美国水务集团加州（简称CAW）公司发现，其位于加州蒙特雷工厂内的监控和数据采集（SCADA）系统一直存在故障，难以维持供水公司所需的高标准，尤其是在加州中部海岸的“缺水”地区。蒙特雷工厂设施的原有SCADA系统频繁故障，难以满足水务企业的高标准要求，尤其是在水力资源紧张的沿海区域。通过与系统集成商Flexware Innovation合作，该设施将传统SCADA系统升级为工业自动化平台。

    此前，美国水务集团各分公司的设施均自行设计可视化界面，导致界面风格、符号布局及操作面板缺乏统一性，远程故障排查困难。为此，Flexware公司创新性地开发了一套企业级框架，以规范不同工厂系统界面的配色方案、符号布局和面板。

    为了创建这个框架，工业自动化平台软件提供了可复用的模板和标签结构，无限许可模式意味着客户可以实施这个框架，而无需考虑每个设施的规模。

    作为框架的开发者，系统集成商是设施的“看门人”。虽然有些装置已由其它集成商处理，但系统集成商会审查任何添加或变更，以确保高质量的项目实施。Flexware团队负责人TJ Holt表示：“我们的任务是开发一个任何系统都可以使用的SCADA平台。”

01 大规模SCADA系统的迁移

    系统集成商与CAW公司密切合作，将蒙特利工厂设施中传统的SCADA系统迁移到成熟且移动友好的分布式系统。新系统监控和控制着近130个远程站点，同时向美国水务公司的企业门户提供关键绩效指标（KPI）数据。

    传统的SCADA系统无法满足当前的运营需求，所提供的人机界面比较笨拙，运行人员需要浏览多个屏幕才能深入查看KPI，添加传感器或泵花费的时间也比较多。除了低效的人机界面外，传统系统还缺乏升级到工业4.0标准的能力，如移动可访问性、高级数据分析和现代网络安全措施。

    该设施的规模和范围庞大，迁移到新系统是一项艰巨的任务。该系统在一个平台上包含120000多个标签、13000多个OPC标签和140个可编程逻辑控制器（PLC）。无限制的许可模式，以及既定框架的灵活性和动态性，使系统集成商能够快速扩展解决方案，尽管项目规模很庞大。

▲美国水务公司的新系统监测和控制着近130个远程站点。在系统集成商帮助下，蒙特雷工厂用工业自动化平台取代其传统的SCADA系统

02 可视化和现代化的HMI软件设计

    Flexware还根据ISA-101高性能人机界面（HMI）标准设计了系统的可视化，用精简的灰色取代了传统系统的明亮颜色和不一致的屏幕，以强调变化和报警信息。

    为了通过HMI进行导航，系统集成商采用了水务公司的现有结构，并将其按子区域分开，然后将关键KPI移动到页面标题中，以便对各部分系统（如井和储罐）进行持续监控。

    新的人机界面有利于更好地进行报警管理。CAW公司SCADA经理Mike Grondin表示：“采用ISA-101标准模板有助于提前识别潜在问题。”在传统系统中，低等级报警往往会迷失在过于丰富多彩的显示中。

    为了使报警响应更容易，应用程序内的报警坞聚合了所有报警，并让主管控制报警的严重程度。Grondin说：“主管及以上级别的任何人都可以变更报警内容、发出的报警以及报警级别。”简化的界面还允许主管在泵、处理和废水组之间轻松切换，以指示报警和进度管理。

▲简化的高性能人机界面（HMI）强调变化和报警。

03 让SCADA具有随时随地的移动访问性

    新系统最关键的功能之一是移动响应和可访问性。这是使用工业自动化平台软件中的一个模块实现的，允许系统集成商开发从桌面平滑过渡到平板电脑和移动设备的屏幕和模板化视图。

    Grondin说：“自动缩放功能允许使用不同的设备。操作员可以坐在油箱或泵所在的现场，也可以在任何地方连接，无需登录就可以在手机上查看现场状况。”在高性能框架下，这些屏幕使操作员能够快速确定系统的状态，无论他们是身处工厂车间还是正在前往远程现场的路上。

    可访问性的提高也解决了老旧系统的另一个问题。“我们以前遇到的问题是如果要查看SCADA系统，必须在一个安全的网络中。”Grondin说，“通过 Ignition系统，我们可以做的一件事就是制作一个不进入安全端的只读视图。”

▲移动响应式界面使操作员能够快速确定工厂车间或远程站点的系统状态。

04 无缝切换的SCADA软件迁移

    Flexware在后台工作，因为实施不需停止运营。两个系统并行运行，直到老旧系统可以关闭为止。在Stratus服务器上安装工业自动化系统“几乎是无缝的”。Grondin说，“系统集成商通过一个链接可以将项目下载到服务器上。它已经预装了所需要的一切。”

    迁移系统的一个关键环节是添加设备和更新可编程逻辑控制器（PLC）的标签位置。据相关人员介绍，工业自动化软件以服务器为中心的部署和历史记录模块使这一过程变得更容易。

    添加位置后，它会更新SQL表，并自动填充SCADA应用程序中的导航标题。将历史数据库集成到系统中也是一个巨大的好处。这是一个SQL库。因此，获取信息和变更新的标签位置都是集成的。这不需要任何特殊的编程或变更。

    就像安装一样，对系统进行更改也很简单。Holt认为，工业自动化软件处理升级的方式，远远优于以前接触过的任何其它软件。它对生产没有任何影响，也不会出现任何问题。

05 紧跟工业自动化软件的发展趋势

    对于操作人员来说，每个系统都有一个学习曲线，但为了便于过渡，系统集成商将某些网关功能转移到了用户界面本身。“操作人员可以创建他们自己的自定义趋势......他们可以将所有数据导出为 .CSV 格式，还可以出于合规原因以报告格式获取关键性能指标。”Holt 说，“他们可以通过用户界面获得所有信息。”

    使用传统系统生成报告一直是个麻烦事。新系统可立即生成报告，并提供记录、下载和保存报告和趋势的选项。趋势选项使工程师可以进入并获取所需的任何时间段内的一个或多个点的数据。只需下载，然后就可以将其输入到图表、Excel表以及所需的任何东西，这大大减轻了操作员的工作负担。

    CAW公司蒙特雷工厂现在拥有一个可扩展到未来的系统，遵循现代最佳实践，几乎不需要维护。Holt说：“一旦我们建立了项目，确立了所有标签，一切就都水到渠成了。我们配置好了可视化视图，它就可以运行了。” 

    目前，蒙特雷工厂有30至40名员工使用该系统，CAW公司计划先在南加州实施Ignition系统，然后在北加州推广。未来，水务公司的每个人，从首席执行官到办公室职员，都可以以只读模式浏览系统，以查看运行状态。

    关键概念： 

    ■ 了解为SCADA系统构建企业框架如何帮助改善水务管理。

    ■ 系统集成商使用可视化的人机界面，增强了报警管理和KPI监控，同时实现了对系统状态更新的实时移动响应。

    思考一下： 

    SCADA系统升级如何改善您的设施？

    ▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2025年03月刊《应用案例》栏目：SCADA系统升级如何提升设施运营效率？