

3.5对供水设备或测压点监测信息的完整性......................错误!未定义书签。

3.6设备的历史数据报表及曲线分析.............................错误!未定义书签。

3.7疑点分析..................................................错误!未定义书签。

3.8设备的远程控制及报警机制.................................错误!未定义书签。

3.9分级管理..................................................错误!未定义书签。

3.10设备的安保管理............................................错误!未定义书签。

3.11设备云图.................................................错误!未定义书签。

3.12运行状况分析.............................................错误!未定义书签。

3.13移动终端数据浏览.........................................错误!未定义书签。

4系统软硬件技术细节描述...........................................错误!未定义书签。

5项目实行质量的保证一一行动偏差表................................错误!未定义书签。

附录A部提成功案例..................................................错误!未定义书签。

附录B数据变量采集表在兼顾数据完整的状况下，又预留50个变量作为后期使用错误！未定

义书签。

1设计根据

1.1建设远程监控的发展规定

饮水安全是现代化都市可持续发展的重要基础条件，供水企业提供

优质、安全的饮用水是建设健康、友好社会并增进经济发展的基础。

池州全市既有已经正式运行自来水二次供水泵站约有十多座，由于

各二次供水泵站地理分布遥远，泵站日勺运行状况、水质数据等信息受到

地区限制及通信服务普及程度不一样日勺影响，无法实时反馈到自来水企

业，大多依托定期向行业主管部门提交人工填写日勺纸质报表或电子报表

的方式进行管理，这些方式效率低、精确性差，反应缓慢。尤其是现场

出现了运行故障等问题，行业主管部门不能及时发现，存在着严重的信

息滞后、事故处理周期长等问题。为此，迫切需要建立一种集自动化、

信息化、智能化为一体的二次远程在线监控系统C

建立“池州都有二次供水远程监控系统”信息管理平台，实时在线

监测全区各二次供水泵站的电机运行、阀门状态、流量等指标，将数据

汇总到池州市自来水厂，进行实时监控，及时、精确地掌握泵站运行信

息，以便及时发现问题，并讯速做出反应，另首先，还可以通过对历史

数据时分析，对自来水生产工艺提出改善、调整提议。

估计5年内接入本系统日勺二次供水设备的数量超过500套；且本设

计可容纳供水设备日勺总套数不设上限。

本文献描述了系统中波及日勺所有软硬件构成部分日勺技术特性和功能

特点。

1.2设计原则

鉴于当今信息化的迅猛发展，提议对该项目采用“统筹考虑、全局

规划、分步实行”的形式，稳步实现该项目的规划目的。设计的基本原

则为：

(1)合理性：

采用运行安全可靠、经济合理的工艺流程。

(2)节省性：

积极稳妥地采用先进技术和设备，合理运用资金，提高自动化程度

和管理水平。

(3)易用性：

通过优化界面的配置过程，充足考虑人机交互性，产品简朴易用，

适合更层面人员的操作使用。

(4)可靠性:

采用国内稳定的组态软件，采用主流的操作系统、数据库及网络架

构模式，充足发挥组态软件的稳定性能。

(5)安全性：

从软硬件二个层面实现对安全性的控制；

①在与公共网的接入界面上，采用专用防火墙系统，防止非法顾客

的恶意入侵，提供系统总体闭环检测及网管方案。

②系统将提供运行管理监视功能，当系统中关键模块出现工作异

常，监视软件都可以及时提醒系统维护人员，指明故障原因，及时排除

隐患。

③在网络断开阶段缓存在当地的数据是可信赖的。

(6)扩展性：

①在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点对系统终期容量及

网络发展设想进行方案设计，中心系统采用叠加式模块升级方式，逐渐

实现平滑扩容；

②采用三层体系构造设计思想，通讯层、业务层、应用层互相独立,

减少系统维护升级的复杂程度，提高系统的更新、维护和升级的效率；

③软件系统使用先进的网络开发平台，结合模块化和构造化的设计

思想，既考虑到目前使用的易用性，更具有合适的超前性。

(7)规范化设计即S?6原则：

为保证所设计产品的质量，提高服务效率；创韬自控的技术专家们

根据数年模块化设计经验，为规范设计尤其提出技术研发服务的S26原

则。

•STEP1：约谈意向

双方约谈到达技术需求或根据技术需求，初步确定技术验收原贝鼠

（至少3次会议纪要形式）

♦STEP2：概要设计

以技术需求为设计任务；首先以AxureRP+PS完毕概要设计，含操

作指导、流程阐明及必要的配图和文献阐明，以完毕概要设计。（使客户

所见即所得，在设计未完毕之前，已基本看到软件功能概貌）

•STEP3：完善设计

将概要设计日勺信息以幻灯片形式进行展示，分步详述其操作状况，

听取有关方的意见，通过详细论证与沟通完善概要设计的内容，到达设

计决策；完善验收指标。（有关技术文档及会议纪要）

•STEP4：详细设计

以模块化、协同设计方式，完毕技术功能代码、美工制作、功能模

块测试等过程。（设计开发技术文档及功能阐明书、安装程序包。约一至

二个月）

•STEP5：技术验收

以技术设计任务书中约定的技术验收指标完毕有关的验收工昨；该

类任务日勺结束，意味着产品进入质保期。（验收汇报）

•STEP6：维护服务

在质保期内，根据规范化的流程提供维护服务。(有关服务内容及技

术指标均有会议纪要)

(8)完善的项目管理：

本系统开发严格遵照国家软件工程规范进行，根据开发进度及时提

供有关开发文档，包括软件需求阐明书、数据规定阐明书、系统设计阐

明书、数据库设计阐明书、测试计划、顾客手册、测试分析汇报、系统

维护手册、操作手册、系统安装手册。

1.3系统概述

在地理位置上本系统分为中央控制室和二次供水泵房或管网压力采

集点两部分。中控室位于池州市供排水二次管理办办公室内，二次供水

泵房或管网压力采集点则分散于各个辖区或压力采集点；该系统重要包

括三个层次：监控中心、网络层、二次泵站监控层。由于存在地理分布

规模较大，本系统的网络连接也是广域分布的。中控室局域网为

100/1000Mbps以太网，由数据服务器、上位机等计算机构成，和现场的

供水设备或管网压力采集设备进行实时数据互换。初步确定中控室局域

网与二次供水泵房或管网测压点之间通过GPRS无线网络构成广域网。

2系统构成原理

根据供水监控站点的实际状况，充足融合现场电控设备日勺功能，结

合该软件的兼容性、扩展性和跨平台性的功能特点，其传播原理如下。

图1数据传播原理图

该系统充足运用了移动网络和互联网系统的优势，将现场设备的运

行状况通过网络实时传播到管理平台。实现了数据的实时交互，保证现

场设备安全稳定日勺运行。

根据供水行业二次供水设备的分布式特点，结合监控软件的网络架

构与数据传播原理，其系统整体实现原理如系统网络架构图所示。

液晶拼接大屏幕

图2系统架构图

2.1中控室

2.1.1硬件

•数据服务器（2台）：通过建立日勺DELL机架式服务器将该软件系统建

立在该服务器上，一台服务器作为运行服务器，此外一台为备份服

务器；而后顾客可以通过水司会议室内的LCD拼接屏或投影仪展现

整个管理泵房的全貌并对其进行参数修改及配置等操作。数据服务

器用于存储现场采集的历史数据和综合运行管理信息，该数据服务

器可以与水司的当地服务器进行数据共享，以便及时进行数据备份。

•监视计算机（9台）+24寸显示屏：为了对所辖的二次供水进行统一

管理，设计9台监视计算机供员工实时调度观测与紧急操作使用。

•WEB服务器：为到达互联网访问的规定，提供一台WEB服务器，以便

在授权许可口勺状况下，实时访问二次供水设备的数据。

•安全设备：采用华为防火墙，保证系统的安全。

•视频服务器+综合平台一体机：采用海康威视IS系列视频服务器，

可以轻松显示泵房内部视频的无缝接入。

・LCD拼接屏：采用6块三星46寸高清拼接屏，充足体现全局视图与

局部视图的高速成像与切换。

•UPS：采用山特UPS不间断电源，充足保证系统的电源需求。

•其他网络设备：光互换机、工业互换机、单反相机、防雷设备、短

信模块等。

2.1.2软件

软件系统具有如下重要特性：

・组态软件：采用组态王组态软件以适应不一样厂家设备的通信接口

及协议的不一样；可以支持多种通讯方式，包括光纤、GPRS、CDMA

等。采集设备可更换通讯模块，以支持不一样的运行商；并保证系

统的兼容性与稳定性0

•C/S+B/S架构：对泵房设备采集控制软件平台采用C/S+B/S架构,

实现对全市二次加压泵房运行状况安全、高效地实时监控。

•视频影像处理：视频监控、入侵检测及超限联动报警等功能，由视

频摄像机监控泵房运行状况，通过与入侵检测即动态侦测和定期上

报等方式的联动录像，有效提高视频监控资源的运用率

・数据冗余备份：将采用的参数如实时数据的采集、监测与报警记录,

泵房设备的远控记录等数据可以实现自动定期备份和手动实时备份

处理。

•权限管理：通过不一样的权限级别实现不一样的操作任务，分为工

程师站和一般顾客站等类别，以保证供水调度中心、泵房运行维护

部门的有效运行，并可以对所有的泵房泵站状态进行远程干预。

•门禁管理：建立泵房门禁刷卡系统，可以实现对人员进出时间等时

统一管理。非法进入联动报警等功能，通过与入侵检测的联动录像,

有效提高视频监控资源的运用率。

2.2二次供水设备终端定义

为充足发挥本套系统的功能优势，特提议在二次供水设备终端甯长必

要的硬件设施，以便对供水设备进行可靠的管理和记录。详细详见下表:

二次供水设备终端

电控部分

名称个数技术描述与监控有关阐明与提议

1采集控制器部分

I0总数224个，程序区容

量28KBRS4852口（Porto与远

1.1CPU224XP1开关量输出：10路V程监控连接、Portl连接

可接门禁控制器、视频出变频器）

发点

模拟量采集备注中颜色为浅蓝色的

1.22模拟量采集8路

模块V标注

采集压力、温度、流量及

2传感器及变送器若干V详细个数依实际编定

水质参数

终端电源避雷（二级以上

3防雷装置若干防雷与泵房防雷系统连

接）

4电气元件

进线有功电

4.11模拟量采集有功电量V电表

量

4.2三相电压表1模拟量

4.3三相电流表1模拟量

相序保护装

4.41开关量V

置

低压电气元

4.4若干V

件

以太网通讯、远程开门

检测泵房出入门开关状

6门禁控制器1V及锁门、记录人员进出

态

信息

7视频系统若干网络红外智能球机RS45通讯，网络控制

备注：开关量输入：

无水故障、变频故障、超压保护、相序保护、手动变频、报警确认、门禁信号、积水

坑液位开关、进线三相电压、进线三相电流、进线有功电量（如采用电量变送器）、变频器

工作频率、出水合计流量、出水瞬时流量、1#泵空开跳闸、1#热继过载（随泵台数的漕长而

增长）

开关量输出：

故障报警、无水输出、高水位输出、进水电动阀开关、照明开关、1#泵停止、1#泵变

频、1#泵工频（随泵台数的增长而增长）

其他功能：

可以实现对各台水泵的状态（变频、工频、停止、故障），设定压力，供水压力及其波动

曲线，水箱的液位，电动阀的状态（升阀、关阀），设置参数（定期轮换、定点轮换、轮换

时间、PID参数调整、水泵机组所用参数设定），设定王力、运行压力、电压、电流、泵运行

状态、频率、电量、泵站总电压、泵站总电流、温度、烟感、液位等，某些其他水质参数如

流量、余氯、浊度、PH值、COD、BOD等数据也可以无缝接入以及故障检测、记录与分析，系

统协助与阐明。

远程监控部分

名称：皮术描述阐明与提议

1控制器部分

1.1PLC内部地址映射F）LC内部通讯协议定义及映射

1.2与上位机通讯1羊见数据通讯表

2中间il甬讯链路传播环节

2.1传播速率至少一分钟一次

与上位机日勺物理链路连接，采用

的方式大体有：GPRS/CDMA、无

2.2物理链路映射拟采用RS45以太网与GPRS方式

线载波、RJ45以太网、EM241

网络、RS485链路等

以RS45方式、GPRS方式

2.3上位机数据链路

(tcp/udp)进行数据链路对应

•记录进门人员信息及时间。

2.4门禁数据链路以以太网方式进行数据互换・远程控制ID卡进入权限

•远控开门及锁门

以以太网及MAC地址映射的方式

2.5视频数据链路上位机与视频画面融合

进行数据互换

3与上位机数据解析上位机数据解析与回传响应

将门禁控制器内的MAC地址、数

4门禁控制器

据记录信息上传至上位机

将MAC地址映射，视频压缩后供

5视频

上位机调用

表1

3供水设备远控软件日勺功能定义

3.1数据流程规划

拟建立2套远程监控控制工作站。泵房设备采集控制系统由通讯服

务程序、数据库、实时监测客户端、WEB浏览系统、移动服务端这五部分

构成，其中通信服务程序负责二次供水监控终端时实时监测数据的接受、

解析、存储及控制参数的设置；数据库负责数据日勺实时存储；实时监测

客户端重要负责实时监控、报警显示、数据分析及远程控制指令的下达;

WEB浏览系统实现WEB数据浏览、报表查询打印；移动服务端实现的

泵站数据浏览。

3.2通信服务程序的定义

该子系统重要应用者为系统管理员，用以接受实时数据，并对数据进

行解析及存储，重要应包括站点管理、监测参数配置、运行配置。

站点管理：实现二次供水泵站日勺增长、删除及信息配置。配置信息

包括站点名称、通讯方式、从属区域等信息。

监测参数配置：实现对二次供水泵站对应参数的配置，如：水压、

液位、水质、频率、水量、电量、温度及开关量数据等。配置信息包括

参数编号、名称、类型、量程、通道号、脉冲量放大倍数、脉冲量底度

数等。除常用的参数外，还需考虑监测参数的扩展，可实现灵活增长。

运行配置：实现通讯服务程序运行参数的配置，包括监测端口、数

据库连接配置等（可连接泵房不少于500处）。

3.3对供水设备日勺兼容性

通过为期二天的现场泵房考察，分别对五家供水设备及管网测压采

集设备进行了实地考察，总体来说，供水设备的控制器分为三种类型，

一种为西门子S7200系列PLC,另一种为和利时的ML3100系列PLC,最

终一种为专用控制器；综上所述，提议采用西门子S7200系列PLC为关

键设计模块，其他二种控制器则通过智能泵卡转换器即SPC105将其数据

转化为符合西门子S7200规则的数据；而后与无线GPRSDTU模块连接，

实现数据无线上传的目的。

远程互联网访问，

基于高级语言开

发的组态软件，

(NAT)技术，

供水部•

调度部

本地服务器・

ATT

其他厂家

S7200系列.

图3供水设备协议融合框图

3.4对泵站或测压点数据操作日勺实时性及简易性

该软件实时采集从现场层送上来的现场重要数据，并将数据以图文

并茂的形式显示于监控页面中，监控人员可以根据屏幕显示对现场的状

况进行实时监视，即当现场发生任何变化(如有报警信息产生)界面将

随之变化并发出警报信息。在监控层日勺操作人员将第一时间内得到现场

的警报信息，警报信息的体现方式除可以在屏幕上会有动画/闪烁/列表/

人声等提醒外，还可以以短信等方式告知不在现场日勺管理人员。对应需

要采用控制的状况，可以通过远程操作对某泵站设备进行紧急处理，例

如：调整供水设备的设定压力、设备日勺紧急停止与复位、对某台泵的单

独控制等等。

软件容许顾客在运行环境下，对供水设备站点或管网测压点信息进行

添加、修改、删除等操作。顾客可以实现1分钟内对新泵站的增删改操

作，操作非常灵活。

该软件通过实时在线，动态响应技术，可以实现对所辖泵站的远程召

测指令，从下达指令到设备响应并上传数据到云端的总体时间在10秒以

内；而对于远程控制指令，则供水设备或管网测压点的响应时间在3秒

以内。

注意:该软件将自动记录顾客对所辖供水设备或测压点的操作状况,

如需要对供水设备进行远程操作，请谨慎。

3.5对供水设备或测压点监测信息的完整性

该软件将现场设备日勺有关信息分为二类，一类为基础建设信息，如

站点小区名称、地理位置、小区概况、增压供水分区状况、顾客总量、

设备投入日期、设备信息、泵的用量、厂家信息及联络人等信息；另一

类为设备运行信息，例如：无水故障、变频故障、软件超压保护、出口

电接点超压保护、相序保护、手动超压保护、手动变频、报警确认、门

禁信号、积水坑液位开关、漏水监测开关、进线三相电压、进线三相电

流、进线有功电量（如采用电量变送器）、变频器工作频率、出水合计流

量、出水瞬时流量、1#泵空开跳闸、1#热继过载、1#泵投入/脱机（随泵

台数日勺增长而增长）、各台水泵的状态（脱机/投入、变频、工频、停止、

故障），设定压力，供水压力及其波动曲线，水箱的液位，电动阀的状态

（开阀、关阀），设置参数（定期轮换、定点轮换、轮换时间、水泵机组

所用参数设定），水质在线监测参数如PH值、电导率、温度、溶解氧、

浊度、余氯等；详细详情，请参看附件B中日勺变量表部分。

实时数据的分类：

a.实时数据分类型监控：

可选择显示一类或多种类型的监测数据，如可以选择显示压力数据,

也可选择既显示压力数据又显示流量数据，或选择显示所有监测值，每

种不一样的监测类型均有对应的配置界面，可配置显示次序、显示的点

和不显不时点。

b.实时数据分区域监控：

按通信服务程序中的区域配置，可选挎显示某个区域，或所有区域

的监测数据，区域选择与按类型选择可同步使用，即可以选择显示某个

区域某种类型的监测数据，也可以显示某个区域所有类型的监测数据。

站点监控及图形显示

a.显示每个站点的设备运行状况，包括泵的数量及各参数值。

b.按站点切入视频监控播放窗口，可播放站点的实时监控视频。

可采用地形图或空间方位示意图的方式进行各泵房参数监控。图形

可自由缩放，可显示全区地图，也可显示分区地图。

泵站找控列表

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图4泵站列表一览

3.6设备的历史数据报表及曲线分析

该软件提供实时曲线、历史曲线对数据进行显示记录，以以便顾客根

据曲线走势进行系统分析；还提供报表查询、打印功能，有值班报、日

报、月报，可根据需要输入起始时间、终止时间和采集频率的不一样而

查询对应时间段的数据报表。还可以通过高级选项设定查询数据的显示

类型，如最大值、最小值、平均值等。顾客可以直接将报表输出打印。

也可以将报表导出到EXCEL中进行深入日勺发分析与处理。

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