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，仍存在自動(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)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套以在線自動(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)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，統(tǒng)計(jì),、處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可打印輸出日/周/月/季/年平均數(shù)據(jù),、最大最小值等各種監(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,。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)檢測(cè)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)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控,，達(dá)到掌握主要流域重點(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)由水質(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)三部分,。信息管理中心主要以數(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,。
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)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GPRS網(wǎng)絡(luò)與水質(zhì)信息管理中心建立通訊,，實(shí)現(xiàn)共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),。
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)，支持串口,、以太網(wǎng),、現(xiàn)場(chǎng)總線、電話撥號(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,，以動(dòng)畫,、曲線、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,。
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)行管理與監(jiān)控,；可以實(shí)現(xiàn)通道的開啟,、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)遠(yuǎn)程控制和操作自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備,。
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,，人工或自動(dòng)采集遺漏數(shù)據(jù)。
c)遠(yuǎn)程設(shè)備校準(zhǔn)：
可以發(fā)布命令量程校準(zhǔn),、校零,、校標(biāo)、時(shí)鐘校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備,。
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,、門禁等安全信息進(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；如果采用電話撥號(hào)方式，線路忙將自動(dòng)重?fù)苤钡綋芡橹?；如果采?/span>GPRS通訊方式,，采用斷線重連技術(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)地了解采樣系統(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)正常運(yùn)行。
3.3信息管理中心站建設(shè)
中心站通過(guò)無(wú)線GPRS/CDMA技術(shù),、衛(wèi)星,、電話撥號(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)子站出現(xiàn)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)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,，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,，并保存信息記錄、操作記錄等功能,。
3.3.2信息中心客戶端建設(shè)
信息中心建有操作員站,、工程師站作為客戶端完成對(duì)各子站控制與系統(tǒng)維護(hù)?？蛻舳塑浖捎昧卮笮?/span>SCADA軟件eForceCon,，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,，立體圖形展示效果,；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eForceCon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eForceCon與力控實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成,，保證數(shù)據(jù)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,、柱狀圖、餅狀圖）等多種方式展現(xiàn),；
◆將需要存儲(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€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)，可以集成到門戶網(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SCADA軟件eForceCon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，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)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備，達(dá)到掌握主要流域重點(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,。
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