1.概述

　　當(dāng)前我國主要江河、湖泊水體的水質(zhì)總體上呈惡化趨勢，水質(zhì)監(jiān)測任務(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)測中心、分中心，共251個監(jiān)測機(jī)構(gòu)組成的四級水質(zhì)監(jiān)測體系；水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)3240處，基本覆蓋了全國主要江河湖庫；專職人員近三千人，技術(shù)力量較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了對水質(zhì)的有效監(jiān)測。
　　雖然水利系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測體系和能力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，但面對新時期水利發(fā)展的形勢與要求，仍存在自動化程度低、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，亟須采用新的自動化技術(shù)與管理手段，提高水質(zhì)監(jiān)測技術(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)自動監(jiān)測系統(tǒng)
　　水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套以在線自動分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，統(tǒng)計、處理監(jiān)測數(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、統(tǒng)計報告及圖表（棒狀圖、曲線圖多軌跡圖、對比圖等），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)庫或水利管理部門。系統(tǒng)具有監(jiān)測項(xiàng)目超標(biāo)及子站狀態(tài)信號顯示、報警功能；自動運(yùn)行、停電保護(hù)、來電自動恢復(fù)功能；維護(hù)檢測狀態(tài)測試，便于例行維修和應(yīng)急故障處理等功能。
　　通過實(shí)施水質(zhì)自動監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)實(shí)時連續(xù)監(jiān)測和遠(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)自動監(jiān)測系統(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)測子站和信息管理中心兩部分構(gòu)成。監(jiān)測子站內(nèi)部包括采水部分、分析儀表和計算機(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)測子站采用力控嵌入式HMI結(jié)合現(xiàn)場PLC與自動監(jiān)測儀器實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、污染因子監(jiān)測、設(shè)備反向控制、系統(tǒng)報警等功能，并通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)向信息管理中心提供現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)信息；信息管理中心由力控企業(yè)級實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace負(fù)責(zé)匯總、處理、分析來自所有水質(zhì)監(jiān)測站的實(shí)時數(shù)據(jù)，并將分析處理后的有價值的信息提供給環(huán)保管理部門。
3.2水質(zhì)監(jiān)測子站
　　水質(zhì)監(jiān)測子站的水樣經(jīng)過采水系統(tǒng)，通過泵、閥、管路進(jìn)入到相關(guān)的儀器、儀表進(jìn)行水質(zhì)自動分析與檢測，檢測后的數(shù)據(jù)信息通過RS485總線或GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送到水質(zhì)監(jiān)測站的監(jiān)控系統(tǒng)——力控嵌入式HMI。力控嵌入式HMI對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并根據(jù)分析的數(shù)據(jù)結(jié)果對現(xiàn)場的儀器、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?，F(xiàn)場實(shí)時水質(zhì)的物理、化學(xué)、生物的變量參數(shù)通過無線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)場總線、電話撥號、電臺、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，以動畫、曲線、報表的多種形式反映水質(zhì)參數(shù)，并具備事件報警、設(shè)備運(yùn)行報警的功能。力控嵌入式HMI結(jié)合現(xiàn)場PLC與自動監(jiān)測儀器實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、污染因子監(jiān)測、設(shè)備反向控制、系統(tǒng)報警等功能。

基本功能實(shí)現(xiàn)

? 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

通過自動監(jiān)測儀器設(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、運(yùn)行、測量、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⒋呋瘎?、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

能直接讀取下端儀器發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對數(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：

直接向自動監(jiān)控現(xiàn)場設(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)備的上報周期、報警門限參數(shù)、設(shè)置現(xiàn)場機(jī)密碼、設(shè)置采樣頻率等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和操作自動監(jiān)測設(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)場儀器，人工或自動采集遺漏數(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)、時鐘校準(zhǔn)現(xiàn)場儀器設(shè)備。
　　d)遠(yuǎn)程及時采樣：
　　可以發(fā)布遠(yuǎn)程命令控制現(xiàn)場儀器進(jìn)行采樣分析。

? 系統(tǒng)報警

對設(shè)備的各類故障進(jìn)行報警，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)行異常報警；能對煙感、水感、門禁等安全信息進(jìn)行報警；對比實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對超標(biāo)排污企業(yè)提供報警功能，當(dāng)發(fā)生監(jiān)測項(xiàng)目超標(biāo)或開關(guān)變位報警時，自動報警管理軟件將自動撥號向中心控制室上傳報警信息；如果采用電話撥號方式，線路忙將自動重?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，如對子站設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程控制。（注：包括系統(tǒng)斷電指示報警）。自動控制上加裝煙霧傳感裝置，當(dāng)發(fā)生煙霧報警時，自動切斷相關(guān)儀器儀表的電源；根據(jù)子站監(jiān)控房內(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)
　　中心站通過無線GPRS/CDMA技術(shù)、衛(wèi)星、電話撥號等多種通訊方式，實(shí)現(xiàn)對各子站的實(shí)時監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸功能，托管站也可以通過以上方式實(shí)現(xiàn)對所托管子站的實(shí)時監(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)部門可通過相關(guān)方式實(shí)現(xiàn)對相關(guān)子站的實(shí)時監(jiān)視和數(shù)據(jù)傳輸功能。

當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測子站出現(xiàn)通訊故障或其他原因?qū)е聜鬏敂?shù)據(jù)丟失或缺損時，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)時對各個通訊通道進(jìn)行檢測并可通過多種方式給出報警信號便于及時處理。報警信號可以支持多種方式，如聲光報警、短信、撥號報警、Email方式等。
3.3.1信息管理中心數(shù)據(jù)庫建設(shè)
　　信息管理中心采用力控大型企業(yè)級實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace，負(fù)責(zé)匯總來自個水質(zhì)監(jiān)測站的實(shí)時數(shù)據(jù)，并向環(huán)保管理部門提供安全、科學(xué)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
　　實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(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)庫提供數(shù)據(jù)。為提高系統(tǒng)性能，本設(shè)計通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與現(xiàn)場采集站進(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)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器將完成中間量計算、累積量計算、趨勢、報警、數(shù)據(jù)短時歸檔、向數(shù)據(jù)庫站傳送數(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各子站控制與系統(tǒng)維護(hù)。客戶端軟件采用力控大型SCADA軟件eForceCon，該軟件具有靈活方便的模板化設(shè)計環(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)行無縫集成；強(qiáng)大的編譯及運(yùn)算引擎，支持VBA腳本語言；強(qiáng)大的報警管理功能。采用力控eForceCon不僅實(shí)現(xiàn)了形象逼真的水質(zhì)監(jiān)測動態(tài)監(jiān)控畫面，而且軟件與GIS、視頻系統(tǒng)的無縫集成使操作員如臨現(xiàn)場。

　　力控SCADA軟件eForceCon與力控實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace可以實(shí)現(xiàn)無縫集成，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GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時獲取各子站工控機(jī)的數(shù)據(jù)；
　　◆對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，通過報表及圖表（曲線、柱狀圖、餅狀圖）等多種方式展現(xiàn)；

　　◆將需要存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時/變化率歷史保存；
　　◆對需要進(jìn)一步分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行ODBC轉(zhuǎn)儲，存放到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中；
　　◆對各子站通訊狀態(tài)實(shí)行監(jiān)測，并支持?jǐn)嗑€重連；

　　◆匯總報警，并可以通過聲、光、電、短信、語音等方式展現(xiàn)；
　　◆支持WEB發(fā)布和IIS服務(wù)，可以集成到門戶網(wǎng)站；
　　◆實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)各單元的運(yùn)行狀態(tài)，并動態(tài)模擬顯示整個分析的全過程。

4．小結(jié)
　　采用力控SCADA軟件eForceCon平臺對水質(zhì)的物理、化學(xué)、生物等指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將信息實(shí)時反饋到水利部水質(zhì)監(jiān)測中心，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)實(shí)時連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控檢測設(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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