一、項目背景
上海市現(xiàn)有兩大相對集中的水源地：黃浦江上游和陳行水庫。由于黃浦江地處太湖流域下游，受上游和本地污染影響，水源水質(zhì)較差且很不穩(wěn)定，陳行水庫原水供應(yīng)規(guī)模為130萬立方米/日，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到整個上海市的用水需求。 根據(jù)預(yù)測，到2010年，全市原水需求量為1175萬立方米/天；到2020年，按2000萬人口考慮，全市原水總需求量將達(dá)到1428萬立方米/天。青草沙水源地原水工程建設(shè)的目的就是解決越來越大的原水缺口，建成后，上海市供水格局由原來的80%取自黃浦江，20%取自長江變?yōu)閮山∷髡?0%。
五號溝泵站是整個青草沙水系的心臟，建成后供水總規(guī)模將達(dá)到708萬立方米/日，其設(shè)計規(guī)模位列“亞洲第一、世界第二”，同時也被列入上海市“十一五”重點項目。它通過過江管道獲得青草沙水庫出庫的原水后通過24臺大型水泵將原水向凌橋，嚴(yán)橋，金海/川沙/南匯三個方向的各級泵站輸送，最終輸向14座大型水廠，為全市提供優(yōu)質(zhì)好水。
二、項目挑戰(zhàn)
2.1 安全性方面
五號溝泵站對青草沙水系的作用至關(guān)重要，一旦發(fā)生故障后果不堪設(shè)想，采取必要的冗余措施非常有必要。冗余雖然是SCADA軟件普遍具有的功能，但是大多數(shù)軟件往往只能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)冗余，像五號溝泵站這樣需要對歷史數(shù)據(jù)、報警信息深層分析，而后作出控制與調(diào)節(jié)的系統(tǒng)來說，如果仍然延用傳統(tǒng)的冗余方式顯然已無法適應(yīng)當(dāng)前的應(yīng)用需要。
2.2 數(shù)據(jù)完整性方面
五號溝泵站項目中的I/O采集系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)后會向SCADA服務(wù)器、工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)，這一部分的網(wǎng)絡(luò)是單網(wǎng)絡(luò)配置，此時如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷，那么數(shù)據(jù)丟失不可避免，因此要保證在網(wǎng)絡(luò)中斷時，數(shù)據(jù)依然完整，是本系統(tǒng)面臨的一個挑戰(zhàn)。
2.3 強(qiáng)大的性能
五號溝泵站的點數(shù)規(guī)模達(dá)到5000點，隨著系統(tǒng)運行時間的不斷延長，在分析時，需要檢索的數(shù)據(jù)量也會不斷增加，出于對系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，五號溝泵站對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能要求很高，因為性能如果達(dá)不到要求將會影響所實現(xiàn)的功能的效果與質(zhì)量，如檢索歷史數(shù)據(jù)緩慢，將會延誤操作人員的分析，進(jìn)一步導(dǎo)致控制操作遲遲不能下達(dá)，最終造成供水的不穩(wěn)定。因此，系統(tǒng)的高性能必須得到保障。
三、項目方案
3.1 系統(tǒng)配置
圖1 系統(tǒng)配置圖
3.2 應(yīng)用軟件部署
圖2 軟件部署結(jié)構(gòu)
3.3 項目的功能特點
Ø 多種冗余方式
l 雙機(jī)冗余：主機(jī)和從機(jī)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機(jī)實時跟設(shè)備通訊完成實時監(jiān)控；主從機(jī)間進(jìn)行心跳檢測，一旦從機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，將立即切換取代主機(jī)實現(xiàn)主機(jī)的功能。
l 雙鏈路冗余：PLC、服務(wù)器均連接在主從兩個網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)主網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷，系統(tǒng)自動識別并切換到從網(wǎng)，在從網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，保證數(shù)據(jù)的不間斷。
l 實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的冗余：系統(tǒng)除對實時數(shù)據(jù)冗余外，還對歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)冗余，當(dāng)故障服務(wù)器恢復(fù)正常，可自動將故障期間的歷史、報警數(shù)據(jù)同步，從而保證主從機(jī)的數(shù)據(jù)一致，也是對數(shù)據(jù)完整性的可靠保障。
Ø 數(shù)據(jù)緩存及斷點續(xù)傳功能
I/O Server3.0平時會對通訊鏈路、傳輸網(wǎng)絡(luò)、傳輸性能等進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)異常時（如網(wǎng)絡(luò)中斷或網(wǎng)速過慢），會將采集的實時數(shù)據(jù)緩存在本地磁盤，緩存時間、文件大小均可由操作人員設(shè)置。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后，緩存數(shù)據(jù)自動被傳送到KingSCADA、KingHistorian以及青草沙集控中心。由于SCADA系統(tǒng)更加側(cè)重的是數(shù)據(jù)的實時性，因此傳送時優(yōu)先于實時數(shù)據(jù)，間歇的傳送緩存數(shù)據(jù)。該功能的好處是，即使網(wǎng)絡(luò)中斷，也不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，保證了數(shù)據(jù)的完整性也就保證了分析的準(zhǔn)確。
Ø 強(qiáng)大的性能保障
本系統(tǒng)的工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫采用北京亞控科技發(fā)展有限公司的工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫KingHistorian3.0，其性能參數(shù)如下：
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫可以在線連續(xù)存儲，并達(dá)到15萬條記錄/秒的存儲速度；工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫單臺服務(wù)器可以支持100萬點的數(shù)據(jù)點。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒；工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫256個客戶端并發(fā)查詢，每秒可達(dá)2萬條記錄，工業(yè)庫穩(wěn)定支持256客戶端并發(fā)查詢。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持從OPC Server、IO Server、文件系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。
l 工業(yè)庫支持三種以上采集器數(shù)據(jù)壓縮方式，壓縮方式和壓縮參數(shù)應(yīng)可供用戶配置；工業(yè)庫數(shù)據(jù)壓縮可壓縮掉25%-95%的數(shù)據(jù)，工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持按日、周、月進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫采集器支持分布式部署、支持獨立采集。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫采集器支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存、斷點續(xù)傳功能；采集器支持在線配置，支持采集器冗余。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持毫秒級數(shù)據(jù)分辨率。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫為客戶端的數(shù)據(jù)訂閱提供參數(shù)配置；工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持變量信息和歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出到xls、csv、xml三種文件格式。
l 工業(yè)庫支持單獨或者批量組態(tài)標(biāo)簽點，包括創(chuàng)建、更新、刪除、查詢標(biāo)簽點以及相關(guān)屬性。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫具有專用客戶端管理工具；工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持Excel Addin并支持網(wǎng)絡(luò)部署。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持標(biāo)準(zhǔn)SQL檢索和擴(kuò)展的高級檢索；提供豐富的數(shù)據(jù)訪問接口，如API、ODBC、OLEDB（ADO）、SDK等；提供150個以上的API接口函數(shù)，可以使用C，C++， C#，VB等語言進(jìn)行數(shù)據(jù)庫開發(fā)。
l 在系統(tǒng)崩潰、突然掉電、程序異常退出后，工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫保證數(shù)據(jù)文件完整有效；支持集群冗余方式；可實現(xiàn)變量鏡像、數(shù)據(jù)鏡像、安全鏡像等，支持鏡像緩存；工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)的備份與恢復(fù)；工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫支持用戶對數(shù)據(jù)的存取授權(quán)和控制，防止非法用戶的入侵。
l 工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫具備完善的數(shù)據(jù)安全和基于角色的用戶權(quán)限管理。
Ø 豐富的事故通知
事故發(fā)生時，可以通過播放語音，撥打電話，發(fā)送短信，發(fā)送Email等形式通知各級人員。通知的重要說明都是具體的文字說明而不是事件代號。被通知的人員按照不同的級別，得到的內(nèi)容各不相同，如可以將級別劃分為領(lǐng)導(dǎo)層、指揮層、用戶層、操作員層、供應(yīng)商層等。操作員得到的消息可能是某某事故，請速采取何措施。而領(lǐng)導(dǎo)者可能會得到更為詳細(xì)的消息，如某某事故，請速采取措施，未來５分鐘之后，水位將是如何的。
Ø 與集控中心的交互
五號溝泵站在采集到設(shè)備數(shù)據(jù)之后，不但傳遞給本地的系統(tǒng)，還將數(shù)據(jù)傳遞給青草沙集控中心，集控中心通過分析向下傳達(dá)調(diào)度指令，由五號溝泵站進(jìn)行具體執(zhí)行。在這個過程中會頻繁的進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，交互的實時性、安全性要求系統(tǒng)必須采用安全、簡單的傳輸接口，保證數(shù)據(jù)交互的暢通和穩(wěn)定。此時沒有采用OPC方式（OPC方式每次通訊時都需要建立組，在組中建立項，然后再進(jìn)行每個項內(nèi)數(shù)據(jù)包的請求與回應(yīng)。數(shù)據(jù)幀還附加了OPC協(xié)議所要求的很多包頭和包尾，較為復(fù)雜，容易出錯，速度緩慢），I/O Server與運行在集控中心的I/O Master兩者之間通過內(nèi)部接口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與交互，可以快速可靠的實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
四、運行界面
