摘要：本文为源江水厂生产信息管理系统总体方案。此方案包括管理系统的总体构思，系统的描述，管理数据库的建立，应用程序的各功能，生产数据的分析和挖掘，系统硬件和软件的配置，应用软件的功能。
关键词：源江水厂；生产信息管理；技术方案
引言
生产管理系统实施的总体目标是：引入当前较先进的硬件和软件系统，以及较先进的系统管理理念，建立起国内同行业中一流的制水生产管理系统。
系统设计的原则是：满足制水生产的实际需要，建立无人值守或少人值守的制水自控系统，具有数据分析和数据挖掘的生产管理系统，统一全面的规划系统方案，体现系统构架的先进性，并为未来发展留有空间。
1系统的构成
生产管理系统主要由如下部分组成：
1数据服务器，企业内部生产网站服务器，数据分析挖掘服务器等；
2生产管理信息填报数据录入客户端；
3生产实时信息和管理信息的查询，以及数据的分析和报表汇总；
4生产数据挖掘的展现；
5管理系统局域网系统。
2生产管理系统描述
1以B/S的结构，建立本生产管理系统；
2通过RSSQL接口程序，建立数据库与各PLC站点数据连接；
3建立生产管理数据库系统，以存放水厂实时运行监测数据和当班管理的填报数据，数据库系统由准实时数据和填报数据二部分组成；
4准实时数据库用于存放制水流程监测和控制工况数据，其数据密度为每5分钟一条记录；
5建立水厂当班管理台账，用于水厂生产的日常管理和生产管理填报；
6建立生产管理系统的WEB Server；
7提供制水流程查询平台，用以查阅当前生产现状，并可追忆和还原过去的生产状况；
8编制生产数据查询和统计的各种网页，使用户能方便，直观，以及迅速的查看各生产运行数据；
9编制各生产填报数据的输入页面，并且与工况数据联系在一起，达到方便，准确和快捷的数据输入；
10建立水厂智能BI数据库，用于数据清洗，数据仓库的建立，数据分析和数据挖掘。
11编制生产运行的分析和挖掘程序，以帮助用户对生产运行的状况作出分析和决策。
12数据库服务器采用双机热备系统，以保证数据服务器系统不存在单点故障而宕机，可以非常有效的保证数据的安全和可靠。
3服务器选型及储存与解决方案
本方案根据源江水厂的设计要求，选用双机集群的高安全性、高性价比、高可用性的数据存储解决方案，采用双机群集服务器结构，由两台互为冗余的高性能服务器和一台磁盘阵列组成。
3.11．数据库服务器─双机集群系统：
HP ProLiant DL580G5服务器，数量2台；
HP MSA1500磁盘存储阵列，数量1台；
光纤存储交换机，数量2台（MSA1500组件）；
3.2相关链路软件，存储管理软件和交换机、HBA卡等备件。
3.3服务器
— 主机配置：
HP ProLiant DL580 G5服务器是HP最新推出的四路处理器机柜式服务器，采用全新的设计，使得其能够提供非常卓越的灵活性和服务特性：
英特尔®至强® 64位四核处理器，2x4MB的高速缓存；
1066MHz双独立前端总线；
667MHz DDR-2内存，支持高达128GB内存；
集成Smart Array P400阵列控制器，有256MB缓存和512MB带有电池保护功能的高速缓存多种配置（BBWC）；
内置支持多达16个SAS或SATA硬盘；
全新的服务器自动修复功能ASR，ROM设置工具（RBSU），HP统一管理平台（SIM），系统健康状态指示灯以及设备识别灯UID。
— 集群连接：
集群连接如图1所示，两台HP ProLiant DL580G5服务器都连接到三个网络上：①LAN以太网；②SAN区域存储网，③两台服务器单独组成的私网。
图1 DL580G5双机集群示意图
① 服务器通过各自的以太网卡-也称为以太网适配卡联接LAN局域网络，用于局域网用户访问；
② 服务器通过HBA卡，和两台光纤存储交换机交叉联接；光纤存储交换机再分别联接存储设备，构成两条独立的链接，也组成了一个存储私网，称为存储区域网络（SAN）；
③ 两台服务器之间还通过各自的另一块以太网卡和一条心跳线建立一个私有的联接，用来监视服务器的运行状态，当主服务器出现故障或停机时，备用服务器通过这条网线检查到主服务器不可用，自动接管业务程序，保障业务的可持续性。
4存储设备
存储设备选用HP StorageWorks MSA1500模块化磁盘存储系统，MSA1500是一种光纤通道存储区域网络（SAN）2U控制器架，可连接HP StorageWorks SCSI和/或SATA磁盘机箱。MSA1500cs最多可连接8个SATA机箱，能够为客户提供高达64TB的本机容量。如果需要企业级SCSI可靠性，则最多可以连接4个SCSI机箱，以获得16.8TB的本机容量。
源江水厂集控中心数据服务平台硬件构架如图2所示。
图2 厂集控中心服务器系统硬件构架
在图2的设计中，1#和2#数据服务器构成集群架构的数据服务中心，承担水厂生产数据存储、处理和服务的核心人物；为了应对水厂管理部门的查询需求，提高网络查询效率，系统专门设立了WEB服务器，承担水厂管理层的决策咨询和统计查询任务。
图3 系统数据库平台
在中控室管理平台上，设立了专职于当班管理的水厂当班管理工作站，采用双机备份的形式，当一台工作站发生故障时，另一台工作站立即承担其全部工作，不影响当班管理的正常进行。
在中控室数据服务平台与水厂办公网之间采用硬件防火墙隔离，以确保生产管理数据服务平台的安全性。
5系统信息服务平台
5.1数据服务平台
本方案选用SQL Server作为系统数据库平台，如图3所示。
SQL Server 2000是国内主流网络数据库平台之一。MS SQL Server具有良好的系统伸缩性，可以适应从便携机计算到企业级应用的各种规模的数据库，提供诸如DTS（数据转换服务）、自配置和自调整等功能，与WindowsNT/2000以及MS Office、BackOffice紧密集成、Microsoft全局数据存取（Universal Data Access）策略实现了对大量信息资源的高性能存取。
5.2WEB服务平台
WEB服务平台采用B/S三层结构，SQL Server存放PLC中采集上来的厂区生产数据，作为WEB服务器的数据支撑，中间层为WEB服务器，处理来自客户端的请求，根据业务逻辑需要从数据库中提取处理数据，前端用户界面通过客户端浏览器来实现。WEB结构图如下。
WEB服务器操作系统：Windows 2003 Server。
WEB应用服务器：IIS6.0。
数据库服务器操作系统：Windows 2003 Advanced Sever（群集）。
数据库产品：Oracle。
开发环境：基于.NET Framework v2.0。
开发工具：Visaul Studio.Net 2003。
开发语言：VC#。
WEB服务器核心部分开发采用了.NET Framework平台。
.NET Framework 是微软的几个开发团队一起努力发展的成果，最主要用来产生一个可以用来快速开发、部署网站服务及应用程序的开发平台。这个架构是两个项目的结果：第一个项目的目的是用来改善Windows 作业平台上的程序开发，特别是改善COM（Component Object Model，组件对象模块。一种微软所制定的软件技术；让对象的功能可以被其它软件所叫用，可以让组件重复使用、容易更新及维护）；第二个项目则是制作一个以发展服务（Service）软件为目标的开发平台。
图4 WEB平台结构图
Net Framework 在设计时具有下列特色：
① 透过因特网的标准做整合；
以XML（eXtensible Markup Language，延伸标注语言）及SOAP（Simple Object AccessProtocol，简单对象存取协议）等标准通讯协议，将各种由不同环境所组成的应用程序及组件整合在一起工作。
② 松散的整合组件：
大多数具延展能力（可扩充功能）的系统，现阶段是以「异步讯息」为架构而建立的。要建立这种多层的架构非常复杂，而且工具很少。.NET Framework 不需要很严谨的定义每个组件的结构即可很轻松的整合，这样可提高程序的延展性。
③ 支持多种程序语言：
.NET Framework 能够把多种编程语言整合起来，从而提高开发人员使用不同程序语言来开发解决方案的协同能力。
④ 完善的数据保全：
要设计一个安全性完善的因特网应用程序，在设计时就必须考虑所有组件的保全设计，而不能仅做一部分而已。.NET Framework 在设计安全模型时时即考虑到这点，将所有的数据与程序代码做完善的安全防护。
⑤ 可用操作系统的服务：
Windows 提供了比其它作业平台更丰富的服务及资源，例如众多的数据存取服务、使用系统所提供的整合安全模式来做身分验证及保全的工作、交互式的使用者接口、成熟的对象模块、交易程序监视以及讯息队列服务。.NET Framework 当然也将这些操作系统所提供出来的功能包装起来，以更简单的方式提供程序设计师使用。
5.3数据结构和数据流定义
本系统全面响应源江水厂生产信息化管理要求，对系统数据结构以及数据流进行针对性的规划和设计。
— 数据结构的设计：
（1）数据库数据存储将按照实时（数据密度为5分钟）数据表集和统计数据表集两类表集分组存储。
（2）实时数据表集由工况参数属性表、实时动态刷新库（UpDate库）、工况数据跟踪记录表、动态分析数据表等组成，全程跟踪和记录大流量用户的工况过程。
（3）统计数据表集由小时数据统计表、日数据统计表、月数据统计表、年数据统计表以及当班管理记录表、管理资料表组成，提供信息查询、报表生成、预测分析功能。
（4）数据库通过各存储过程提供各种数据服务，包括大用户信息的精确查询、模糊查询和组合查询、区域大用户流量统计分析、当班管理报表生成等功能。
— 数据流向：
系统数据流定义如图5所示。
① 把水厂运行各个流程环节的实时数据，以每５分钟一条记录的频率，通过RSSQL连接，送入生产管理系统的准实时数据库系统。
② 水厂的生产运行和水质管理的填报数据，由人工键入，其数据，通过公共数据网MPLS-VPN，送到生产管理系统的填报数据库系统。
图5 实时生产数据流定义
③ 建立生产管理的WEB Server，编制各个数据查询统计，分析的WEB业务逻辑和网页，以及填报数据输入业务逻辑和网页，存放在中间业务层和数据表示层。
④ 建立数据仓库，从生产管理系统数据库抽取出所需数据，并进行数据清洗，然后，存放到数据仓库。
⑤ 根据数据仓库，产生多维数据集，以及对应的各种维度，为数据展现和分析作好准备。在专门的数据分析展现软件系统上，编制数据分析挖掘的用户界面，展示其BI系统。
⑥ 用户使用浏览器，通过局域网，进入生产系统的WEB网站，操作其管理系统的页面，浏览器就自动对生产管理系统的数据库发出请求，访问搜索所需的数据，就可以查询到所有的生产运行和管理的数据。
6管理功能设计和布局
6.1四个管理功能层次
系统分四个功能层次，用户功能框图如图5所示。
第一功能层次：当班管理功能。其数据源包括：当班台账数据表、各类报表库、管理资料库（如预案库、设备资源库等）。其工作平台包括：当班管理台账、报表管理、数据列表和统计图；以及流量状况、成本结算、预案查询等。
第二功能层次：生产查询功能。其数据源包括：系统每5分钟通过RSSQL写入实时数据库的一期、二期、三期和源江水厂各生产环节实时工况数据（流量、压力、水质、电耗、矾耗、氯耗等），同时提供水平衡、药平衡、电平衡等水厂三大平衡在线分析功能、水厂工况追忆和还原功能。
第三功能层次：统计分析功能。其数据源包括：统计数据库包含的小时、日、月等统计表；以及与成本分析相关的资料表、供水流量计划表、设备管理表等。其工作平台包括：统计表管理；成本水量比较分析；设备管理分析等。
图5 水厂生产管理平台功能布局
第四功能层次：水厂资源及基础数据管理。其数据源包括：水厂公共信息表、设备维修记录表、设备账册表、兆帕水量样板曲线表、供水调度预案表、操作员表、操作记录表、交接班登录表等。其工作平台包括：基本资料查询浏览、基础管理数据更新编辑等。
水厂生产工况追忆功能是指：当操作员输入指定日期范围或者时间区段，系统将还原该指定时段内水厂公水流量、压力、水质、水厂三大平衡的变化走势，并显示当天的气候、气温、风力等特征参数。
6.2生产参数管理
为保证系统运行正常可靠，数据准确存放，对每一个数据类型（参数）属性设置的正确与否，起着决定性的作用。由于每个数据参数有许多属性，故必须有一个功能强大的管理器，来统一设置和管理这些参数。以保证每个参数设置的合理性和合法性。
功能框架如图6所示：
图6 水厂生产参数管理功能框图
6.3生产管理填报数据输入
在水厂生产过程部分数据不能在线检测产生，但生产运行和水质的管理必须的，对此，系统提供数据填报功能。
填报数据输入模块集中在当班管理台账上，按照管理规范和数据指标、范围，由当班操作员进行数据录入用。
填报数据具有如下功能：
①分3大输入模块：
生产运行管理数据输入模块；
水质数据的输入模块；
生产计划下达模块；
② 在用户数据输入界面上，其数据的输入量，会随数据参数量的多少而自动变化。
③ 在输入各类填报的小时数据时，先连到准实时数据库，进行查找，如果这个数据有准实时数据，则把该准实时数据取到本输入模块，自动填好，供数据操作人员确认。如有必要，操作人员可以对自动填好的数据作修改。对修改过的数据，该输入模块自动纪录下来，供数据管理员分析辨认用。
④ 在用户输入各类数据时，如果键入数据错误，超过数据属性规定的范围，则该模块自动提醒操作员进行数据修改。
⑤ 用户可以选择日期，输入与该日期对应的数据。
⑥ 具有数据传送功能，把该模块已输入的数据，通过传送程序，送到水厂生产管理系统的填报数据库指定的数据表。
6.4生产数据管理器
该数据管理器，由系统管理员操作。具有功能：
① 能读取和显示输入到数据库的生产管理填报数据；
② 能读取和显示输入到数据库的水质检测数据；
③ 能修改送入数据库的生产填报数据；
④ 能修改输入到数据库的水质检测数据；
⑤ 能增添以上生产填报数据；
⑥ 能增添以上水质检测数据。
6.5生产状况查询和追忆
水厂生产状况查询统计系统，以B/S的结构，采用三层数据结构的方式。
所有的生产状况数据，以及运算汇总后的数据，存放在SQL Server数据库中；在中间层，存放各种业务逻缉组件；在最外层，把各组件产生的数据集综合展示出来。
（I）水厂主要准实时数据汇总显示（附制水工艺流程图）；
（II）沉淀池准实时数据显示（附沉淀池工艺流程图）；
（III）加药准实时数据显示（附加药工艺流程图）；
图7 水厂生产状况查询功能框图
（I）砂滤池准实时数据显示（附砂滤池工艺流程图）；
（II）清水库吸水井准实时数据显示（附清水库吸水井工艺流程图）；
（III）二级泵房准实时数据显示（附二级泵房工艺流程图）；
（IV）35KV高配运行数据显示（附5KV高配系统图）
（V）污泥脱水准实时数据显示（附污泥脱水工艺流程图）；
（VI）出厂压力流量参数汇总显示；
（VII）水质各参数汇总显示；
（VIII）二泵房各机泵运行状态汇总；
（IX）出厂水压力合格率统计（按日，月，年）；
（X）生产运行准实时数据条件组合查询：
运行分钟数据条件组合查询；
运行小时数据条件组合查询；
运行日数据条件组合查询；
运行月度数据条件组合查询；
运行年度数据条件组合查询。
（XI）水质准实时数据条件组合查询
水质分钟数据条件组合查询；
水质小时数据条件组合查询；
水质日数据条件组合查询；
水质月度数据条件组合查询；
水质年度数据条件组合查询。
（XII）各类报警和事件查询。
6.6实时数据曲线汇总
（I）出厂水流量和累计量汇总曲线；
（II）压力数据汇总曲线；
（III）水质数据汇总曲线；
（IV）污泥脱水汇总曲线；
（V）运行准实时数据曲线模块。
运行准实时数据动态分钟数据曲线显示（数据自动刷新）
运行分钟数据曲线显示；
运行小时数据曲线显示；
运行日数据曲线显示；
运行月数据曲线显示；
运行年度数据曲线显示。
（VI）水质准实时数据曲线模块。
水质准实时数据动态分钟数据曲线显示（数据自动刷新）
水质分钟数据曲线显示；
水质小时数据曲线显示；
水质日数据曲线显示；
水质月数据曲线显示；
水质年度数据曲线显示。
图8 水厂出水流量查询
6.77．事件报警数据的查询
对于每个生产运行参数（如出厂水压力，余氯，浊度等），其数值都有一定的正常范围，如果超出其设定的正常范围，则认定该参数越限。在制水流程中的每个PLC站点，当采集到的监测数据，如果越限或突变超范围，则会自动发出报警信息。收发服务器接收到这些数据后，将其存放在一个专门的报警事件数据表，以备今后查询用。事件报警查询具有功能：
（I）监测数据的超上下限查询；
（II）监测数据的突变报警查询；
（III）水厂各机泵的开/停状态；
（IV）以上所有事件的汇总查询；
（V）任意指定日期的事件查询。
图9 事件和报警的查询界面
参考文献：
[1]袁文波，张峰亮，罗招贵等.水厂计算机监控系统国产化[J].工业控制计算机，2012，25（11）：47-48.
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[4]徐淑异，网络技术在企业档案管理中的应用[J]，浙江档案，2011（9）
论文作者:朱健
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：数据论文; 水厂论文; 实时论文; 水质论文; 服务器论文; 系统论文; 功能论文; 《基层建设》2018年第13期论文;