★北京市自来水集团有限责任公司亦庄水厂张蒙，赵洋洋

★北京亚控科技发展有限公司王天烁，荆文科，李泽浩

亦庄水厂是北京市东南部地区重要的现代化水厂，由北京市自来水集团负责建设和运营，是北京市南水北调配套工程的重要组成部分，一期规模50万吨/日，旨在解决亦庄新城及北京东南部地区快速增长的用水需求，同时减少地下水开采，保障供水安全与水质。亦庄水厂能源管理平台主要负责对厂内配电设备的关键数据进行汇总采集、分析，满足管理者对能耗相关设备的远程管控需求，提高工作效率，实现水厂少人化值守，能耗管理优化等目标。

亚控科技成立于1997年，总部位于北京，是国内领先的工业自动化和信息化软件企业。公司专注于国产工业软件的研发、营销和服务，在国内外多地设有分支机构和研发中心。其产品包括数据采集、监控软件、实时数据库、管控一体化平台等，广泛应用于汽车、电子、能源、化工等多个行业。作为国内SCADA领域领军企业，亚控科技的国内市场占有率位居第一，其核心产品KingSCADA4.0是一款自主研发的高端跨平台组态软件，支持多种功能和分布式部署，适用于多种工业场景，已广泛应用于5000余个现场，助力国家工业安全和智能化发展。

1　项目背景

21世纪以来，网络安全与工业控制系统安全事件持续增长，比如2020年以色列水利设施SCADA系统被网络攻击导致瘫痪，同年伊朗天然气公司因感染勒索病毒被迫关闭设施两天。在这样的时代背景下，工业安全与信息安全越来越受国家重视，自主可控工业软件的应用与创新也成为国家新的战略发展目标。而随着近些年来国产操作系统与国产设备的发展及成熟，传统Windows下的工业监控软件已经不能满足很多公司的发展需求。亦庄水厂为积极响应国家信创改造政策，同时提升供水厂的能耗管理水平、降低水厂非必要能耗及碳排放量选择使用KingSCADA4.0建设厂区绿色能源管理平台。

北京市自来水集团联合亚控科技根据亦庄水厂现有系统功能以及厂内调度管理人员针对配电室能耗管理部分的新需求进行了实地考察调研，基于KingSCADA4.0跨系统组态软件平台设计出底层数据采集、驾驶舱展示、设备运行管理、能耗管理、生产报表管理、报警管理、用户管理等系统模块，实现厂区针对绿色能源管理系统的能源消耗监测与分析、能效优化、预测与调度、故障预警、自动化控制、碳排放管理、设备健康管理、远程运维、决策支持、合规与审计等功能，最终不仅帮助亦庄水厂提高能源使用效率，降低成本，还能促进环境友好型生产和可持续发展。通过实施绿色能源管理平台解决方案，亦庄水厂可以实现更加精细化、智能化的能源管理。

2　项目建设应用

2.1　建设方案

亦庄水厂绿色能源管理平台平台利用感知层数据进行实时监控和展示，实现各水厂生产工艺画面与超限告警；汇总生产运行数据，形成日常运行管理图表，方便调度人员总结与分析；通过设备模型算法分析实现设备效率、综合能耗、单耗计算处理以及单耗排名功能，助力管理层高效决策。

图1 系统架构图

感知执行控制层：感知层设备主要包括各水厂及其他设施的在线仪器仪表、生产设备、控制系统等，是物联网技术构架的基础。

数据传输交互层：通过强大的数据协议转换功能，在不影响各设施生产运行的前提下，进行多种通信接口、通信协议的转换，实现自动采集各种PLC和驱动器的生产运行数据，并建立与各类PLC、驱动器间的数据通讯。同时为打破国外平台数据转发上位数量的限制选择使用ModbusTCPTrans工具进行跨系统数据转发。

厂级管理应用层：根据水厂各部门业务需求开发指定功能，涵盖数据可视化展示、设备能耗单耗统计、基础信息管理及历史数据库等功能。为运营管理工作提供了大量的生产决策数据依据，通过深入挖掘各类数据间的关系，利用驾驶舱、一张图和管理分析工具，帮助集团建立基于物联网的水厂能耗运营管理体系。

2.2　功能应用

2.2.1驾驶舱展示模块

旨在提供清晰、直观的实时监控信息，以便于操作人员及时掌握设备实时运行状态和整体能耗情况。

左侧边栏展示包括本日水量、电量、单耗、综合能耗、水泵效率等数据。

中部展示各配电室分布位置情况及低压部分进线柜实时功率、有功电度情况；高压配电室展示当前设备运行情况及运行中的设备实时效率。点击右下角详情可跳转至对应配电室详情画面。

右侧边栏展示当前运行设备名称、调度号以及今日单耗；环形图展示各配水泵水量统计和电度统计。

图2 驾驶舱

2.2.2　配电室详情页面——高压

高压一次图提供高压配水泵房、提升泵房总变配电室系统图总览界面；用户可点击对应配电室名称及设备编号进行画面跳转。

系统图通过关联实际变量动态展示电力系统各单元远程、就地控制情况及闸门状态；下方展示各单元实时电力数据，包括电流数据（A相电流、B相电流、C相电流），电压数据（AB相电压、BC相电压、CA相电压），功率数据（有功功率、无功功率、功率因数），频率，有功电度。

图3 配电室详情——高压

2.2.3　配电室详情页面——低压

提供低压配水车间、厂前区配电室、提升低压室、滤池配电室系统图总览界面。

系统图下方主要展示各低压配电室进线柜的电力数据，包含电流数据（A相电流、B相电流、C相电流），电压数据（AB相电压、BC相电压、CA相电压），功率数据（有功功率、无功功率、功率因数），频率，有功电度。

点击每个抽屉即可在对应位置弹出详情画面，包括实时电力参数展示及历史曲线查询，点击参数实时值即可将该参数曲线添加至右侧趋势图中，再次点击即可删除曲线。

图4 配电室详情——低压

2.2.4　能耗排名模块

提供一个统一的数据显示界面，直观展示历史、实时数据和排名。

设备能耗排名是一种衡量和比较不同设备在使用过程中能源消耗效率的方法。为了提高水厂的运营效率和降低能耗成本，绿色能源管理管理系统对水厂内所有水泵的能耗进行了详细分析和排名。

单位能耗=总能耗/总流量；

总能耗=水泵功率×运行时间；

总流量=水泵在该周期内的总供水量；

上小时耗电量=SCADA系统存储历史数据中本小时零分时刻值与上一小时零分时刻值的差值。

2.2.5　信息管理模块——实时

提供实时报警窗展示界面展示系统当前存在的实时报警信息，字段包含报警时间、变量名称、超限值、限值、报警类型、备注等；不同报警类型及事件类型信息使用不同颜色的背景进行区分。

右击报警信息可选择确认当前报警、确认所有报警。

点击限值设定按钮可跳转至动态修改限值界面，点击历史信息按钮可切换历史模式进行查询。

图5 实时报警

2.2.6　信息管理模块——历史

提供历史报警窗展示界面展示系统产生过的报警信息，字段包含报警时间、变量名称、超限值、限值、报警类型、备注等；不同报警类型及事件类型信息使用不同颜色的背景进行区分。

支持用户选择提示组及报警类型进行过滤筛选，修改起始时间及终止时间时会触发查询操作。

图6 历史报警

2.2.7　报警限值修改模块

针对高压配水泵房提升泵房的重点监测数据提供手动修改报警限值的界面，包括超高限、高限、低限和超低限，以便及时监控和响应潜在的能耗异常，提高设备管理和能耗监控效率。

单击限值文本即可弹出限值输入框进行限值修改。

点击右下方翻页符号可进行翻页，由于需要配置报警的变量数量较多，第三页为自定义变量报警配置页面。

图7 报警限值修改

2.2.8　自定义报警模块

由于系统报警变量数量较多，限值多变不适用于在同一页面上进行限值修改。所以开发自定义报警启用页面。

自定义模拟量报警：手动输入变量名，枚举出当前变量的报警限值设置，如果没有则输入框显示空白。手动修改报警限值后点击启用报警，即可启用该变量的模拟量报警并生效最新设置的限值；点击禁用报警，则禁用该变量报警信息。

自定义离散量报警：输入变量名，后面自动获取当前变量为true报警还是false报警，如果没有则不显示。

图8 自定义报警

2.2.9　趋势曲线模块

提供曲线查询展示界面，实时模式下双击树状图节点或单击树状图节点再点击添加按钮可添加对应曲线，最多支持同时展示6条曲线进行对比分析。点击右上角曲线图例区前的复选框可显示或隐藏对应曲线。

点击左上角切换至历史模式，用户可根据选定的起止时间来查询相应的历史数据。

曲线功能旨在通过直观的曲线图展示高压和低压参数的历史数据，帮助用户快速分析和监控电力系统的运行状态。

图9 趋势曲线

2.2.10　报表管理模块

提供实时数据报表、日报表、月报表画面，实时报表展示不同水泵实时电量、水量、单耗数据。

日报表查询界面用户可通过下拉框选择指定的日报模板，选择指定查询日期后点击查询按钮即可查询对应的日报数据。月报表查询界面选择指定月份点击查询按钮可以查询指定月份水量电量、高时水量、高日水量、高日电量产生日期及时间等信息。

提供报表打印及打印预览功能，点击打印预览按钮即可弹出系统打印设置界面，支持用户调整纸张方向、适应纸张大小、分页、打印等功能。

点击打印按钮即可将报表保存为pdf文件，再使用服务器适配打印机进行报表打印。

图10 报表管理

2.2.11　设备管理模块

提供一个基于各水泵小时单耗趋势图表分析界面；

主要是用来展示各设备水量数据对应总能耗、分单耗的数据分析。设备管理模块旨在采用可视化图表展示（柱状图、饼图），帮助用户直观理解能耗趋势与变化。

【环形图】直观展示配电系统中配水泵、提升泵各个设备的本年分单耗占比。鼠标悬停或点击环形图的各个部分，查看每个设备的具体能耗数据。

【柱状图】展示配电系统高压配水泵房和提升泵房总变配电室中各设备的分单耗，不同颜色不同图例分别对比今年和去年的数据。

图11 设备管理

2.2.12　用户管理模块

用户管理模块支持用户在线编辑系统用户信息，包括新增、删除、修改用户密码等功能。

填写左侧用户信息点击创建用户按钮即可新增指定用户。输入用户名点击删除用户按钮即可删除指定用户。

点击用户管理按钮即可弹出系统用户总览界面，在此管理系统所有角色及用户信息。

图12 用户管理

3　项目创新性

3.1　技术创新性

本次能源管理平台建设方案由自来水集团各位专家及亦庄水厂运维人员全程跟进，初期设计、硬件选型、网络架构规划均根据水厂工艺流程、生产业务需要、现有算法模型来进行一体化设计，把握水厂实际生产业务的关键指标并融合针对配水、提升泵房的智能调频算法，最终形成一套完善的能耗数据赋能管理平台体系。

KingSCADA 4.0平台采用RPC分布式网络架构，网络上的每一个节点都是一个SCADA运行系统，可以跨平台部署，根据工程的网络配置，执行不同的功能任务。运行系统的总体结构是一个分层结构，采用层次化的体系结构能够降低复杂性，增强系统的扩展性。运行系统的总体层次结构分为三层：

①扩展应用程序层：mess窗口语音报警；

②应用程序接口层：OPCUA SDK Web转发服务；

③运行系统核心组件层：实时库，历史库，报警库，采集器，画面系统，脚本系统。

KingSCADA 4.0支持双机冗余，双网络冗余，采集双设备冗余。当发生故障时应能快速在冗余机之间进行无扰切换，可达到秒级切换时间。冗余机之间具备专用的冗余探测通道（如专用的网卡或者串口）。同时对实时数据、历史数据、报警数据进行冗余处理，并能迅速进行冗余切换。支持并发处理机制及事务处理技术，可进行多进程并发处理，均衡内部事务处理，构建性能优越的系统。

KingSCADA 4.0系统提供了基于角色的访问控制，符合RBAC模型，通过定义不同的角色，不同角色拥有不同权限，不同用户属于不同的角色，来实现用户的访问控制。

3.2　解决的典型问题

（1）高能耗成本问题

传统水厂能源消耗占运营成本的30%-50%（尤其电费为主），能耗优化依赖人工经验决策，缺乏数据支撑，设备运行效率波动大，部分设备低效高能耗。

（2）环保与碳排放压力问题

水务行业占全球碳排放2%-3%（主要来自电耗），企业面临“双碳”目标考核压力。政府对水厂单位能耗限额、碳排强度等指标要求趋严。

（3）供水稳定性与服务质量问题

能耗管理失衡可能导致供水压力波动、水质不稳定。

（4）国外平台的数据转发限制问题

打破厂内原有国外平台对数据转发上位数量的桎梏，使用跨平台数据转发工具进行厂内数据汇聚，保证数据的完整性。

4　项目效益分析

亦庄水厂通过搭建绿色能源管理平台实现了对厂区关键设备能耗数据的可视化监视，为电能能耗管理决策提供科学依据，提高生产效率，减少人为操作误差同时管理人员可以通过实时监测和数据分析，实现对电能消耗的精细化管理。针对厂区供水、提升设备等建立能耗排名体系，便于优化设备运行参数，合理安排生产时间和设备启动时机，避开高峰电价时段，延长设备使用寿命，节省电费。通过提高耗能设备运行效率和可靠性，确保供水系统的稳定运行，保障居民用水安全。

5　项目意义

当前信创处于蓬勃发展期，市政供水厂肩负居民饮水安全的重大责任，在进行生产系统更新切换时，会更加谨慎。以整厂替换，变为以能源管理为切入点逐步应用替换，小步快走的方式，为水厂信创发展提供了新思路。

亦庄水厂信创方案是北京自来水集团首个信创方案落地水厂，同时也是全国大规模市政水厂的先行示范项目，具有极高的落地实践代表性。项目实施后，实现了信创要求下针对水厂能源管理的全面升级，成为众多水厂效仿的标杆。同时该信创方案具有高度可复制性，从技术架构到实施流程都有标准化的模式，其他水厂可轻松借鉴，快速落地类似项目。

作者简介：

张　蒙（1996-），男，北京人，学士，助理工程师，现就职于北京市自来水集团有限责任公司亦庄水厂，研究方向是智慧水厂建设。

赵洋洋（1985-），男，北京人，学士，工程师，现就职于北京市自来水集团有限责任公司亦庄水厂，研究方向是水厂工艺运行。

王天烁（1998-），男，河北衡水人，学士，现就职于北京亚控科技发展有限公司，主要从事智慧城市、能源管理、智慧水务解决方案方面的研究。

荆文科（1995-），男，河北邯郸人，学士，现就职于北京亚控科技发展有限公司，主要从事工业自动化软件、智慧水务解决方案方面的研究。

李泽浩（1999-），男，黑龙江大庆人，学士，现就职于北京亚控科技发展有限公司，主要从事工业软件、智能制造等方面的研究。

摘自《自动化博览》2025年3月刊