基于自控数据采集中间件平台的数字化水厂建设

摘要：依托信息化技术，在水厂建设标准化数据中间件平台，使得水厂的生产自控数据按照信息化技术标准进行端口采集，形成可供信息化业务系统使用的水厂生产基础数据，为数字化水厂的建设提供基础数据层面的支撑，保障水厂安全，稳定且高效地生产运营。文章以南京水务集团有限公司建立的基于自控数据采集中间件平台的数字化水厂为实际案例，阐述了南京水司在水厂信息化管理及相关的生产业务信息化管理实现方面的实践探索，为其他水司的水厂生产管理工作提供一些参考

关键词：数字化水厂；水厂运营；数据中间件平台

目前南京水务集团的水厂已基本完成了生产自动控制的一系列建设，大量的生产信息通过PLC将电流转化为数字信号或者逆向转换，而被工作人员控制使用，繁重的人工作业已基本被自控控制的机械设备取代。

为了实现数字化水厂的目标，在前几年，笔者根据目前自控系统的优缺点，应用信息化技术，重点补足自控系统数据无法持久化保存与进行管理分析的短板，尝试实施水厂的信息系统的实验性建设。

经过几年的摸索，我们认为标准化的数字化水厂的实现已具备成功的条件，一个标准化的数字化水厂可以实现水厂的精确管理，提高水厂生产效率以及保障其安全、稳定地生产运营。

1.新技术结构下数字化水厂

本设计结构包含目前主流的信息化思路，主要包括物联网技术与大数据应用概念。

通过物联网技术，实现水厂设备的信息化、虚拟化，通过唯一标识，整合其相关的数据源，通过数据中间件，在信息系统中整合成实时的设备虚拟化映射。物联网不仅仅只是一个标识，更多是实体世界在信息化中的实时投影，本设计通过数据源绑定设备标识，在信息系统中还原一个真实的、实时的设备。

应用大数据概念，对水厂生产数据的维度、粒度进行清洗，对这些含有意义的生产数据进行特征化处理，提高对以往低价值生产数据的“二次加工能力”，通过大数据处理实现水厂生产数据的增值，如通过数据模拟水厂生产运行，优化流程，降低损耗，提高效率，或者预警水厂生产的安全隐患等问题。

新技术下的数字化水厂将达到以下新的高度：

（1）数据为管理层提供更全面、更准确的依据与支撑。目前管理层对水厂的运行状况只能通过几个关键实时数值进行管理，而精确的生产数据只是应用在相关班组工作人员的日常自控操作中。

通过数字化水厂，既可以全面地掌控水厂的实时生产数据，也可以方便地利用历史生产数据，并且可以根据管理层的管理思维，依据生产数据流，进行相应的管理系统研发，挖掘与分析水厂生产数据，为管理层提供更全面、更准确的依据与支撑。

（2）数据为水厂的安全稳定生产提供保障。目前水厂的运行的安全稳定是依靠经验丰富的资深工作人员的人工判断，存在着因人员一时疏忽和人员流失造成的隐患。

通过数字化水厂，基于大量数据的计算，可以对生产安全问题进行预警或者预判。也可以通过相应的方法，对数据进行分析，让更多的工作人员具有对安全问题进行控制的能力，进一步保障水厂的安全生产。

（3）数据的标准化为水厂管理标准化提供基础。数字水厂的结构设计满足所有水厂的需求，确保各水厂在生产数据流方面得以标准化，而数据又是管理的基础支撑，依靠标准化数据流进行管理的方法，可以进一步促进各水厂管理措施与标准的标准化统一。

（4）数字化水厂标志着水厂的全面可控的里程碑。数字化水厂实现了水厂所有环节实际运行的数据量化的实现，脱离了以往纸质报表或者口头管理的不实时与不全面的缺点，水厂所有环节将在数字水厂中得到具体表现，管理层可以全面掌握生产的状态，获取途径便捷，只需要一台装有浏览器的电脑或者智能手持设备，通过权限的控制就可以达到，标志着水厂全面可控的里程碑。

2.数字化水厂在南京水务的实际应用

2.1水厂生产数据中间件平台的应用

为了实现数字化水厂这一目标，规范专业水务业务信息化系统对生产数据的需求，使其合理、有效、安全地使用我集团水厂生产的数据。本文设计并建设了南京水务水厂生产数据标准化中间件平台，对数据端口进行了标准化定义。

本平台主要由平台管理操作模块、生产数据标准化接口层、生产数据采集层和实时生产数据持久化数据库四大块构成。整个系统为多层结构框架，从内到外分别是：网络和操作系统层、数据层、业务逻辑层、表现层、用户层。数据服务层采用中间件，系统应用层采用B/S模式，通过数据服务层提供的服务开展应用。本平台主要功能包括：

平台管理操作模块：主要实现系统操作管理员对生产数据标准化接口平台的操作。

①数据标准接口编辑。②采集点自定义配置。③平台性能监测。④数据标准接口权限体系。⑤操作管理员的权限控制体系。

生产数据标准化接口层：主要实现生产业务分析系统调用生产数据的标准化接口功能。

①数据标准接口调用。②业务系统数据接口权限控制。③加密数据模式设置。

生产数据采集层：主要实现对生产中的数据进行采集及处理的功能。

①数据自动采集。②生产原始数据结构化转换处理。③集群式数据采集模式。

2.2数字化水厂业务应用

2.2.1在线自定义报表功能

本文采用了新的报表引擎，该引擎可以自由定义报表中的各字段，只要将平台端口输出的标准数据源和报表字段绑定，就能生成自己需要的报表。

水厂人员可以简单地通过该功能模块配置出目前各水厂使用的电子报表，也可以按自己日常工作需要配置自己需要的数据报表，为生产服务。当水厂人员需要查询某些数据，在没有该类报表的情况下，可以自行建立新报表，再也不需要通过程序员从后台统计数据了。

除此之外，系统可以记录管理员自己配置的报表，并按照使用的频率自定义报表排序。

采用报表白定义模块，在水厂设备发生变动或者新增设备时，可以由管理员自行修改报表配置，及时更新报表，以最快的速度使报表适应生产的实际需要。

2.2.2数据报警功能

报警分为软报警与硬报警。

软报警主要是指通过后台软件设限过滤出来的数值进行报警（也可以多级预警）。

为报表字段设置标准范围，针对不同的数据值，单独设定标准范围，超出标准范围的值录入后高亮显示，并提示报警。便于工作人员及时发现错误或者设备异常情况。在自控数据上传出现异常情况（如传输网络故障）时，系统也会及时报警，提示数据异常，便于人员及时修复问题，或者采用其他录入方式代替数据自动采集录入。

当数据长时间地超标准范围运行，系统能够自动推送可能出现的问题，为工作人员提供数据分析的依据。

硬报警主要是指设备PLC采集模块直接发出的错误报警消息进行的报警，不同于软报警，此类型报警的主要是设备故障或生产关键参数出错等报警，紧急优先度高。

2.2.3分析及决策判断功能

现阶段的水厂报表系统只是抄录水厂报表数据，并没有对抄录数据加以运用，所有数据的报表统计分析都是空白，如何运用这部分数据，为生产工作及管理工作服务，才是水厂报表系统建立的最终目的。

（1）报表定制功能。建立多功能、多种类的分析统计报表，报表可以动态按使用者的需要自动配置，选择“关注项”及“统计方式”，自动定制报表。自动定制报表功能能够满足不同使用者的实际需要，使数据真正为生产服务。

（2）图表定制功能。建立多功能、多种类的分析统计图表，图表可以动态按使用者的需要自动配置，选择“关注项”“统计方式”“统计形式”“对比类型”等，自动定制图表。自动定制图表功能能够满足不同使用者的实际需要，使数据真正为生产服务。

（3）数据定制对比分析功能。按使用者的实际需要，选择对比项，利用数据库中的数据生成各类统计分析报表及相应的图表。

（4）数据自动对比分析功能。针对水厂报表系统中的报表数据分析数据，采用图形、曲线展示方式，能够更加直观地反映出水厂的生产情况。对比分析图表会为水厂的管理工作提供强大、直观的数据展示。

2.2.4水厂报表档案化管理

以前的水厂纸质报表是按档案进行留存管理的，水厂报表升级为电子报表后，也应采取原先的档案管理模式，报表抄录完成后，通过审核成为可以留存的档案报表，该档案报表需要通过电子签章记录审核人的信息，同时生成无法修改的PDF文件，作为企业重要档案留存。经过审核人的电子签章签名后该报表就具备法律效力，作为档案留存。

2.2.5新的报表呈阅及共享功能

自定义报表功能让使用者能够自定义各种报表和图表，同时能够将报表、图表呈阅给领导，或共享给同事，真正实现无纸化办公。

3.结语

水厂数字化的工作还有很多，在目前技术日新月益的基础上，如何合理运用技术的力量形成水务，特别是水厂生产的一整套行之有效的信息化解决方案，如何结合现有的自动控制系统与信息化系统，更为精细、高效、安全地进行水厂生产运营，也是以后探索的目标，一个符合实际情况、有效的、性价比高的数字化水厂方案将把我国水务事业推向新的高峰。