★ 廊坊市清泉供水有限責任公司 高凡，謝晉戈，朱江

★ 北京亞控科技發展有限公司 荊文科，王天爍

關鍵詞：城市供水；二級調度系統；KingSCADA 系統；KingPortal 平臺

1   引言

城市供水是城市基礎設施核心， 直接關系居民生活與工業生產。隨著廊坊市城市發展，傳統供水調度依賴人工經驗，各水廠、水源地自控系統獨立，存在數據采集滯后、決策不科學、安全防護薄弱等問題，增加運營成本且存在供水安全風險。此外，本項目涉及多個分站點，生產數據總點數達到數十萬點，傳統集中式數據采集模式易出現服務器壓力過大、數據更新滯后等問題，中心監控系統接入全量數據也會導致操作卡頓。為此，廊坊清泉供水有限責任公司結合現場實際生產工況自主研發二級調度系統，以亞控科技KingSCADA軟件搭建生產監控核心、以亞控科技KingPortal平臺打造信息化應用中樞，采用“各廠SCADA采集PLC數據+超級SCADA統一監控”“PLC數據單向直傳信息化平臺”雙鏈路設計，兩條鏈路獨立運行、互不干擾，同時針對大點數場景優化SCADA層數據采集與接入方式，整合先進傳輸與監控技術，實現供水生產全流程智能化監控與高效管理，本文重點介紹系統核心架構與功能，簡要說明技術亮點與運營效益。

2   系統核心架構及功能設計

廊坊清泉二級調度系統以“ 貼合現場 、 安全直傳、高效協同、數據共享”為核心設計原則，結合現場實際生產流程構建生產監控層與信息化應用層兩大核心單元，同步搭建兩條獨立數據傳輸鏈路——SCADA系統內部通訊鏈路、PLC至信息化平臺單向傳輸鏈路，兩條鏈路互不干擾、并行運行，既保障生產監控的獨立性與安全性，又實現信息化應用的高效性與精準性。針對本項目多站點、數十萬點的大點數規模，生產監控層針對性采用分布式采集與訂閱式接入優化方案，全面適配水廠現場實際運營需求。

2.1   生產監控層：基于KingSCADA的數據采集與統一監控

生產監控層是整個調度系統的生產運行核心，全線依托亞控科技KingSCADA軟件搭建，由各水廠本地SCADA子系統、下位PLC采集單元和中心超級SCADA系統三部分組成， 承擔供水生產全流程的實時監控、設備控制、異常報警等核心職能， 是保障供水生產穩定運行的基礎， 其數據鏈路獨立于信息化應用層， 不與信息化平臺產生數據交互。針對本項目數十萬點的大點數采集需求， 本地SCADA子系統采用KingIOServer前置分布式部署采集方式，中心超級SCADA系統采用CS客戶端訂閱變量接入模式， 有效解決大點數場景下的采集壓力與操作流暢性問題。

2.1.1   PLC采集單元

下位PLC采集單元為生產數據感知終端，部署于各水廠制水、供水、水源管控等各生產環節， 包含歐姆龍、西門子、和利時等多品牌PLC設備，核心負責采集各生產環節的實時運行數據， 涵蓋生產設備運行參數、水質數據（濁度、余氯等）、能耗數據、水量數據、壓力/液位數據等全量生產信息，全項目數據總點數達數十萬點，分布于多個分站點。本單元同時對接兩條獨立鏈路： 一方面與本地SCADA子系統直連，接收本地SCADA子系統的控制指令， 實現對現場泵、閥、加藥設備等生產設施的本地自動化控制； 另一方面預留單向傳輸接口， 將采集的全量生產數據推送至單向傳輸模塊， 為信息化應用層提供原始數據支撐， 兩條鏈路獨立傳輸、互不干擾，且不接收任何來自信息化應用層的反向數據與指令， 從硬件層面保障生產系統的安全隔離。

2.1.2   各水廠本地SCADA子系統

各水廠本地SC ADA子系統基于亞控科技KingSCADA軟件搭建，部署于地表水廠、二水廠、新源水廠、固安水源地、市區水源井群等各個生產站點，與本站點下位PLC采集單元直連，依托專屬通訊鏈路構建獨立數據傳輸通道，核心承擔本地PLC數據接收、存儲、監控與本地控制職能， 其數據傳輸僅在SCADA系統內部流轉，不接入信息化平臺鏈路。針對本站點海量數據采集需求，本地SCADA子系統采用KingIOServer前置分布式部署采集方式，將采集軟件KingIOServer分布式部署在多臺服務器上，按區域或設備類型分配采集任務， 每臺服務器負責采集特定范圍的PLC數據，有效分擔了單臺采集服務器的壓力。

系統依托KingSCADA軟件的高速數據采集與時序存儲能力，結合KingIOServer分布式采集的高效性，實現對數十萬點PLC數據的毫秒級接收與本地存儲，確保生產數據的可追溯性， 同時有效保證了數據更新頻率，徹底解決了SCADA系統在面對大點數數據采集場景時易出現的數據回寫滯后問題；通過軟件的可視化組態功能，搭建本地制水流程、設備運行、水質監測等專屬監控界面，實現對本站點生產全流程的實時監視；同時利用KingSCADA的報警組態與本地控制功能，針對設備故障、水質超標、水量/壓力波動等異常情況及時發出聲光報警信號， 并支持現場工作人員通過系統實現對本地PLC設備的手動/自動控制，快速處置生產異常，保障本站點生產環節的獨立、穩定運行。

各本地SCADA子系統均通過SCADA專屬通訊鏈路，與中心超級SCADA系統建立連接，將采集的本站點全量生產數據實時、準確推送至超級SCADA系統， 為全廠區統一監控提供數據支撐， 該鏈路獨立運行，不與PLC至信息化平臺的傳輸鏈路產生交集，確保生產監控數據傳輸的安全性與獨立性， 同時保留本地全部操作與控制功能，確保本地生產運行不受其他鏈路干擾。

2.1.3   中心超級SCADA系統

中心超級SCADA系統基于亞控科技KingSCADA軟件集成開發，部署于公司調度中心，是生產監控層的核心集成與統一管理單元，通過電信專網構建SCADA系統專屬獨立生產局域網，與各水廠本地SCADA子系統實現全量數據互通，形成獨立的SCADA數據傳輸鏈路，與信息化應用層的傳輸鏈路完全隔離、互不干擾。

系統作為集成了所有水廠、水源地下位PLC數據的統一監控大客戶端，通過CS客戶端訂閱變量模式，僅從各分站SCADA系統中訂閱當前調度管理所需的部分核心變量，無需接入全部數十萬點數據，這種接入方式大大節省了系統數據緩存池的大小， 有效避免了全量數據接入導致的緩存溢出、操作卡頓等問題，讓超級SCADA系統在面對大點數工程管理時操作更為流暢。調度人員通過該單一客戶端，無需切換多個系統， 即可全面掌握各水廠、水源地的生產運行狀態，包括所需的PLC設備運行參數、水質指標、能耗情況、水量/壓力數據等，實現對全廠區生產環節的遠程實時監視。中心超級SCADA系統如圖1所示。

圖1  中心超級SCADA系統

同時，系統依托KingSCADA軟件的數據分析與組態功能，搭建全廠區生產運行總覽界面， 實現對各生產站點關鍵訂閱變量的匯總、對比與趨勢分析， 為跨站點調度決策提供精準、全面的數據支撐；保留各本地SCADA子系統的操作權限獨立性，僅實現全局監控與輔助調度，不干涉各水廠本地的獨立控制操作，形成“各廠獨立控制、中心統一監控、全局協同調度”的生產管理模式，結合分布式采集與訂閱式接入的優化， 大幅提升生產調度效率， 其數據流轉全程在SCADA獨立鏈路內完成，不影響信息化平臺的正常運行。

2.2   單向傳輸鏈路： PLC至信息化平臺的獨立安全通道

徹底解決目前依賴于網絡安全設備的產網分離架構問題。電氣自動化單向傳輸鏈路是連接生產監控層下位PLC采集單元與信息化應用層KingPortal平臺的專屬獨立數據傳輸通道，與SCADA系統內部通訊鏈路并行運行、互不干擾，是保障生產系統與信息化系統物理隔離、數據安全傳輸的核心屏障，實現PLC數據從生產端到信息化應用端的直連、單向、高速傳輸，貼合現場實際數據傳輸需求， 且不介入任何SCADA系統內部的數據流轉。

本鏈路采用通訊總線制單向傳輸技術構建，依托物聯網與通信技術搭建只讀型傳輸通道，所有下位PLC采集單元的生產數據均通過該通道單向推送至信息化應用層KingPortal平臺，嚴禁任何數據、指令從信息化應用層反向傳輸至生產監控層PLC設備，同時與SCADA系統專屬鏈路完全隔離，從傳輸機制上徹底規避兩條鏈路相互干擾、外部網絡攻擊通過信息化層侵入生產系統、非法控制生產設備的風險，筑牢生產數據安全防線。

針對各水廠不同品牌PLC設備的通訊協議差異問題，單向傳輸鏈路集成輕量化多協議解析模塊，在數據傳輸前完成對IODisc、IOShort、IOLong、 IOWord、IOFloat等各類PLC數據的一次性只讀型解析與格式標準化轉換，將不同協議、不同格式的PLC數據統一轉譯為適配KingPortal平臺的標準數據格式，無需經過SCADA系統中轉解析，既解決了多品牌PLC設備的數據互通壁壘，又確保與SCADA鏈路互不干擾，提升數據傳輸效率，確保推送至信息化應用層的數據準確、實時、統一，為KingPortal平臺的信息化應用提供標準化數據支撐。

同時，傳輸鏈路對PLC設備的參數設置端口進行全程屏蔽，禁止任何外部設備通過該鏈路訪問、修改PLC設備運行參數，進一步杜絕非法操作生產設備的可能，強化生產系統的安全防護，同時避免對SCADA鏈路的運行造成任何干擾，確保兩條數據鏈路各自獨立、穩定運行。

2.3   信息化應用層：基于KingPortal的PLC數據應用與管理

信息化應用層是系統的信息展示、數據分析與管理決策核心，基于亞控科技KingPortal平臺搭建，通過單向傳輸鏈路直接接收各下位PLC采集單元的標準化生產數據，承擔運行數據可視化展示、報表管理、業務協同、設備運維等信息化應用職能，不具備任何生產控制權限， 與生產監控層實現物理隔離，全面支撐水廠的精細化運營管理。

2.3.1   數據采集與存儲功能

依托KingPortal平臺的IO SERVER集成能力，搭建專屬PLC直傳數據接收中樞，核心實現對單向傳輸鏈路推送的全量PLC標準數據的集中接收、實時校驗與二次存儲，數據接收與存儲全程獨立于SCADA系統鏈路，不與SCADA系統數據產生交互、不造成干擾。系統通過平臺的數據清洗與校驗功能， 自動剔除無效數據、異常數據，確保數據的準確性和完整性；搭配平臺兼容的高性能時序性數據庫KingHistorian，實現生產數據的長期安全存儲，數據存儲周期可根據企業需求靈活設置， 滿足長期管理、數據審計與歷史追溯需求；與生產監控層SCADA系統的本地數據存儲形成雙重數據備份， 且兩份數據分別存儲于兩條獨立鏈路， 大幅提升生產數據的安全性與可靠性，避免單一鏈路故障導致的數據丟失。

2.3.2   多場景可視化展示功能

依托KingPortal平臺的多端可視化開發能力，采用JS語言深度定制，適配調度中心、企業管理層、生產崗位人員等不同層級用戶需求， 開發WEB獨立界面、PC端WEB展示、手機APP等多種展示形式，基于單向傳輸鏈路的PLC直傳數據，實現多場景、全方位可視化展示，數據來源獨立于SCADA系統，與SCADA監控數據互不干擾，讓各類用戶直觀、快速獲取所需生產信息。

圖2 KingPortal多廠站對比系統

圖3 KingPortal供水分析系統

2.3.3    自動化報表管理功能

依托KingPortal平臺的報表組態能力，開發基于PLC直傳數據的自動化報表系統，徹底摒棄傳統人工手動錄入、統計報表的繁瑣流程， 實現生產、能耗、藥耗、水質、設備運行等各類報表的自動統計、生成與導出，如圖4、圖5所示。系統在平臺中預設多種常用報表模板， 覆蓋水廠運營管理全維度，用戶可根據需求靈活設置報表的統計周期（日、周、月、季、年）與統計范圍（單個水廠、多個水廠、全公司），系統自動從平臺數據中樞提取對應PLC直傳數據，完成報表的自動生成與標準化排版，支持Excel、PDF等多種格式導出。

圖4 KingPortal壓力報表系統

圖5 KingPortal多廠供水對比報表系統

同時，基于KingPortal平臺的數據鉆取能力，實現報表數據與PLC原始采集數據的直接關聯，用戶可通過報表數據快速追溯至原始PLC采集端，便于核實數據準確性、分析數據異常原因；依托平臺的共享推送能力，將生成的報表快速推送至各相關部門與人員，為成本核算、績效考核、監管上報等工作提供精準數據支撐，大幅提升管理效率。

2.3.4   多場景訪問與信息共享功能

基于KingPortal平臺的多端適配與安全訪問能力，支持內網+互聯網雙重訪問場景，基于獨立的傳輸鏈路數據，實現PLC生產數據的高效共享與跨部門業務協同，打破信息壁壘。

內網應用場景：將KingPortal平臺接入公司內部局域網，為集團管理層、生產技術部、運維部、調度中心等各部門配置專屬權限與功能模塊，各部門可根據職責實時查詢對應的PLC生產數據、報表與分析結果，實現調度決策、設備維護、成本核算等工作的協同開展；

互聯網應用場景：搭配互聯網防火墻、出口安全設備等防護措施，保障遠程訪問安全，支持企業管理層、外部監管部門及合作單位通過手機APP、 PC端WEB等形式，隨時隨地查詢生產數據，掌握供水系統運行狀態，實現生產信息的公開化、透明化。基于KingPortal平臺的消息推送能力，手機APP支持異常數據實時推送功能，將PLC采集的設備故障、水質超標等重要報警信息，第一時間推送至相關人員手機端，確保異常情況得到快速處置。同時， KingPortal平臺具備良好的功能擴展性，可根據企業后續業務需求，新增應用模塊、拓展功能范圍，適配長遠發展需求。

2.3.5   設備運維管理輔助功能

在KingPortal平臺開發設備運維管理輔助模塊，依托單向傳輸鏈路推送的PLC直傳設備運行實時數據，實現對全廠區生產設備的全生命周期智能化管理。系統通過平臺的數據分析能力，實時監測PLC采集的設備運行參數，自動記錄設備運行時長、故障情況、維護記錄等信息，建立完善的設備運維電子檔案，便于工作人員全面掌握設備運行狀態，制定科學的預防性維護計劃；通過平臺的預警組態功能，根據PLC數據的變化趨勢預判設備故障風險，提前發出維護提醒，減少設備故障發生率，延長設備使用壽命，降低運維成本；基于平臺的流程化管理能力，實現運維工單的線上流轉，工作人員可通過平臺提交運維申請、分配運維任務、反饋運維結果，實現運維工作的規范化、流程化管理，大幅提升運維效率。

3   系統技術亮點

該系統結合現場實際生產工況設計架構，深度融合亞控科技KingSCADA、KingPortal平臺核心能力與單向傳輸技術，針對多站點、數十萬點的大點數場景優化采集與接入方式，技術亮點突出，完全適配水廠現場運營需求：

（1）雙獨立數據鏈路設計：構建SCADA系統內部通訊鏈路與PLC至信息化平臺單向傳輸鏈路，兩條鏈路并行運行、互不干擾， SCADA鏈路專注生產監控與控制數據流轉，信息化鏈路專注數據應用與展示，從架構上實現兩大單元的物理隔離，既保障生產監控的安全性與獨立性，又確保信息化應用的高效性，避免鏈路間相互干擾導致的運行風險；

（2）大點數采集優化方案：針對數十萬點的大點數場景，采用KingIOServer前置分布式部署采集方式，多臺服務器分擔采集壓力，保證數據更新頻率，解決大點數采集中的數據回寫滯后問題；中心超級SCADA采用CS客戶端訂閱變量接入模式，僅訂閱所需核心變量，節省數據緩存池大小，保障系統操作流暢性；

（3）PLC數據單向直傳：采用單向傳輸技術構建信息化專屬數據通道，只讀型傳輸模式徹底規避數據回寫與網絡攻擊風險，輕量化多協議解析模塊解決多品牌PLC協議壁壘，實現數據安全、高速、標準化傳輸，且與SCADA鏈路完全隔離，互不影響；

（4）KingSCADA雙層監控模式：打造“各廠本地SCADA獨立采集監控+中心超級SCADA統一匯總管理”的雙層監控體系，依托SCADA專屬鏈路實現全廠區生產數據的集中監控與協同調度，結合大點數優化方案，既保障各水廠生產操作的獨立性，又提升調度效率；

（5）King Portal平臺全維度應用：依托KingPortal平臺實現PLC數據的存儲、展示、報表、協同、運維全維度信息化應用，多端適配、權限定制，滿足不同層級用戶需求，平臺原生擴展性降低系統后續升級與功能拓展成本。

4   系統運營效益分析

系統部署應用后，依托KingS CA DA與KingPortal平臺的技術支撐，結合雙獨立數據鏈路設計及大點數采集優化方案，有效解決傳統供水調度的痛點問題，貼合現場實際生產需求，為水廠運營帶來顯著的安全、經濟、管理與技術效益：

安全效益：KingIOServer分布式采集與CS客戶端訂閱接入模式大大降低了服務器緩存池阻塞導致的系統崩潰風險；雙獨立鏈路設計實現生產與信息層的物理隔離，兩條鏈路互不干擾，徹底杜絕數據回寫與網絡攻擊風險， KingSCADA雙層監控模式結合大點數采集優化，大幅提升生產異常處置效率，供水穩定性達95%以上，全方位保障城市供水生產與數據安全；

經濟效益： KingS CADA自動化監控與超級SCADA統一調度大幅減少人工投入，多個站點由12人輪崗值班制轉為4人定期巡檢制，依托KingPortal平臺的數據分析能力優化能耗、藥耗與設備運維管控，每年節約各類成本達百萬元，實現顯著的降本增效；

管理效益：基于KingPortal平臺與獨立鏈路，實現集團內部PLC生產數據的共享與跨部門協同，以實時PLC直傳數據驅動管理決策， 替代傳統人工經驗決策，規范報表、運維、調度等管理流程，與SCADA系統的生產監控形成互補，結合大點數優化方案，提升管理效率，推動水廠向精細化、智能化運營轉型；

技術效益：采集節點分布式部署方案解決了海量數據采集與管理的核心痛點，降低系統運維難度與成本；采用亞控科技成熟的KingSCADA、 KingPortal、KingHistorian、KingIOServer產品搭建系統，產品兼容性強、易操作性與易維護性好，降低工程開發時間成本；PLC數據直傳與標準化解析，提升數據利用率與應用價值，兩條鏈路獨立運行、大點數優化設計提升系統整體穩定性，為后續集團進行智慧水務建設奠定堅實的數據與技術基礎。

作者簡介：

高   凡（1980-），男，河北任丘人，現任廊坊市清泉供水有限責任公司技術員，主要研究方向為智慧水廠、工控自動化。

謝晉戈（1972-） ，男，河北廊坊人，本科，高級工程師，現任廊坊市清泉供水有限責任公司部門經理，主要研究方向為智慧水務、計算機及應用。 （本文通訊作者）

朱   江（1986-），女，河北廊坊人，本科，工程師，現任廊坊市清泉供水有限責任公司部門經理，主要研究方向為智慧水廠、建筑工程。

荊文科（1995-），男，河北邯鄲人，本科，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要研究方向為工業自動化軟件、智慧水務解決方案。

王天爍（1998-），男，河北衡水人，本科，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要研究方向為智慧城市、智慧水務解決方案。

摘自《自動化博覽》2026年4月刊