★南水北调江苏水源公司徐州分公司樊庆斌，姜舒，郭苏元

★北京亚控科技发展有限公司罗博文，王全林，常江

关键词：引调水；信创；泵站；自动化监控系统；SCADA；

1　项目概况与建设定位

1.1　项目概况

在“十四五”规划中，国家明确提出：到2025年，行政办公及电子政务系统须实现信息技术应用创新（以下简称“信创”）的国产化全覆盖。国资委79号文件进一步细化了中央企业及国有企业信创替代的实施路径与时间表，要求2027年底前完成100%国产化替代，覆盖范围包括芯片、基础软硬件、操作系统、中间件等全栈环节。由此，信创产业自2023年起由“局部环节、细分市场”阶段迈入“全产业链、全行业”纵深升级的新周期，旨在构建自主可控、安全高效的国产IT标准体系与服务生态。

伴随水利事业的高速发展，南水北调东线工程作为国家水网主骨架的重要组成，正处于数字化、智能化转型的战略窗口期。然而，行业层面仍面临国产化程度偏低、关键核心技术受制于人的结构性风险，直接威胁国家水安全与信息主权。为落实国家网络强国总体部署，降低对外技术依存度，提升自主创新水平，南水北调东线江苏水源有限责任公司设立“邳州泵站国产化改造”专项，拟通过先行先试形成可复制、可推广的水利信创范式，助力江苏省水利企业实现高水平科技自立自强。

与此同时，水利工程信息化长期存在“五化”短板：

（1）设施碎片化——感知、传输、计算、控制等资源分散建设，缺乏统一技术架构与运营主体，难以形成规模效应；

（2）数据孤岛化——多源异构数据标准不一、共享机制缺位，数据资产沉淀，无法支撑“用数据说话、用数据管理、用数据决策”的现代治理模式；

（3）平台集约化不足——“小而散、小而全”的项目级建设导致重复投资，专业化平台能力薄弱，投资效能整体低下；

（4）智能精准化缺失——感知覆盖度、控制精细度、决策智能度均处于初级阶段，基于数字孪生的预报、预警、预演、预案“四预”功能尚未闭环；

（5）调度协同化薄弱——统一调度、精细调度、多级联动调度能力不足，难以适应“系统完备、安全可靠、集约高效、绿色智能、循环通畅、调控有序”的国家水网运行要求。

综上所述，以邳州泵站国产化改造为切入口，构建安全可控、集约高效、智能协同的水利信息化新体系，已成为落实国家信创战略、提升国家水安全保障能力的必由之路。

1.2　建设目标

1.2.1　提升工程运行效率

依托自主可控的国产化技术体系，持续提高水利软硬件产品的安全性、可靠性与可维护性，确保邳州泵站在全生命周期内安全、稳定、高效运行。通过国产智能化改造，提升水资源调配精度，降低输水损耗与调水能耗，提高供水保证率与水质达标率，实现关键效能指标（KPI）的整体跃升。

1.2.2　提升管理水平

构建“感知—传输—计算—决策—控制”闭环的远程智能监控体系，实现泵站运行状态的实时感知、动态诊断与自适应调控。基于数据融合与智能控制，提升系统智能化和自适应能力，为管理人员及时发现工程异常，为管理人员提供可解释、可量化、可预测的决策支持，全面提高管理效率与应急响应速度。

1.2.3　保障国家信息安全

以信创体系为底座，完成水利控制层、数据层、应用层与网络层的国产化替代，降低对国外核心软硬件的依赖度。建立覆盖全栈、全生命周期的信息安全治理框架，强化源代码审计、漏洞挖掘、攻防演练与供应链安全管理，显著提升水量水质在线感知、预测预警、优化调度、事故应急等关键业务的自主可控水平，有效防范系统性信息安全风险。

1.2.4　面向未来技术的智慧水利升级

将智慧水利纳入新阶段水利高质量发展的核心路径，系统融合物联网、云计算、大数据与人工智能等新一代信息技术，构建数字孪生流域—工程—泵站一体化平台。重点突破人工智能在复杂水力系统建模、泵站群联合优化、结构健康监测与故障诊断中的适应性理论及关键技术。为构建“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化”的智慧水利新模式提供理论依据与技术范式。

2　监控国产软件选型

亚控科技KingSCADA4.0信创版（以下简称：KS信创版）是一款面向国产化场景的高性能组态软件，融合国产化生态链与工业级技术特性；在本次项目中使用KS信创版搭建邳州站计算机监控系统。

3　项目建设

3.1　系统架构

邳州站计算机监控系统架构如图1所示。邳州站计算机监控系统架构采用经典三层架构：感知执行层、数据处理层、业务应用层，实现“感知—传输—计算—决策—控制”闭环管理。

3.1.1　设备感知执行层（现场层）

图1泵站自控系统架构图

通过传感器、水位计、流量计、雨量计、水质仪、闸门开度仪等终端，实时采集水雨情、工情、水质、视频等多元数据。接收上层指令，驱动PLC/RTU完成闸门启闭、泵组启停、阀门调节等动作，实现“遥调、遥控”。感知执行层是泵站物联网架构的底层基础。

3.1.2　数据处理层（监控层）

通过KS信创版强大的数据处理能力，完成多协议解析、时钟同步、数据清洗、预警报警、计算分析、定时任务、逻辑控制与联动、数据存储等业务。数据处理层是物联网架构的计算核心。

3.1.3　业务应用层（应用与决策层）

针对邳州泵站运行监控需求，基于KS信创版开发定制功能。通过构建“角色—权限—用户”安全控制策略，实现细粒度安全访问控制；通过挖掘各类数据，构建驾驶舱、“一张图”及多维分析工具，完成实时/历史报警、曲线报表、远程控制等核心功能。提升泵站监控精度与管理效率。

通过三层解耦与深度融合，实现泵站从“看得见”到“算得准”再到“调得优”的跨越，成为智慧水利建设的“神经中枢”。

3.2　软件部署架构图如图2所示。

图2部署架构图

3.3　功能建设

3.3.1　运行监视

如图3所示，泵站运行监视以实时数据采集与多模态信息融合为基础，构建面向泵站全生命周期状态的动态监测框架。该功能通过计算节点与系统对流量、压力、扬程、温度等关键物理量进行高频采样，利用预警报警与泵站剖面模型实现异常特征在线辨识；并借助平台进行多维可视化视图，在统一人机界面完成工况态势感知与故障分析。信创监控平台可将异常检测延时降低至秒级，为泵站系统的预测性维护和优化调度提供可信的数据支撑。

图3运行监控图

3.3.2　运行报表

如图4所示，系统的运行报表功能以设备运行数据与工况事件为数据基础，构建面向管理—调度—运维多层决策需求的规范化报表生成框架。采用模板化格式将泵站级、机组级等指标展示在报表模板，实现班报、日报、旬报及特殊专报的自动化编制。系统报表内嵌数学公式与报警变色，支持报表输出等功能，通过在线流转与权限审批，报表从生成、审阅到归档实现全流程无纸化办公，降低数据泄露风险。满足日常业务要求，为泵站能效审计、调度后评估及数据分析提供了标准化、可追溯的定量依据。

图4运行报表图

3.3.3　历史报警

历史报警功能以泵站全生命周期报警事件序列数据为基础，构建面向故障原因追溯的治理框架。系统对原始报警记录进行语义标注与唯一标识，实现对报警实例的精准定位，可按照限值报警、变化率报警、偏差报警等类型设置报警，统一规划设备分类及报警联动逻辑，支持秒级至年级任意时间跨度查询，为后续故障溯源、可靠性评估及预测性维护提供了高可信的决策依据。历史报警图如图5所示。

图5历史报警图

3.3.4　设备控制

设备控制功能以“感知-决策-执行”闭环为架构，实现毫秒级命令下发，完成泵组启停、闸阀开度等在满足多约束条件下的设备控制。系统内置基于角色与权限的RBAC访问控制机制，可在毫秒级完成控制权限的动态识别与一致性校验，从而确保纵向指令链路的完整性与可信性。控制旋钮的状态逻辑为二元决策变量（enable/disable），当旋钮处于可用状态时，系统可实现设备的远程控制；当旋钮处于禁用状态时，设备仅支持手动控制。一旦检测到设备异常，系统将立即执行故障-安全（fail-safe）策略，系统将发生故障的设备强制为“禁用”，需经具备权限的人工完成多重确认后方可解锁，由此在最大程度上保障设备资产与运维人员的安全。设备控制图如图6所示。

图6设备控制图

3.3.5　操作记录

系统内置操作审计子模块，对设备控制中的每一次状态变更实施高频捕获与持久存储。审计记录模式遵循标准数据规范，精确保存操作人员身份标识、操作时间戳、操作站IP地址、操作内容及操作意图等数据，形成设备的细粒度操作记录数据链，为事后故障溯源提供数据支持。系统前端集成多维度检索，支持以时间、操作者、设备对象、事件类型等复合条件进行查询；查询结果可输出，实现电子—纸质双轨归档，满足长期保存与离线分析需求。操作记录图如图7所示。

图7操作记录图

3.3.6　趋势曲线

系统内置的曲线分析模块，以高分辨率时间序列数据为底层支撑，对机组运行全维度物理量（流量、扬程、功率、振动、温度等）实施毫秒级存储。系统提供多尺度时间窗（秒/分/时/日/月）与多轴坐标联动，可在同一曲线框内完成多工况的跨尺度对比；可实现早期故障特征的辅助判断，帮助用户快速分析和监控泵站系统的运行健康状态。趋势曲线图如图8所示。

图8趋势曲线图

3.3.7　系统冗余

冗余设计是保障监控系统高稳定性与高安全性的核心策略。其体系结构通常以“双活—热备”理念贯穿三层。

（1）SCADA服务冗余：采用双机热备冗余，通过TCP/IP进行网络通讯，冗余心跳判断彼此在线状态，故障时可实现秒级冗余切换，保持上层应用稳定不中断；

（2）I/O采集冗余：通过TCP/IP进行网络通讯，支持热切与冷切两种策略，增强数据采集的安全性，故障时可实现秒级冗余切换，保障数据连续性；

（3）I/O双设备冗余：设备间的冗余策略，两台相同设备冗余。相同设备同时采集数据，并与IOServer通讯。故障时可实现秒级冗余切换，保障数据连续性。

4　系统建设成效

南水北调东线邳州泵站通过SCADA系统的智能化升级，实现了“远程集控、少人值守”的高效运行模式。系统改造后，泵站可一键启停、数据实时监测、运行状态智能分析，显著提升了调水效率与安全性。借助自动化观测与节能优化策略，邳州站累计调水超4000万立方米，顺利完成2024—2025年度抗旱与省外调水任务，充分展现了SCADA系统在保障国家水安全中的关键支撑作用，全力守护一方安澜，工程效益得到充分发挥。

采用信创SCADA系统等技术构建智能监控平台，推动水利行业国产化技术应用，为同类城市水利工程提供可复制的智能化改造经验。

作者简介：

樊庆斌（1978-），男，江苏徐州人，本科，现就职于南水北调江苏水源公司徐州分公司，主要从智慧水利、自动控制、信息化自动化融合等方面的研究。

姜　舒（1996-）男，江苏徐州人，本科，现就职于南水北调江苏水源公司徐州分公司，主要从自动化系统方案等方面的研究。

郭苏元（1999-）男，江苏徐州人，本科，现就职于南水北调江苏水源公司徐州分公司，主要从自动化系统软件开发等方面的研究。

罗博文（1993-），男，陕西西安人，硕士，工程师，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。

王全林（1986-），男，天津人，学士，工程师，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。

常　江（1988-），男，江苏南京人，学士，工程师，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。

摘自《自动化博览》2025年10月刊