基于力控科技軟件平臺(tái)的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案
摘要：采用力控科技軟件平臺(tái)對(duì)水質(zhì)的物理、化學(xué)、生物等指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將信息實(shí)時(shí)反饋到水利部水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到及掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)重大或流域性水質(zhì)污染事故、解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況、排放達(dá)標(biāo)情況等目的。
1.概述
當(dāng)前，我國(guó)主要江河、湖泊水體的水質(zhì)總體上呈惡化趨勢(shì)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)任務(wù)十分繁重，目前水利系統(tǒng)已建成由水利部、流域、省及其地（市）水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心、分中心，共２５１個(gè)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)組成的四級(jí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系；水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)３２４０處，基本覆蓋了全國(guó)主要江河湖庫(kù)；專(zhuān)職人員近三千人，技術(shù)力量較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水質(zhì)的有效監(jiān)測(cè)。
雖然水利系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系和能力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，但面對(duì)新時(shí)期水利發(fā)展的形勢(shì)與要求，自動(dòng)化程度低、信息化落后的現(xiàn)狀。為了適應(yīng)水資源管理與保護(hù)工作發(fā)展的需求，亟須采用新的自動(dòng)化技術(shù)與管理手段提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化以及管理制度化的水平。
2.水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套以在線(xiàn)自動(dòng)分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性的在線(xiàn)自動(dòng)，統(tǒng)計(jì)、處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可打印輸出日、周、月、季、年平勻數(shù)據(jù)以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各種監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)報(bào)告及圖表（棒狀圖、曲線(xiàn)圖多軌跡圖、對(duì)比圖等），并可將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)保中心數(shù)據(jù)庫(kù)或水利管理部門(mén)。系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目超標(biāo)及子站狀態(tài)信號(hào)顯示、報(bào)警功能；自動(dòng)運(yùn)行、停電保護(hù)、來(lái)電自動(dòng)恢復(fù)功能；維護(hù)檢柞狀態(tài)測(cè)試，便于例行維修和應(yīng)急故障處理等功能。
通過(guò)實(shí)施水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到及掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)重大或流域性水質(zhì)污染事故、解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況、排放達(dá)標(biāo)情況等目的。
3. 力控水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
系統(tǒng)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)子站和信息管理中心兩部分構(gòu)成。監(jiān)測(cè)子站內(nèi)部包括采水部分、分析儀表、和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)部分。信息管理中心主要是以數(shù)據(jù)處理分析為主。水質(zhì)監(jiān)測(cè)子站采用力控嵌入式HMI結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)PLC與自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、污染因子監(jiān)測(cè)、設(shè)備反向控制、系統(tǒng)報(bào)警等功能，并通過(guò)GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)向信息管理中心提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；信息管理中心由力控企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace負(fù)責(zé)匯總、處理、分析來(lái)自所有水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將分析處理后的有價(jià)值的信息提供給環(huán)保管理部門(mén)。
3.2水質(zhì)監(jiān)測(cè)子站
水質(zhì)監(jiān)測(cè)子站的水樣經(jīng)過(guò)采水系統(tǒng)通過(guò)泵、閥、管路進(jìn)入到相關(guān)的儀器、儀表進(jìn)行水質(zhì)的自動(dòng)分析與檢測(cè)，檢測(cè)后的數(shù)據(jù)信息通過(guò)RS485總線(xiàn)或GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送到水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的監(jiān)控系統(tǒng)—力控嵌入式HMI。力控嵌入式HMI對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析處理，并根據(jù)分析的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的儀器、儀表泵、閥狀態(tài)、室內(nèi)溫度、煙霧傳感、進(jìn)行控制進(jìn)而完成水質(zhì)的取樣、監(jiān)測(cè)�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)水質(zhì)的物理、化學(xué)、生物的變量參數(shù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)與水質(zhì)信息管理中心建立通訊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享。
力控嵌入式HMI具有通用監(jiān)控組態(tài)軟件的眾多優(yōu)點(diǎn)，支持支持串口、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、電話(huà)撥號(hào)、電臺(tái)、GSM/GPRS/CDMA等多種通訊方式，支持近2000種主流的PLC、儀表、智能模塊的通訊協(xié)議。力控嵌入式HMI具有豐富圖形界面組態(tài)功能，可以以動(dòng)畫(huà)、曲線(xiàn)、報(bào)表的多種形式反映水質(zhì)參數(shù)，并具備事件報(bào)警、設(shè)備運(yùn)行報(bào)警的功能。力控嵌入式HMI結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)PLC與自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、污染因子監(jiān)測(cè)、設(shè)備反向控制、系統(tǒng)報(bào)警等功能。
3.2.1基本功能實(shí)現(xiàn)
設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控
通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備數(shù)字輸出口或模擬量接口獲取儀器設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)，還原設(shè)備的真實(shí)情況，如啟動(dòng)、運(yùn)行、測(cè)量、標(biāo)定、停止、怠速、等設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，能夠?qū)υ噭ㄑ趸瘎�、催化劑、蒸餾水、標(biāo)液、蒸餾劑、滴定劑）液位狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、室內(nèi)溫濕度及煙感、門(mén)禁等信息進(jìn)行監(jiān)控。
污染因子監(jiān)測(cè)
能直接讀取下端儀器發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集儀器通道進(jìn)行管理并監(jiān)控；可以實(shí)現(xiàn)通道的開(kāi)啟、閉合等操作。
設(shè)備反向控制
能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)下端儀器的進(jìn)行反向控制，反控命令包括：
a)遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置：
直接向自動(dòng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)布遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置命令完成參數(shù)設(shè)置，如設(shè)備的上報(bào)周期、報(bào)警門(mén)限參數(shù)、設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)機(jī)密碼、設(shè)置采樣頻率等，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和操作。
b)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)補(bǔ)采
可以發(fā)布遠(yuǎn)程命令控制現(xiàn)場(chǎng)儀器進(jìn)行遺漏數(shù)據(jù)的人工、自動(dòng)采集。
c)遠(yuǎn)程設(shè)備校準(zhǔn)
可以發(fā)布命令完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備進(jìn)行量程校準(zhǔn)、校零、校標(biāo)、時(shí)鐘校準(zhǔn)。
d)遠(yuǎn)程及時(shí)采樣：
可以發(fā)布遠(yuǎn)程命令控制現(xiàn)場(chǎng)儀器進(jìn)行采樣分析。
系統(tǒng)報(bào)警
對(duì)設(shè)備的各類(lèi)故障進(jìn)行報(bào)警，如供電電源斷電、缺水樣、缺試劑、控制器故障、通訊故障等設(shè)備運(yùn)行異常報(bào)警；能對(duì)煙感、水感、門(mén)禁等安全報(bào)警信息進(jìn)行報(bào)警；對(duì)比實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)超標(biāo)排污企業(yè)提供報(bào)警功能，當(dāng)發(fā)生監(jiān)測(cè)項(xiàng)目超標(biāo)或開(kāi)關(guān)變位報(bào)警時(shí)，自動(dòng)報(bào)警管理軟件將自動(dòng)撥號(hào)向中心控制室上傳報(bào)警信息；如果采用電話(huà)撥號(hào)方式，線(xiàn)路忙，將自動(dòng)重?fù)苤钡綋芡橹�；如果采�?span lang="EN-US">GPRS通訊方式，采用斷線(xiàn)重連技術(shù)保證通訊能夠永遠(yuǎn)處在“熱召喚”狀態(tài)。管理人員可及時(shí)在中心控制室非常詳細(xì)的了解采樣系統(tǒng)的異常狀態(tài)，并采取響應(yīng)的措施，如：對(duì)子站設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程控制。（注：包括系統(tǒng)斷電指示報(bào)警）。自動(dòng)控制上加裝煙霧傳感裝置，當(dāng)發(fā)生煙霧報(bào)警時(shí)，自動(dòng)切斷相關(guān)儀器儀表的電源；根據(jù)子站監(jiān)控房?jī)?nèi)室溫控制空調(diào)，加熱器的啟停，使室溫保持在常溫狀態(tài)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3.3信息管理中心站建設(shè)
中心站可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)GPRS/CDMA技術(shù)、衛(wèi)星、電話(huà)撥號(hào)等多種通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸功能， 托管站也可以通過(guò)以上方式實(shí)現(xiàn)對(duì)所托管子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸功能，其他經(jīng)授權(quán)的相關(guān)部門(mén)可通過(guò)相關(guān)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視和數(shù)據(jù)傳輸功能
當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)子站當(dāng)通訊故障或其他原因?qū)е聜鬏敂?shù)據(jù)丟失或缺損時(shí)，可人工掃描子站獲取歷史數(shù)據(jù)，保證歷史數(shù)據(jù)的完整。實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)通訊通道進(jìn)行檢測(cè)并可通過(guò)多種方式給出報(bào)警信號(hào)便于及時(shí)處理。報(bào)警信號(hào)可以支持多種方式，如聲光報(bào)警、短信、撥號(hào)報(bào)警、EMAIL方式等。
3.3.1信息管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)
信息管理中心采用力控大型企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace負(fù)責(zé)匯總來(lái)自個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向環(huán)保管理部門(mén)提供安全、科學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采取冗余配置，在功能采用負(fù)荷均衡技術(shù)，完成與現(xiàn)場(chǎng)所有采集站的數(shù)據(jù)采集，并向操作站、WEB服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)。為提高系統(tǒng)性能，本設(shè)計(jì)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)采集站進(jìn)行通訊，并將所有的采集站的通訊協(xié)議統(tǒng)一到同一通訊協(xié)議上，提高系統(tǒng)的通訊效率和服務(wù)器處理性能，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器將完成中間量計(jì)算、累積量計(jì)算、趨勢(shì)、報(bào)警、數(shù)據(jù)短時(shí)歸檔、向數(shù)據(jù)庫(kù)站傳送數(shù)據(jù)等功能，并保存有信息記錄、操作記錄等功能。
3.3.2信息中心客戶(hù)端建設(shè)
信息中心建有操作員站、工程師站作為客戶(hù)端完成對(duì)各子站控制與系統(tǒng)維護(hù)�？蛻�(hù)端軟件采用力控大型SCADA軟件ForceControl V7.0，該軟件具有靈活方便的模板化設(shè)計(jì)環(huán)境，漸進(jìn)色調(diào)色板，立體效果的圖形展示；面向“服務(wù)模式”的可視化系統(tǒng)與視頻、多媒體、GIS系統(tǒng)、進(jìn)行無(wú)縫集成；強(qiáng)大的編譯及運(yùn)算引擎，支持VBA腳本語(yǔ)言；強(qiáng)大的報(bào)警管理功能。采用力控ForceControl V7.0不僅實(shí)現(xiàn)了形象逼真的水質(zhì)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫(huà)面，而且軟件與GIS、視頻系統(tǒng)的無(wú)縫集成使操作員如臨現(xiàn)場(chǎng)。
力控SCADA軟件ForceControl V7.0與企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace是同一廠(chǎng)家的產(chǎn)品，兩者可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，保證了數(shù)據(jù)的完整性。
水質(zhì)信息管理中心具有以下主要功能：
◆通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取各子站工控機(jī)的數(shù)據(jù)；
◆對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，通過(guò)報(bào)表及圖表（曲線(xiàn)、柱狀圖、餅狀圖）等多種方式展現(xiàn)出來(lái)；
◆對(duì)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)/變化率歷史保存；
◆對(duì)需要進(jìn)一步分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行ODBC轉(zhuǎn)儲(chǔ)，存放到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中；
◆對(duì)各子站通訊狀態(tài)實(shí)行監(jiān)測(cè)，并支持?jǐn)嗑�(xiàn)重連；
◆匯總報(bào)警，并可以通過(guò)聲、光、電、短信、語(yǔ)音等方式展現(xiàn)；
◆支持WEB發(fā)布和IIS服務(wù)，可以集成到門(mén)戶(hù)網(wǎng)站；
◆實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各單元的運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)態(tài)模擬顯示整個(gè)分析的全過(guò)程。
4．小結(jié)
采用力控科技軟件平臺(tái)對(duì)水質(zhì)的物理、化學(xué)、生物等指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將信息實(shí)時(shí)反饋到水利部水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到及掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)重大或流域性水質(zhì)污染事故、解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況、排放達(dá)標(biāo)情況等目的。
