★南水北調江蘇水源公司徐州分公司樊慶斌，姜舒，郭蘇元

★北京亞控科技發展有限公司羅博文，王全林，常江

關鍵詞：引調水；信創；泵站；自動化監控系統；SCADA；

1　項目概況與建設定位

1.1　項目概況

在“十四五”規劃中，國家明確提出：到2025年，行政辦公及電子政務系統須實現信息技術應用創新（以下簡稱“信創”）的國產化全覆蓋。國資委79號文件進一步細化了中央企業及國有企業信創替代的實施路徑與時間表，要求2027年底前完成100%國產化替代，覆蓋范圍包括芯片、基礎軟硬件、操作系統、中間件等全棧環節。由此，信創產業自2023年起由“局部環節、細分市場”階段邁入“全產業鏈、全行業”縱深升級的新周期，旨在構建自主可控、安全高效的國產IT標準體系與服務生態。

伴隨水利事業的高速發展，南水北調東線工程作為國家水網主骨架的重要組成，正處于數字化、智能化轉型的戰略窗口期。然而，行業層面仍面臨國產化程度偏低、關鍵核心技術受制于人的結構性風險，直接威脅國家水安全與信息主權。為落實國家網絡強國總體部署，降低對外技術依存度，提升自主創新水平，南水北調東線江蘇水源有限責任公司設立“邳州泵站國產化改造”專項，擬通過先行先試形成可復制、可推廣的水利信創范式，助力江蘇省水利企業實現高水平科技自立自強。

與此同時，水利工程信息化長期存在“五化”短板：

（1）設施碎片化——感知、傳輸、計算、控制等資源分散建設，缺乏統一技術架構與運營主體，難以形成規模效應；

（2）數據孤島化——多源異構數據標準不一、共享機制缺位，數據資產沉淀，無法支撐“用數據說話、用數據管理、用數據決策”的現代治理模式；

（3）平臺集約化不足——“小而散、小而全”的項目級建設導致重復投資，專業化平臺能力薄弱，投資效能整體低下；

（4）智能精準化缺失——感知覆蓋度、控制精細度、決策智能度均處于初級階段，基于數字孿生的預報、預警、預演、預案“四預”功能尚未閉環；

（5）調度協同化薄弱——統一調度、精細調度、多級聯動調度能力不足，難以適應“系統完備、安全可靠、集約高效、綠色智能、循環通暢、調控有序”的國家水網運行要求。

綜上所述，以邳州泵站國產化改造為切入口，構建安全可控、集約高效、智能協同的水利信息化新體系，已成為落實國家信創戰略、提升國家水安全保障能力的必由之路。

1.2　建設目標

1.2.1　提升工程運行效率

依托自主可控的國產化技術體系，持續提高水利軟硬件產品的安全性、可靠性與可維護性，確保邳州泵站在全生命周期內安全、穩定、高效運行。通過國產智能化改造，提升水資源調配精度，降低輸水損耗與調水能耗，提高供水保證率與水質達標率，實現關鍵效能指標（KPI）的整體躍升。

1.2.2　提升管理水平

構建“感知—傳輸—計算—決策—控制”閉環的遠程智能監控體系，實現泵站運行狀態的實時感知、動態診斷與自適應調控。基于數據融合與智能控制，提升系統智能化和自適應能力，為管理人員及時發現工程異常，為管理人員提供可解釋、可量化、可預測的決策支持，全面提高管理效率與應急響應速度。

1.2.3　保障國家信息安全

以信創體系為底座，完成水利控制層、數據層、應用層與網絡層的國產化替代，降低對國外核心軟硬件的依賴度。建立覆蓋全棧、全生命周期的信息安全治理框架，強化源代碼審計、漏洞挖掘、攻防演練與供應鏈安全管理，顯著提升水量水質在線感知、預測預警、優化調度、事故應急等關鍵業務的自主可控水平，有效防范系統性信息安全風險。

1.2.4　面向未來技術的智慧水利升級

將智慧水利納入新階段水利高質量發展的核心路徑，系統融合物聯網、云計算、大數據與人工智能等新一代信息技術，構建數字孿生流域—工程—泵站一體化平臺。重點突破人工智能在復雜水力系統建模、泵站群聯合優化、結構健康監測與故障診斷中的適應性理論及關鍵技術。為構建“預報精準化、預警超前化、預演數字化、預案科學化”的智慧水利新模式提供理論依據與技術范式。

2　監控國產軟件選型

亞控科技KingSCADA4.0信創版（以下簡稱：KS信創版）是一款面向國產化場景的高性能組態軟件，融合國產化生態鏈與工業級技術特性；在本次項目中使用KS信創版搭建邳州站計算機監控系統。

3　項目建設

3.1　系統架構

邳州站計算機監控系統架構如圖1所示。邳州站計算機監控系統架構采用經典三層架構：感知執行層、數據處理層、業務應用層，實現“感知—傳輸—計算—決策—控制”閉環管理。

3.1.1　設備感知執行層（現場層）

圖1泵站自控系統架構圖

通過傳感器、水位計、流量計、雨量計、水質儀、閘門開度儀等終端，實時采集水雨情、工情、水質、視頻等多元數據。接收上層指令，驅動PLC/RTU完成閘門啟閉、泵組啟停、閥門調節等動作，實現“遙調、遙控”。感知執行層是泵站物聯網架構的底層基礎。

3.1.2　數據處理層（監控層）

通過KS信創版強大的數據處理能力，完成多協議解析、時鐘同步、數據清洗、預警報警、計算分析、定時任務、邏輯控制與聯動、數據存儲等業務。數據處理層是物聯網架構的計算核心。

3.1.3　業務應用層（應用與決策層）

針對邳州泵站運行監控需求，基于KS信創版開發定制功能。通過構建“角色—權限—用戶”安全控制策略，實現細粒度安全訪問控制；通過挖掘各類數據，構建駕駛艙、“一張圖”及多維分析工具，完成實時/歷史報警、曲線報表、遠程控制等核心功能。提升泵站監控精度與管理效率。

通過三層解耦與深度融合，實現泵站從“看得見”到“算得準”再到“調得優”的跨越，成為智慧水利建設的“神經中樞”。

3.2　軟件部署架構圖如圖2所示。

圖2部署架構圖

3.3　功能建設

3.3.1　運行監視

如圖3所示，泵站運行監視以實時數據采集與多模態信息融合為基礎，構建面向泵站全生命周期狀態的動態監測框架。該功能通過計算節點與系統對流量、壓力、揚程、溫度等關鍵物理量進行高頻采樣，利用預警報警與泵站剖面模型實現異常特征在線辨識；并借助平臺進行多維可視化視圖，在統一人機界面完成工況態勢感知與故障分析。信創監控平臺可將異常檢測延時降低至秒級，為泵站系統的預測性維護和優化調度提供可信的數據支撐。

圖3運行監控圖

3.3.2　運行報表

如圖4所示，系統的運行報表功能以設備運行數據與工況事件為數據基礎，構建面向管理—調度—運維多層決策需求的規范化報表生成框架。采用模板化格式將泵站級、機組級等指標展示在報表模板，實現班報、日報、旬報及特殊專報的自動化編制。系統報表內嵌數學公式與報警變色，支持報表輸出等功能，通過在線流轉與權限審批，報表從生成、審閱到歸檔實現全流程無紙化辦公，降低數據泄露風險。滿足日常業務要求，為泵站能效審計、調度后評估及數據分析提供了標準化、可追溯的定量依據。

圖4運行報表圖

3.3.3　歷史報警

歷史報警功能以泵站全生命周期報警事件序列數據為基礎，構建面向故障原因追溯的治理框架。系統對原始報警記錄進行語義標注與唯一標識，實現對報警實例的精準定位，可按照限值報警、變化率報警、偏差報警等類型設置報警，統一規劃設備分類及報警聯動邏輯，支持秒級至年級任意時間跨度查詢，為后續故障溯源、可靠性評估及預測性維護提供了高可信的決策依據。歷史報警圖如圖5所示。

圖5歷史報警圖

3.3.4　設備控制

設備控制功能以“感知-決策-執行”閉環為架構，實現毫秒級命令下發，完成泵組啟停、閘閥開度等在滿足多約束條件下的設備控制。系統內置基于角色與權限的RBAC訪問控制機制，可在毫秒級完成控制權限的動態識別與一致性校驗，從而確保縱向指令鏈路的完整性與可信性。控制旋鈕的狀態邏輯為二元決策變量（enable/disable），當旋鈕處于可用狀態時，系統可實現設備的遠程控制；當旋鈕處于禁用狀態時，設備僅支持手動控制。一旦檢測到設備異常，系統將立即執行故障-安全（fail-safe）策略，系統將發生故障的設備強制為“禁用”，需經具備權限的人工完成多重確認后方可解鎖，由此在最大程度上保障設備資產與運維人員的安全。設備控制圖如圖6所示。

圖6設備控制圖

3.3.5　操作記錄

系統內置操作審計子模塊，對設備控制中的每一次狀態變更實施高頻捕獲與持久存儲。審計記錄模式遵循標準數據規范，精確保存操作人員身份標識、操作時間戳、操作站IP地址、操作內容及操作意圖等數據，形成設備的細粒度操作記錄數據鏈，為事后故障溯源提供數據支持。系統前端集成多維度檢索，支持以時間、操作者、設備對象、事件類型等復合條件進行查詢；查詢結果可輸出，實現電子—紙質雙軌歸檔，滿足長期保存與離線分析需求。操作記錄圖如圖7所示。

圖7操作記錄圖

3.3.6　趨勢曲線

系統內置的曲線分析模塊，以高分辨率時間序列數據為底層支撐，對機組運行全維度物理量（流量、揚程、功率、振動、溫度等）實施毫秒級存儲。系統提供多尺度時間窗（秒/分/時/日/月）與多軸坐標聯動，可在同一曲線框內完成多工況的跨尺度對比；可實現早期故障特征的輔助判斷，幫助用戶快速分析和監控泵站系統的運行健康狀態。趨勢曲線圖如圖8所示。

圖8趨勢曲線圖

3.3.7　系統冗余

冗余設計是保障監控系統高穩定性與高安全性的核心策略。其體系結構通常以“雙活—熱備”理念貫穿三層。

（1）SCADA服務冗余：采用雙機熱備冗余，通過TCP/IP進行網絡通訊，冗余心跳判斷彼此在線狀態，故障時可實現秒級冗余切換，保持上層應用穩定不中斷；

（2）I/O采集冗余：通過TCP/IP進行網絡通訊，支持熱切與冷切兩種策略，增強數據采集的安全性，故障時可實現秒級冗余切換，保障數據連續性；

（3）I/O雙設備冗余：設備間的冗余策略，兩臺相同設備冗余。相同設備同時采集數據，并與IOServer通訊。故障時可實現秒級冗余切換，保障數據連續性。

4　系統建設成效

南水北調東線邳州泵站通過SCADA系統的智能化升級，實現了“遠程集控、少人值守”的高效運行模式。系統改造后，泵站可一鍵啟停、數據實時監測、運行狀態智能分析，顯著提升了調水效率與安全性。借助自動化觀測與節能優化策略，邳州站累計調水超4000萬立方米，順利完成2024—2025年度抗旱與省外調水任務，充分展現了SCADA系統在保障國家水安全中的關鍵支撐作用，全力守護一方安瀾，工程效益得到充分發揮。

采用信創SCADA系統等技術構建智能監控平臺，推動水利行業國產化技術應用，為同類城市水利工程提供可復制的智能化改造經驗。

作者簡介：

樊慶斌（1978-），男，江蘇徐州人，本科，現就職于南水北調江蘇水源公司徐州分公司，主要從智慧水利、自動控制、信息化自動化融合等方面的研究。

姜　舒（1996-）男，江蘇徐州人，本科，現就職于南水北調江蘇水源公司徐州分公司，主要從自動化系統方案等方面的研究。

郭蘇元（1999-）男，江蘇徐州人，本科，現就職于南水北調江蘇水源公司徐州分公司，主要從自動化系統軟件開發等方面的研究。

羅博文（1993-），男，陜西西安人，碩士，工程師，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要從事工業自動化軟件、智慧水務解決方案方面的研究。

王全林（1986-），男，天津人，學士，工程師，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要從事工業自動化軟件、智慧水務解決方案方面的研究。

常　江（1988-），男，江蘇南京人，學士，工程師，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要從事工業自動化軟件、智慧水務解決方案方面的研究。

摘自《自動化博覽》2025年10月刊