★北京亚控科技发展有限公司郭栋梁

★苏州市吴江水务集团有限公司王宇峰

★北京亚控科技发展有限公司李泽浩

关键词：全组态开发；KingSCADA；信创

随着国际竞争加剧，为了保障国计民生行业尤其是水务行业的稳定运行，按照国家发展规划要求，逐步进行信创产品更换，信创的目的不是替代，而是自主、创新，将核心技术牢牢掌握在自己手里，结合通用信创版本组态软件，构建基于信创平台的水务集团智慧管理平台，通过集群部署，统一运维，实现全区各水厂与泵站的综合管控、统一调度。通常智慧管理平台的开发与维护需要高级编程人员参与，技术门槛高，后期维护扩展困难。通过项目的开发研究与实际应用表明组态式平台的快速开发实现数据汇总处理并为未来智慧水务管理平台的构建是十分必要的。

1　系统概述

1.1　系统简介

KingSCADA4.0信创版是北京亚控科技发展有限公司针对信创领域精心打造的核心产品，延续了KingSCADA系列产品的高性能和易用性，并针对信创环境做了深度优化，实现了与国产软硬件平台的全面适配。

KingSCADA4.0信创版基于自主研发的技术框架，拥有长期可维护性和持续升级能力，符合国家等保2.0三级认证标准，进一步强化了基础设施的自主可控能力，作为企业新型数字转型底座，全方位契合信创监控市场功能需求，可以为企业提供成熟、可靠、安全的监控解决方案。

1.2　系统现状

目前现场没有集控系统，具有单厂的控制中心，各厂为独立的厂站。所采用的SCADA平台为国外软件：Intouch、WinCC。下层的PLC采用的是西门子1200、1500、200smart、罗克韦尔1756、1769、850、施耐德340、580。由于各个水厂所采用的监控软件不一致且网络互不相通，所以导致每个水厂形成信息孤岛，业主无法同时浏览各个水厂的数据，进行统一管控。

1.3　功能性需求

功能性需求清单如表1所示。

表1 功能性需求清单

1.4　非功能性需求

（1）可靠性与稳定性。软件系统尽量不出现闪退、崩溃无响应等情况。

（2）较高的交互性。根据用户习惯进行开发，保证软件的易用性，增加用户交互[1]。

（3）随需而变。系统平台支持拖拉拽式组态开发，维护工程师能够根据业务需求的变化通过低代码方式快速实现软件系统功能的变更[2]。

1.5　系统难点及设计方案

针对系统现状，本项目的重点难点如下：

（1）原有系统不满足国产化需求。

（2）采集速度较慢，现场上位机2s采集一次。

（3）现有系统虽能控制设备但无法更好地满足现场应用过程中提出的新需求，如同一弹窗控制多个设备等。

（4）部分设备的点位存在故障无法采集，需要做屏蔽处理。

（5）没有冗余，建设年代过于久远，上位机宕机后，软件处于瘫痪状态。

（6）使用时偶尔会出现软件卡顿现象，无法下控情况。

（7）上位机与数据库交互存在问题，部分数据无法进行定时存储查询。

（8）上位机和触摸屏无法同时控制现场设备。

（9）原有系统画面不够美观。

（10）由于数据分散，各厂独立提交报表，集团级数据统计分析消耗人力过大。

（11）原有系统无法向第三方平台转发数据，接口比较单一。

针对以上重难点问题，本方案有如下措施：

（1）亚控KingSCADA软件及数据库软件支持国产操作系统并满足报表、曲线、报警、设备控制、数据存储、数据转发等功能，支持接入几十万级的数据量同时具备热备冗余，分布式部署的特点，能很好地满足项目需求。截至2024年，亚控在军工、水利、水务、能源已有相应的项目案例，并取得了巨大的成功。

（2）采用全组态信创KingSCADA，具备良好的人机交互界面，可以根据个人需求，快速完成界面开发，支持2D/3D图素导入，提高了系统美观性。

（3）KingSCADA信创版全面支持OPCUA、restful、MQTT等接口，方便进行第三方数据交互。

2　总体设计

2.1　系统整体架构设计

系统整体业务架构如图2所示。

图2 系统业务架构

（1）系统感知层

感知层设备主要包括各水厂、泵站的在线仪器仪表、生产设备、控制系统等，是物联网技术构架的基础，感知层的建设是利用各厂控制系统，通过强大的数据协议转换功能，在不影响各水厂、泵站生产运行的前提下，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、马达控制器间的数据通讯，最终形成完善的感知层体系。

（2）系统传输层

利用先进的物联网技术、边缘云计算技术与互联网融合，建立网络层体系，兼容多种网络方案，保证数据传输的可靠性。

（3）平台支撑层

基于时空数据库、元语言等核心技术，构建排水集控平台，建立平台支撑体系。实现对集团公司下属水厂、泵站的关键生产指标数据及设备运行参数的采集，实时传输到管理中心服务器，并对数据进行存储、维护、管理，且提供给各应用系统使用。

（4）应用层

应用层，主要为集控系统各业务功能。进行区域范围内的各水厂、水泵站的生产实施监控（设备状态、设备控制、工艺参数等）、趋势显示及查询、生产报表管理、报警与事件管理及视频监控等；其中水厂及泵站可实现设备状态监测、远程控制及工艺参数监测。

（5）展示层

平台提供C/S客户端和B/S客户端两种方式进行平台的展示。

2.2　系统技术架构

本系统的整体技术架构如图3所示。

图3 系统技术架构

每个厂区两台数据服务器部署2套KingSCADA运行版做主备冗余并开放OPCUA接口，两台历史库服务器部署2套工业实时历史数据库KingHistorian做主备冗余，中控室一台操作员站部署1套KingSCADA客户端。

集控中心两台数据服务器部署1套KingSCADA开发运行版与1套KingSCADA运行版做主备冗余，两台历史库服务器配2套工业实时历史数据库KingHistorian做主备冗余，中控室三台操作员站部署3套KingSCADA客户端。

每个厂区的KingSCADA以多转发的方式同步上传至本地KingHistorian_和集控中心KingHistorian_，数据支持断线缓存、断点续传等功能，保证数据完整性和数据一致性。

通过隔离网闸的web服务器部署1套KingSCADA运行版进行网页发布，读取集控中心的实时数据与历史数据库服务，为保证数据安全性，所有网页数据只能查看不能下发。

3　系统实现

3.1　数据远程监视管理

通过将各水厂、泵站的运行数据进行采集、传输、存储，并初步加工处理，还可以将各个水处理厂的工艺画面直观地在监控中心展示，使企业各级人员随时掌握生产运行情况。

通过直观的动态画面表达实时水动态、设备运行状况、水处理工艺流程画面、显示排水公司水流方向等流程画面。

图4 数据远程监视

3.2　设备远程控制

对水厂、泵站的生产运行进行监控，通过中心控制室计算机可对生产运行进行管理。做到综合管理、综合调度。

运行人员可以查看各站点的实时工艺流程图、实时数据；遥控设备、调整工艺运行参数；处理报表、查看实时曲线和历史曲线。

图5 设备远程控制

3.3　生产报表管理

系统可自动采集，统计分析报表自动生成，预置流程数据报送，同时可根据使用者要求进行生产报表报送流程自定义，可根据用户权限随时进行任意格式数据报表导出，为管理决策随时提供第一手资料，同时极大缓解人力劳动，减少企业人力成本。

图6 生产报表管理

3.4　趋势曲线管理

趋势曲线具有多绘图区、多数据轴、多时间轴，并且能够进行实时趋势曲线和历史趋势曲线在线转换，可以方便地进行个性化趋势曲线的查询、对比以及分析。

实时趋势：系统可以生成实时趋势图，用于分析模拟量参数（如流量、温度、水质等）的变化趋势，以更好地让操作人员掌握系统参数的变化趋势，使系统保持最佳运行。

历史趋势：根据用户的需要我们可以将相关的监控点的数据生成历史趋势图。通过历史趋势，用户可以查看以前特定某段（点）时间的历史图形记录，可以查找故障发生的时间、变化趋势，从而找出系统的故障原因。

图7 趋势曲线管理

3.5　报警预警联动

报警预警可以使集控中心内运行人员在第一时间获知运行过程中产生的设备故障信息和将要产生的生产事故信息。设备故障报警：当运行过程中设备一旦发生故障时，或当设备需要保养时，相应的区域显示闪烁同时伴随报警语音的提示，并显示一组设备报警，提醒维修人员及时到达现场对设备进行维修、保养。报警预警设有优先级管理，各类报警预警进行精确判断，实现故障自动报警、事故自动预警，并显示所有报警预警列表及报警预警的详细内容。

对于无人值守的设备，及时获知设备的报警预警信息对设备的安全运行起到至关重要的作用。KingSCADA软件可以通过多种方式把报警信息分层级发给相关人员[3]。

图8 报警预警联动

3.6　分级短信报警功能

当报警预警信息发生时，KingSCADA软件产生报警信息。报警信息可以通过手机短信的方式发给相关人员。报警短信可以分级报警，例如报警信息发给一级确认人员，如人员没有在规定时间内确认处理，将再发给更高一级的管理确认人员。

3.7　设备运行日志

系统按照定时记录、数据变化记录、按采集周期记录等方式实时记录各个水处理厂所有设备运行信息到工业数据库。不同类型的数据可采用不同的记录频率，核心关键数据或者变化较快数据可按秒记录或变化记录，变化较慢数据可按分钟记录。主要记录的参数包括：

·设备运行的电气参数（如电压、电流、频率、耗电量等）

·固有参数（如轴承温度、转速、油位等）

·环境参数（如格栅前后水位差、水池水位等）

·其他参数

设备运行日志数据为系统自动采集并且记录到工业数据库中，可以以水厂名称、设备名称、设备类型、时间范围等组成组合条件进行原始数据查询，查询结果显示方式可以调整、设定。

3.8　系统管理

为保证各站点的安全运营，需要为集控中心的各操作员及工程师分配不同的权限。同时，为保证运营的安全，系统禁止无权限的监控中心工作人员对各设备进行远程控制。

图9 系统管理

3.9　系统权限管理

每个用户通过合法的用户名密码可以登录系统访问其负责的业务范围的数据信息。登录的用户一旦登录其他人员不能在异地登录，登录人员可以设置登录超时，超过设置时间系统将自动退出，用户登录要显示上次登录的时间、地点等信息。

运行参数设置功能可以设置权限，确保运行参数安全。

图10系统权限管理

3.10　系统角色管理

根据组织结构特点可以设置不同的用户权限，如总经理、公司经理、现场值班人员。每个用户可以对应一个角色也可以对应多个角色，用户角色的变化直接影响到其在系统里的操作权限。系统为每个角色定义可访问及操作的内容范围，保证系统信息的安全，尤其是生产运行管理的核心数据安全。

3.11　系统对接

以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，具有网络通讯口，可实现远程控制。对外提供丰富的API接口，支持OPC UA Server、MQTT访问接口，支持C++、C#、Restful API接口。

图11 系统对接

4　关键技术

4.1　全信创

选用的KingSCADA信创版软件支持全信创生态，支持国产操作系统、CPU、主机、信创PLC等生态，符合国家信创战略要求，同时，针对没有信创要求的行业，可以使用Windows版本KingSCADA进行开发，后续根据行业要求直接进行信创升级即可。

4.2　全组态

全组态KingSCADA信创版软件，可快速完成企业SCADA系统的开发与应用，提供丰富的前端可视化生成器。同时，组态化技术的应用，让业务工程师开发SCADA平台成为了可能，为企业数字化工厂的建设起到了奠基石的作用。

5　结语

本文论述了基于KingSCADA信创版的智慧管理平台的设计与实践，主要介绍了系统需求、建设方案、总体设计、系统实现与关键技术等内容。已经开发完成的系统，实现了全信创生态系统构建，打破了集团信息化系统建设过程中的数据孤岛，为后续集团建设信息化系统奠定了坚实的基础。

作者简介：

郭栋梁（1994-），男，山西临汾人，中级工程师，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。

王宇峰（1993-），男，江苏苏州人，学士，现就职于苏州市吴江水务集团有限公司，研究方向为智慧城市、智慧水务。

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。

参考文献：

[1]肖文娟,王加胜.基于Vue和Spring Boot的校园记录管理WebApp的设计与实现[J].计算机应用与软件,2020,37(04):25-30.

[2]陈善超,王全林.基于KingWater全组态平台在供水智能调度系统的开发与应用[J].仪器仪表用户,2023,30(8):31-35.

[3]张金松等.智慧水务视角下水务数字化转型的挑战与实践[J].给水排水,2021,47(6):8.

摘自《自动化博览》2025年5月刊