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1、化学世界2( X巧年基于Gls的管控一体化在供排水企业信息化建设中的应用钱刚,段超,(1.上海工业自动化仪表研究所;2.上海临港供排水发展有限公司,上海2X ( )2 3)关键词:现场总线;管控一体化;信息平台;供排水一体化;G IS由于信息技术的飞速发展,网络化、信息化概念向自动化领域的渗透,使得 自动化系统的体系结构面临一场深刻的变革,这种变革也必将对水工业自动化产生重大影响。这种变革将不单单局限于生产过程的自 动化控制与监视,更将发展为建立全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台,把企业的横向通信(同一层 不同节 点 的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起,通过对经营决
2、策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理,形成一个意义更广泛的综合管理系统。1什么是管控一体化在市场经济与信息时代的飞速发展中,企业内部之间以及与外部交换信息的需求不断扩大,现代工业企业对生产的管理要求不断提高,这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制,同时还要求把现场控制信息和管理信息结合起来。管控一体化就是建立全集成的、开放 的、全厂综合自动化的信息平台。管控一体化系统是运用系统集成的思想和方法,采用当今先进的计算机技术、网络技术、数据库技术、自动控制技术和现场总线等诸多技术,采用现代化企业生产管理模式,建成覆盖企业生产管理与基础自动化建设的综合系
3、统。企业 的管控一体化建设将企业生产管理全过程中有关信息流、价值流与物流有机的集成并优化,实现了企业生产经营过程的整体优 化,是对过程控制系统、制造 执行 系统(M ES)、经营管理系统等系统的有效集成。随着管理技术、计算机及网络技术 的发展,管控一体化强调企业充分利用互联网技术和信息集成技术把业务办公自动化、生产管理、过程自动化等功能全面集成,实现信息资源共享,使得各个经营过程之间的信息畅通无阻、工作流程顺畅,以适应当代经济发展的充分柔性需要。现场总线技术和工业以太网技术为管控一体化铺平了道路:企业信息网络是管控信息集成的基本条件,没有信息网络就不可能实现企业横向和纵向信息的沟通和汇集,建网
4、的目标在于实现全企业范围内的信息资源共享,以及与外部世界的信息沟通。水工业企业网络可分为3层:企业管理层,过程监控层和现场控制层。管控一体化解决方案中的现场控制层由现场总线设备和控制网段构成,它是企业生产运行基础信息的来源层。企业信息网络是管控一体化的基础,现场总线和工控网则为构建管控一体化网络铺平了道路;过程监控层由局域网段以及连接在局域网段的担任监控任务的工作站或控制器组成;监控站完成对控制系统的组态,执行对控制系统的监控、报警、维护及人机交互等功能:企业管理层由各种服务器和客户机等组成,用于集成企业的各种信息,实现与玩e tm e t的连接,完成管理、决策和商务应用的各种功能。管控一体化
5、的支持环境与系统集成:基于系统之间横向数据交换及控制系统与管理层和现场仪表间纵向数据交换日益增 加,现场总线的应用越来越广泛,制造厂商的产品也日益开放。由于多种总线并存已成定局,管控系统建立统一的数据管理、统一的通信、统一的组态和编程软件的一体化解决方案受到了各厂家的重视。同时,采用分布式网络系统,采用口s或B/s结构,可以在实现企业各层次功能模型的同时,实现网络连接在结构上的简化,从而形成以实时和关系数据库为中心的数据集成环境,为实现数据资源共享的目标奠定了基础。在多总线并存的局面下,系统集成成 为实现管控一体化信息系统的中心任务。系统集成是要按照一定的方法和策略将相同或不相同厂商的现场总线
6、产品相互连接,并使上层应用与下层现场设备之间完成双向数据沟通,使之成为一个可以满足用户需求的整体。因此,系统集成既包括硬件产品的集成,也包括软件产品的集成。对硬件集成来说,需要借增刊助网桥、网关沟通总线接口。一般同种总线的网段采用中继器实现网段的延伸,采用网桥实现不同速率网段之间的连接;不同类型的总线网段之间以及现场总线与以太网等异构网络之间采用网关实现互连,如公司与生产厂或其他部门距离较远时,采用公共数据网或电话网来实现局域网的连接,这在水工业的城市污水处理和截流系统、自来水厂站之间及供水管网调度系统等方面也是经常会遇到的问题。因此可以预计,今后这类通信接口产品的应用将会越来越广泛。从软件集
7、成来说,通过oPc、ODBc等技术使得不同系统之间的准确、高速、大t的数据交换得以实现,能将实时控制、可视化操作、信息分析、系统诊断等功能集成到一个紧凑的软件包中,具有很大的硬件灵活性,并且可以提供与多种管理软件的连通性,从而可较为经济地解决管控系统之间的连接。2水务企业的发展趋势习习:自来水生产产 ( ( (自来水厂) ) )供排水一体化经营实质是借助供水企业积累的产业优势扶持刚刚起步的污水处理事业。以供水企业多年形成的产业优势和资金积累为基础带动污水处理设施建设,缓解当前污水处理资金筹措困难的矛盾,有利于加速污水处理事业的发展,增强供排水企业的规模和实力,发达 国家的大型水务公司都是把自来
8、水与污水排放处理作为一个产业一起经营管理。供排水一体化可谓一举四得:一是突破污水处理设施建设融资难的瓶颈。实现供排水一体化后,可能将“供水”作为水产业发展的经济增长点,以“供水”带动“排水”,解决筹资问题。城市污水处理设施由企业筹建,较好地解决了政府筹建法人主体缺位、贷款难、政企不分的问题,提高了建设效率。二是企业规模迅速扩大,经营能力和抗风险能力的提高,运行水平更加规范,企 业社会责任感提高c三是减轻了政府负担。供排水实现一体化后,污水处理厂、排水管网等设施建设及运营维护都由企业承担,逐步实现污水处理的市场化运作。形成以供水公司为投资主体、污水处理公司为营运主体的格局。四是优化了资源配里,提
9、高了运行效率。供排水一体化经营,将供排水业务相 同的财务、管线安装、设备维修管理等部门合并,节省了成本,提高了竞争力。3甚于GS I的管控一体化在供排水一体化企业中的应用为了满足城市快速发展的需要,提高企业的供排水能力和服务质量。对于供排水一体化的企业来说,不仅在自来水厂、污水处理厂需要采用新的技术和工艺,实现全厂自动化监控;还需对自身所管辖的供排水管网及管网上相关的其他设施如泵站,检测井等进行监管。这些先进的信息、计算机、通讯和自动控制等先进技术的应用,可以为企业的现代化运营解决很多实际问题。对于管网相关设备的监控采用地理信息系统是十分好的 选择。地理信息系统(Ge()graphieIn j
10、o r助a t io nSy s tm e,简称G IS )是一种以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布有关数据的空间信息系统。在现代信息社会里,GS I作为一种集地理空间特征和各种统计信息为一体的特殊信息系统,是信息高速公路上的节点和基础设施,受到全社会的广泛关注,成为目前国内外地学领域热门的研究课题。作为城市基础设施的自来水、污水排放管道和沿线泵站和检测井,由于这些设施同时具 有与几何和空间位!相关的特性,建立基于GS I的信息系统能够提高对这些设施的管理水平,同时能够极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率,从而产生巨大的经济效益和社会效益。
11、要达到供排水企业的最优化运营,就需要系统分析企业 的运营模型,找到每个环节的相关性,获取综合的有效信息,综合历史信息后优化企业的运营,提供辅助决策。以整个营运过程为主线,以企业的管理现代化为辅线,把信息技术在企业集成应用.实现最大效益。本文从上海临港供排水发展有限公司的实际案例着手,分析企业的信息模型,介绍c IS平台的供排水企业管控一体化信息应用方案。上海临港供排水发展有限公司是上海首个实现供排水一体化运营的企业,主要服务于上海临港新城地区的开发和建设,承担临港新城的给排水管网和污水处理厂建设、运营等业务。目前,公司承担污水处理、排水规模1 0万m,;预计近期最高日供水规模12万m,。化学世
12、界2 X拓年运营模型供排水企业的运营主要围绕水从水源、制水厂经过输配网最终到用户的生产/消费链而进行的。生产调度通过实时采集水源和水厂的变电设备、电器开关、加压泵等设备运行参数和流量、出水口压力、余抓等控制参数,以及输配网上压力监测点和水库水位监测点的控制参数,动态自动控制水源、水厂设备的启停和运行,使整个轴配网上的水压保持最佳的分布和平稳状态,从而为用户提供高质量的供水服务,减少输配过程 中水的损失,最大限度延长管网的使用寿命,最终提高水厂的运营效益。管网管理主要实现输配水和污水收集输送管网信息管理,管网的新建、维护和改造以及供排水用户的管理。它必须能够保证管网信息的准确、全面和现势,满足管
13、网规划、设计、施工和维护的要求。营业收费完成用户用水量的验抄、统计,根据水用户性质和收费项目的规定进行计费收费。公司将综合生产调度、管网管理、营业收费的各种信息,结合公司的营业策略,对整个企业的运营进行科学合理的决策和宏观管理。信息模型系统运营的信息包括变化的动态信息和相对稳定的静态信息。动态信息主要是通过动态监测系统获取的实时变化的信息,主要包括水厂(水源地)配电设备、工艺设备的运行状态信息,比如变压器的电压 电流、配电开关的闭合状态、加压泵的电压电流功率等;水厂出水口压力、流量和余抓等工艺参数信息;管网压力监测点的压力信息和水库的水位信息。这些信息一方面通过自动控制系统反馈,控制水厂设备的
14、正常运行,另一方面送到公司进行综合分析。还有一类动态信息就是水厂累计流量信息、水厂设备和管网维护信息、漏水调查信息以及用户用水量信息、这些信息经过综合分析,为供排水管网的平稳运行、故障排除、查漏维护提供决策支持信息。静态信息包括企业变化缓慢的一些业务信息、地理信息和企业运营的历史信息。这些信息和动态信息相互结合,提供更好的决策支持信息。更好的决策支持信息返回来对水的生产消费环节产生作用,使其成为良性的循环链,达到最大运营效益的要求。体系结构无论是动态信息还是静态信息,它们都和其实体所在的地理位置密切相关。因此构建以G IS为平台的信息综合、分析和决策的供排水企业管控一体化信息系统是一种最佳选择
15、。G IS是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,早分析和处理地理数据的通用技术,G IS所特有的空间分析功能和可视化表达方式正符合供排水管网信息所具有的区域性强、隐蔽、复杂、动态、数据量大等特点。同时G IS也是把供排水企业的各种信息有效聚合的粘合剂,所有的信息通过和地理位置相关,就可以达到有机结合的 目标。通过将各种信息在G IS平台上的集成,从而为企业提供更深层次的信息化应用。信息平台的数据输人/转换中间件可以把企业各种底层设备获取的信息采集 到系统的数据库中。对于不同的底层设备,只要开发相对应的数据输人中间件,就可以很容易接人到系统中去。而基于该信息平台,用户可以
16、进行各种需要的企业信息化应用。而这些信息的获取、存贮、组织都完全由该信息平台来实现,从而使系统具有很好的可扩展性和开放性。同时,系统把企业的各种信息集成在一起,实现信息的集成应用。系统组成.系统的硬件组成:系统主要基于企业信息网络和工业控制网络,并包含动态监测的远程无线通信网络。这些网络的搭建为实现管控一体化提供了必要的也是十分关键的硬件条件。.软件系统的数据层次结构:1! .1 1.f!l l。 . 。.:。.,. 。.- . E IP荃础层数据E E E IP应用层数据据据管管 设备设施动态数据1 1 1 1 1网网l l l收费数掂. 数数 项目数据 据据! ! !角户数 撼旧”! ! ! ! ! ! ! ! ! !用户自定义地理数据 地理特征基础数据c sA DA设备运行数据以G S I为基础的信息平 台,其中包括了以下功能模块:管网数据,污水泵站增压泵站生产信息的监视,项目信息的查询,用户信息查询。下面分别介绍它们的功能和实现:) l管网数据管网是供排水企业生产运行中最
