★ 廊坊市清泉供水有限责任公司 高凡，谢晋戈，朱江

★ 北京亚控科技发展有限公司 荆文科，王天烁

关键词：城市供水；二级调度系统；KingSCADA 系统；KingPortal 平台

1   引言

城市供水是城市基础设施核心， 直接关系居民生活与工业生产。随着廊坊市城市发展，传统供水调度依赖人工经验，各水厂、水源地自控系统独立，存在数据采集滞后、决策不科学、安全防护薄弱等问题，增加运营成本且存在供水安全风险。此外，本项目涉及多个分站点，生产数据总点数达到数十万点，传统集中式数据采集模式易出现服务器压力过大、数据更新滞后等问题，中心监控系统接入全量数据也会导致操作卡顿。为此，廊坊清泉供水有限责任公司结合现场实际生产工况自主研发二级调度系统，以亚控科技KingSCADA软件搭建生产监控核心、以亚控科技KingPortal平台打造信息化应用中枢，采用“各厂SCADA采集PLC数据+超级SCADA统一监控”“PLC数据单向直传信息化平台”双链路设计，两条链路独立运行、互不干扰，同时针对大点数场景优化SCADA层数据采集与接入方式，整合先进传输与监控技术，实现供水生产全流程智能化监控与高效管理，本文重点介绍系统核心架构与功能，简要说明技术亮点与运营效益。

2   系统核心架构及功能设计

廊坊清泉二级调度系统以“ 贴合现场 、 安全直传、高效协同、数据共享”为核心设计原则，结合现场实际生产流程构建生产监控层与信息化应用层两大核心单元，同步搭建两条独立数据传输链路——SCADA系统内部通讯链路、PLC至信息化平台单向传输链路，两条链路互不干扰、并行运行，既保障生产监控的独立性与安全性，又实现信息化应用的高效性与精准性。针对本项目多站点、数十万点的大点数规模，生产监控层针对性采用分布式采集与订阅式接入优化方案，全面适配水厂现场实际运营需求。

2.1   生产监控层：基于KingSCADA的数据采集与统一监控

生产监控层是整个调度系统的生产运行核心，全线依托亚控科技KingSCADA软件搭建，由各水厂本地SCADA子系统、下位PLC采集单元和中心超级SCADA系统三部分组成， 承担供水生产全流程的实时监控、设备控制、异常报警等核心职能， 是保障供水生产稳定运行的基础， 其数据链路独立于信息化应用层， 不与信息化平台产生数据交互。针对本项目数十万点的大点数采集需求， 本地SCADA子系统采用KingIOServer前置分布式部署采集方式，中心超级SCADA系统采用CS客户端订阅变量接入模式， 有效解决大点数场景下的采集压力与操作流畅性问题。

2.1.1   PLC采集单元

下位PLC采集单元为生产数据感知终端，部署于各水厂制水、供水、水源管控等各生产环节， 包含欧姆龙、西门子、和利时等多品牌PLC设备，核心负责采集各生产环节的实时运行数据， 涵盖生产设备运行参数、水质数据（浊度、余氯等）、能耗数据、水量数据、压力/液位数据等全量生产信息，全项目数据总点数达数十万点，分布于多个分站点。本单元同时对接两条独立链路： 一方面与本地SCADA子系统直连，接收本地SCADA子系统的控制指令， 实现对现场泵、阀、加药设备等生产设施的本地自动化控制； 另一方面预留单向传输接口， 将采集的全量生产数据推送至单向传输模块， 为信息化应用层提供原始数据支撑， 两条链路独立传输、互不干扰，且不接收任何来自信息化应用层的反向数据与指令， 从硬件层面保障生产系统的安全隔离。

2.1.2   各水厂本地SCADA子系统

各水厂本地SC ADA子系统基于亚控科技KingSCADA软件搭建，部署于地表水厂、二水厂、新源水厂、固安水源地、市区水源井群等各个生产站点，与本站点下位PLC采集单元直连，依托专属通讯链路构建独立数据传输通道，核心承担本地PLC数据接收、存储、监控与本地控制职能， 其数据传输仅在SCADA系统内部流转，不接入信息化平台链路。针对本站点海量数据采集需求，本地SCADA子系统采用KingIOServer前置分布式部署采集方式，将采集软件KingIOServer分布式部署在多台服务器上，按区域或设备类型分配采集任务， 每台服务器负责采集特定范围的PLC数据，有效分担了单台采集服务器的压力。

系统依托KingSCADA软件的高速数据采集与时序存储能力，结合KingIOServer分布式采集的高效性，实现对数十万点PLC数据的毫秒级接收与本地存储，确保生产数据的可追溯性， 同时有效保证了数据更新频率，彻底解决了SCADA系统在面对大点数数据采集场景时易出现的数据回写滞后问题；通过软件的可视化组态功能，搭建本地制水流程、设备运行、水质监测等专属监控界面，实现对本站点生产全流程的实时监视；同时利用KingSCADA的报警组态与本地控制功能，针对设备故障、水质超标、水量/压力波动等异常情况及时发出声光报警信号， 并支持现场工作人员通过系统实现对本地PLC设备的手动/自动控制，快速处置生产异常，保障本站点生产环节的独立、稳定运行。

各本地SCADA子系统均通过SCADA专属通讯链路，与中心超级SCADA系统建立连接，将采集的本站点全量生产数据实时、准确推送至超级SCADA系统， 为全厂区统一监控提供数据支撑， 该链路独立运行，不与PLC至信息化平台的传输链路产生交集，确保生产监控数据传输的安全性与独立性， 同时保留本地全部操作与控制功能，确保本地生产运行不受其他链路干扰。

2.1.3   中心超级SCADA系统

中心超级SCADA系统基于亚控科技KingSCADA软件集成开发，部署于公司调度中心，是生产监控层的核心集成与统一管理单元，通过电信专网构建SCADA系统专属独立生产局域网，与各水厂本地SCADA子系统实现全量数据互通，形成独立的SCADA数据传输链路，与信息化应用层的传输链路完全隔离、互不干扰。

系统作为集成了所有水厂、水源地下位PLC数据的统一监控大客户端，通过CS客户端订阅变量模式，仅从各分站SCADA系统中订阅当前调度管理所需的部分核心变量，无需接入全部数十万点数据，这种接入方式大大节省了系统数据缓存池的大小， 有效避免了全量数据接入导致的缓存溢出、操作卡顿等问题，让超级SCADA系统在面对大点数工程管理时操作更为流畅。调度人员通过该单一客户端，无需切换多个系统， 即可全面掌握各水厂、水源地的生产运行状态，包括所需的PLC设备运行参数、水质指标、能耗情况、水量/压力数据等，实现对全厂区生产环节的远程实时监视。中心超级SCADA系统如图1所示。

图1  中心超级SCADA系统

同时，系统依托KingSCADA软件的数据分析与组态功能，搭建全厂区生产运行总览界面， 实现对各生产站点关键订阅变量的汇总、对比与趋势分析， 为跨站点调度决策提供精准、全面的数据支撑；保留各本地SCADA子系统的操作权限独立性，仅实现全局监控与辅助调度，不干涉各水厂本地的独立控制操作，形成“各厂独立控制、中心统一监控、全局协同调度”的生产管理模式，结合分布式采集与订阅式接入的优化， 大幅提升生产调度效率， 其数据流转全程在SCADA独立链路内完成，不影响信息化平台的正常运行。

2.2   单向传输链路： PLC至信息化平台的独立安全通道

彻底解决目前依赖于网络安全设备的产网分离架构问题。电气自动化单向传输链路是连接生产监控层下位PLC采集单元与信息化应用层KingPortal平台的专属独立数据传输通道，与SCADA系统内部通讯链路并行运行、互不干扰，是保障生产系统与信息化系统物理隔离、数据安全传输的核心屏障，实现PLC数据从生产端到信息化应用端的直连、单向、高速传输，贴合现场实际数据传输需求， 且不介入任何SCADA系统内部的数据流转。

本链路采用通讯总线制单向传输技术构建，依托物联网与通信技术搭建只读型传输通道，所有下位PLC采集单元的生产数据均通过该通道单向推送至信息化应用层KingPortal平台，严禁任何数据、指令从信息化应用层反向传输至生产监控层PLC设备，同时与SCADA系统专属链路完全隔离，从传输机制上彻底规避两条链路相互干扰、外部网络攻击通过信息化层侵入生产系统、非法控制生产设备的风险，筑牢生产数据安全防线。

针对各水厂不同品牌PLC设备的通讯协议差异问题，单向传输链路集成轻量化多协议解析模块，在数据传输前完成对IODisc、IOShort、IOLong、 IOWord、IOFloat等各类PLC数据的一次性只读型解析与格式标准化转换，将不同协议、不同格式的PLC数据统一转译为适配KingPortal平台的标准数据格式，无需经过SCADA系统中转解析，既解决了多品牌PLC设备的数据互通壁垒，又确保与SCADA链路互不干扰，提升数据传输效率，确保推送至信息化应用层的数据准确、实时、统一，为KingPortal平台的信息化应用提供标准化数据支撑。

同时，传输链路对PLC设备的参数设置端口进行全程屏蔽，禁止任何外部设备通过该链路访问、修改PLC设备运行参数，进一步杜绝非法操作生产设备的可能，强化生产系统的安全防护，同时避免对SCADA链路的运行造成任何干扰，确保两条数据链路各自独立、稳定运行。

2.3   信息化应用层：基于KingPortal的PLC数据应用与管理

信息化应用层是系统的信息展示、数据分析与管理决策核心，基于亚控科技KingPortal平台搭建，通过单向传输链路直接接收各下位PLC采集单元的标准化生产数据，承担运行数据可视化展示、报表管理、业务协同、设备运维等信息化应用职能，不具备任何生产控制权限， 与生产监控层实现物理隔离，全面支撑水厂的精细化运营管理。

2.3.1   数据采集与存储功能

依托KingPortal平台的IO SERVER集成能力，搭建专属PLC直传数据接收中枢，核心实现对单向传输链路推送的全量PLC标准数据的集中接收、实时校验与二次存储，数据接收与存储全程独立于SCADA系统链路，不与SCADA系统数据产生交互、不造成干扰。系统通过平台的数据清洗与校验功能， 自动剔除无效数据、异常数据，确保数据的准确性和完整性；搭配平台兼容的高性能时序性数据库KingHistorian，实现生产数据的长期安全存储，数据存储周期可根据企业需求灵活设置， 满足长期管理、数据审计与历史追溯需求；与生产监控层SCADA系统的本地数据存储形成双重数据备份， 且两份数据分别存储于两条独立链路， 大幅提升生产数据的安全性与可靠性，避免单一链路故障导致的数据丢失。

2.3.2   多场景可视化展示功能

依托KingPortal平台的多端可视化开发能力，采用JS语言深度定制，适配调度中心、企业管理层、生产岗位人员等不同层级用户需求， 开发WEB独立界面、PC端WEB展示、手机APP等多种展示形式，基于单向传输链路的PLC直传数据，实现多场景、全方位可视化展示，数据来源独立于SCADA系统，与SCADA监控数据互不干扰，让各类用户直观、快速获取所需生产信息。

图2 KingPortal多厂站对比系统

图3 KingPortal供水分析系统

2.3.3    自动化报表管理功能

依托KingPortal平台的报表组态能力，开发基于PLC直传数据的自动化报表系统，彻底摒弃传统人工手动录入、统计报表的繁琐流程， 实现生产、能耗、药耗、水质、设备运行等各类报表的自动统计、生成与导出，如图4、图5所示。系统在平台中预设多种常用报表模板， 覆盖水厂运营管理全维度，用户可根据需求灵活设置报表的统计周期（日、周、月、季、年）与统计范围（单个水厂、多个水厂、全公司），系统自动从平台数据中枢提取对应PLC直传数据，完成报表的自动生成与标准化排版，支持Excel、PDF等多种格式导出。

图4 KingPortal压力报表系统

图5 KingPortal多厂供水对比报表系统

同时，基于KingPortal平台的数据钻取能力，实现报表数据与PLC原始采集数据的直接关联，用户可通过报表数据快速追溯至原始PLC采集端，便于核实数据准确性、分析数据异常原因；依托平台的共享推送能力，将生成的报表快速推送至各相关部门与人员，为成本核算、绩效考核、监管上报等工作提供精准数据支撑，大幅提升管理效率。

2.3.4   多场景访问与信息共享功能

基于KingPortal平台的多端适配与安全访问能力，支持内网+互联网双重访问场景，基于独立的传输链路数据，实现PLC生产数据的高效共享与跨部门业务协同，打破信息壁垒。

内网应用场景：将KingPortal平台接入公司内部局域网，为集团管理层、生产技术部、运维部、调度中心等各部门配置专属权限与功能模块，各部门可根据职责实时查询对应的PLC生产数据、报表与分析结果，实现调度决策、设备维护、成本核算等工作的协同开展；

互联网应用场景：搭配互联网防火墙、出口安全设备等防护措施，保障远程访问安全，支持企业管理层、外部监管部门及合作单位通过手机APP、 PC端WEB等形式，随时随地查询生产数据，掌握供水系统运行状态，实现生产信息的公开化、透明化。基于KingPortal平台的消息推送能力，手机APP支持异常数据实时推送功能，将PLC采集的设备故障、水质超标等重要报警信息，第一时间推送至相关人员手机端，确保异常情况得到快速处置。同时， KingPortal平台具备良好的功能扩展性，可根据企业后续业务需求，新增应用模块、拓展功能范围，适配长远发展需求。

2.3.5   设备运维管理辅助功能

在KingPortal平台开发设备运维管理辅助模块，依托单向传输链路推送的PLC直传设备运行实时数据，实现对全厂区生产设备的全生命周期智能化管理。系统通过平台的数据分析能力，实时监测PLC采集的设备运行参数，自动记录设备运行时长、故障情况、维护记录等信息，建立完善的设备运维电子档案，便于工作人员全面掌握设备运行状态，制定科学的预防性维护计划；通过平台的预警组态功能，根据PLC数据的变化趋势预判设备故障风险，提前发出维护提醒，减少设备故障发生率，延长设备使用寿命，降低运维成本；基于平台的流程化管理能力，实现运维工单的线上流转，工作人员可通过平台提交运维申请、分配运维任务、反馈运维结果，实现运维工作的规范化、流程化管理，大幅提升运维效率。

3   系统技术亮点

该系统结合现场实际生产工况设计架构，深度融合亚控科技KingSCADA、KingPortal平台核心能力与单向传输技术，针对多站点、数十万点的大点数场景优化采集与接入方式，技术亮点突出，完全适配水厂现场运营需求：

（1）双独立数据链路设计：构建SCADA系统内部通讯链路与PLC至信息化平台单向传输链路，两条链路并行运行、互不干扰， SCADA链路专注生产监控与控制数据流转，信息化链路专注数据应用与展示，从架构上实现两大单元的物理隔离，既保障生产监控的安全性与独立性，又确保信息化应用的高效性，避免链路间相互干扰导致的运行风险；

（2）大点数采集优化方案：针对数十万点的大点数场景，采用KingIOServer前置分布式部署采集方式，多台服务器分担采集压力，保证数据更新频率，解决大点数采集中的数据回写滞后问题；中心超级SCADA采用CS客户端订阅变量接入模式，仅订阅所需核心变量，节省数据缓存池大小，保障系统操作流畅性；

（3）PLC数据单向直传：采用单向传输技术构建信息化专属数据通道，只读型传输模式彻底规避数据回写与网络攻击风险，轻量化多协议解析模块解决多品牌PLC协议壁垒，实现数据安全、高速、标准化传输，且与SCADA链路完全隔离，互不影响；

（4）KingSCADA双层监控模式：打造“各厂本地SCADA独立采集监控+中心超级SCADA统一汇总管理”的双层监控体系，依托SCADA专属链路实现全厂区生产数据的集中监控与协同调度，结合大点数优化方案，既保障各水厂生产操作的独立性，又提升调度效率；

（5）King Portal平台全维度应用：依托KingPortal平台实现PLC数据的存储、展示、报表、协同、运维全维度信息化应用，多端适配、权限定制，满足不同层级用户需求，平台原生扩展性降低系统后续升级与功能拓展成本。

4   系统运营效益分析

系统部署应用后，依托KingS CA DA与KingPortal平台的技术支撑，结合双独立数据链路设计及大点数采集优化方案，有效解决传统供水调度的痛点问题，贴合现场实际生产需求，为水厂运营带来显著的安全、经济、管理与技术效益：

安全效益：KingIOServer分布式采集与CS客户端订阅接入模式大大降低了服务器缓存池阻塞导致的系统崩溃风险；双独立链路设计实现生产与信息层的物理隔离，两条链路互不干扰，彻底杜绝数据回写与网络攻击风险， KingSCADA双层监控模式结合大点数采集优化，大幅提升生产异常处置效率，供水稳定性达95%以上，全方位保障城市供水生产与数据安全；

经济效益： KingS CADA自动化监控与超级SCADA统一调度大幅减少人工投入，多个站点由12人轮岗值班制转为4人定期巡检制，依托KingPortal平台的数据分析能力优化能耗、药耗与设备运维管控，每年节约各类成本达百万元，实现显著的降本增效；

管理效益：基于KingPortal平台与独立链路，实现集团内部PLC生产数据的共享与跨部门协同，以实时PLC直传数据驱动管理决策， 替代传统人工经验决策，规范报表、运维、调度等管理流程，与SCADA系统的生产监控形成互补，结合大点数优化方案，提升管理效率，推动水厂向精细化、智能化运营转型；

技术效益：采集节点分布式部署方案解决了海量数据采集与管理的核心痛点，降低系统运维难度与成本；采用亚控科技成熟的KingSCADA、 KingPortal、KingHistorian、KingIOServer产品搭建系统，产品兼容性强、易操作性与易维护性好，降低工程开发时间成本；PLC数据直传与标准化解析，提升数据利用率与应用价值，两条链路独立运行、大点数优化设计提升系统整体稳定性，为后续集团进行智慧水务建设奠定坚实的数据与技术基础。

作者简介：

高   凡（1980-），男，河北任丘人，现任廊坊市清泉供水有限责任公司技术员，主要研究方向为智慧水厂、工控自动化。

谢晋戈（1972-） ，男，河北廊坊人，本科，高级工程师，现任廊坊市清泉供水有限责任公司部门经理，主要研究方向为智慧水务、计算机及应用。 （本文通讯作者）

朱   江（1986-），女，河北廊坊人，本科，工程师，现任廊坊市清泉供水有限责任公司部门经理，主要研究方向为智慧水厂、建筑工程。

荆文科（1995-），男，河北邯郸人，本科，现就职于北京亚控科技发展有限公司，主要研究方向为工业自动化软件、智慧水务解决方案。

王天烁（1998-），男，河北衡水人，本科，现就职于北京亚控科技发展有限公司，主要研究方向为智慧城市、智慧水务解决方案。

摘自《自动化博览》2026年4月刊