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伦敦供水系统的数据采集与监视控制系统(SCADA) 的更新

   使用条款


英国伦敦以更新的数据采集与监视控制系统(SCADA)来帮助管理5百万居民的供水系统。

- Neil Parker

英国的泰晤士水务公司对于5百万伦敦居民的供水管理是建立在对150个水厂的控制基础上。这些水处理厂中绝大多数并没有专职人员在现场管理。这是因为这些水厂的运行状态是通过伦敦供水系统的SCADA系统进行远程控制及监测的。

原有的控制系统是上世纪八十年代末建立的,与其同时兴建的还包括伦敦供水控制中心(LWCC),用以管理泰晤士水务公司供水网(TWRM)的运行。整个系统包括使用水泵将处理过的净水通过14条管道传送回到60个蓄水池。伦敦供水控制中心(LWCC)同时管理着在Hammersmith和Merton两地的区域控制中心(ACCs),并同时监控另外12个分中心。这12个分中心总共控制着200多个泵站,水井及无人控制的水处理厂。除此之外它还监测5大地表水厂(WTWs)的出水指标。这些水厂是欧洲最大的水厂中的几个,其日供水能力为6亿7千5百万加仑(美制)。

系统升级换代的需求

为了提高现存的SCADA系统内部及与其它操作及管理资讯系统间的数据共享能力,建立一个新的控制系统显得日异迫切。新的系统将以泰晤士水务公司现有的微软应用软件技术为基础,建立一个具有开放系统建构模式的管理系统。再则,新的系统将具有现存系统无法提供的功能,例如长期运行数据库,自动产生报告文件,以及应急方案查询系统。

这些对新功能的需求再加上现行系统已存在的运行问题,例如软件及硬件均需要备份、计算机工作站的限制及硬件的不稳定性导致系统停机时间的增加,使得升级的需求变得十分迫切。此外,现存系统的数据库已接近它的权限,所以在对控制新的供水地区上能力变得有限,最后,旧的系统并无法应付二千年制(Y2K)。

更新替换

寻找替换系统的指导思想是提高系统的灵活性,规模扩展性和功能性,并且不影响系统的运行效率。这其中包括合理安排系统的硬件及减少图形数量和系统的报警量。为了达到这一目标,系统的实时数据库必须建立在对象导向技术的概念上。这一观点的具体做法是把原先几个个别单列的元件和 组件 (例如水泵)归纳成在数据库中的一个单一主体。新系统同时还要能支持开放数据库的连通性(ODBC)。为了和泰晤士水务公司原有的资讯系统接轨,新系统选择Windows NT作为操作系统。这个系统通过装置新的32位元客户/服务器构造以作为分布系统,并且装设完全的备用。新的SCADA系统除了支持TCP/IP协议标准之外,并提供可联系水厂现有三种不同的控制设备与通讯网络系统的界面。

1997年10月,在完成了用户要求规范及设计布局的文本之后,泰晤士水务公司通过欧洲的杂志公布了本项工程的预定资格标准。共有13个公司投标。经过初选后,裁掉不符合全部要求的公司后,剩下6个公司符合要求。1998年1月开始,对剩下的6个公司正式招标。本工程的合同乃根据泰晤士水务公司一期改建工程绿皮书的修正案,并且详列中标者所需执行的详细设计及施行项目。

这次的升级工程所强调的是不仅是要用适当的价格得到适当的系统,而且要把合同授予对项目的承接展示深度承诺及能够象合作伙伴一样的承包商。经过评估和考核后,合同在1998年5月授予了Aston Dane plc 公司。

Aston Dane很快就发现市场上并没有理想的产品可以完全满足新系统的规格要求。尽管如此,作为独立的系统改造者,Aston Dane处理问题的独特方式使得他们能够考虑一系列可能的解决方法,并最终选择了Verano的(以前是HP的一部分)RTAP NT。

伦敦水供给系统控制及数据获取系统在当时是世界上第一个RTAP在NT上的应用。因此,Aston Dane意识到将会有大量的开发工作用来转化Unix到NT和支援新的人机界面(MMI)所将提供的功能。

在计划的初始阶段Aston Dane和泰晤士水务公司招开一系列的会议并邀请将使用新系统的相关人员来定义整个系统的设计及建筑。此后计划进入详细设计阶段,并在1998年11月完成了代表整个系统标准的主功能设计规范(MFDS)。

为了有利于工程的整合与施行,整个合同细分成以下数个项目: 5个水处理厂,(Kempton, Walton, Ashford Common, Hampton and Coppermills),供水控制中心及其下属控制中心,泰晤士河谷原水汲取,泰晤士水务公司供水网(TWRM)和伦敦供水控制中心(整个操作系统的神经中枢)。每个项目都具有其特定的功能设计规范(FDS)。

挑战

更换现有系统带来了许多技术上的挑战。其中最基本的要求是在从旧系统转换到新系统的变换过程中保证水处理及给水系统网络的正常运行。由于现有系统具有30万个数据点,因此将现有的文件数据(flat file data) 对映到新资料结构中的“主体”是一个相当艰巨的工程。

为了满足项目最初十分紧迫的时间限制和由于这么一个庞大和复杂系统所带来的技术要求,Verano不得不加快PTAP NT的路径图的发展。与此同时,Aston Dane集中它的精力作详细设计,包括数据映射,数据库设计,历史结构,用于汇报及应急方案资讯的网络浏览器设计,报警和安全代码,以及可视人机界面构造。

尽管Verano在1998年圣诞节前推出的RTAP NT 版本已具有可视人机界面,而且提供完整的支援,项目小组在1999年1月仍作出了整个项目不可能在千喜年之际按时完成的决定。因此,项目小组决定在现有的系统中加入足以适应Y2K的措施。

安装改造

现场程序安装是采取一个一个工作站逐一完成的方式来把旧系统逐渐更新成新系统。新系统与旧系统以平行运行的方式来防止对伦敦供水系统日常管理造成任何潜在的冲击。

对Kempton水厂的改造始于1999年春天末期,完成于同年11月底。尽管仪器与系统在运到安装现场前已在组装厂进行了严格的测试,新系统运行及稳定性的问题在安装后便开始浮现。主要问题是新的可视人机界面与系统的备用软件会造成工作站锁住及运行减慢。解决的方式是大幅改写系统软件,并且确定及消除所有程序上的错误。整个过程用了超过一年的时间来完成。这是因为在现场遇到的问题很难在组装厂的测试环境下模拟出来。

对原水汲取系统的改造最后终于在去年春季开始,然后是去年夏天Walton 水厂的系统改造。尽管需要克服一些额外的软件界面问题(与上述的问题没有关系),然而,整个项目还是取得了一定的进展。这三个系统现在已全面使用Verano的RTAP NT系统,而旧的系统已经停止使用。新系统的许多优点已经经证实,而操作人员对新系统的信心也在逐渐增加。

最大的水处理厂(Ashford Common水处理厂)的系统改造也已完成。在Hampton水处理厂的系统改造进展也很顺利。供水控制中心,泰晤士水务公司供水网,以及伦敦供水控制中心的安装改造也在同时进行。一旦Hampton的改造完成后,在初秋季节将进行Coppermills水处理厂的改造。由于系统的规模和复杂性,以及需要在控制环境下来进行验收测试,整个系统预计在2003年6月完成。在改造的过程中,项目团队必须修改及增加系统以纳入新的工程项目和遵守新的饮用水管理条例, 例如对于隐孢子虫(Cryptosporidium)及管线溶铅量(plumbosolvency)的管制。

尽管整个项目拖了很长时间,这一新系统及其技术的发展还是处在整个SCADA工业的前沿。由于近年来网页技术的急速发展使得本项目小组能够开发一个一流的应急方案资讯系统。此一系统现已被广泛应用于其它商业中。




Neil Parker先生,理工科学士,是英国泰晤士水务公司在Hampton地区的高级项目经理。

来源: WWD-China.com   August 2005   卷数: 1 期数: 1
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