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)測機構(gòu)組成的四級水質(zhì)監(jiān)測體系；水質(zhì)監(jiān)測站點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，實現(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)測項目超標(biāo)及子站狀態(tài)信號顯示、報警功能；自動運行、停電保護、來電自動恢復(fù)功能；維護檢測狀態(tài)測試，便于例行維修和應(yīng)急故障處理等功能。
通過實施水質(zhì)自動監(jiān)測，可以實現(xiàn)水質(zhì)實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控，達到掌握主要流域重點斷面水體的水質(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情況、排放達標(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)拓撲結(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)場實時數(shù)據(jù)信息；信息管理中心由力控企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace負責(zé)匯總、處理、分析來自所有水質(zhì)監(jiān)測站的實時數(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、管路進入到相關(guān)的儀器、儀表進行水質(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、煙霧傳感進行控制，進而完成水質(zhì)的取樣、監(jiān)測?，F(xiàn)場實時水質(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，實現(xiàn)共享實時數(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，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)備的真實情況，如啟動、運行、測量、標(biāo)定、停止、怠速等設(shè)備當(dāng)前運行狀態(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)備運行參數(shù)、室內(nèi)溫濕度及煙感、門禁等信息進行監(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)，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集儀器通道進行管理與監(jiān)控；可以實現(xiàn)通道的開啟、閉合等操作。
? 設(shè)備反向控制
能夠?qū)崿F(xiàn)對下端儀器進行反向控制，反控命令包括：
a)遠程參數(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)場機密碼、設(shè)置采樣頻率等，實現(xiàn)遠程控制和操作自動監(jiān)測設(shè)備。
b)遠程數(shù)據(jù)補采：
可以發(fā)布遠程命令控制現(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)遠程及時采樣：
可以發(fā)布遠程命令控制現(xiàn)場儀器進行采樣分析。
? 系統(tǒng)報警
對設(shè)備的各類故障進行報警，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)備運行異常報警；能對煙感、水感、門禁等安全信息進行報警；對比實時監(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，線路忙將自動重撥直到撥通為止；如果采用GPRS通訊方式，采用斷線重連技術(shù)保證通訊能夠永遠處在“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)備實施遠程控制。（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，實現(xiàn)對各子站的實時監(jiān)視、遠程控制及數(shù)據(jù)傳輸功能，托管站也可以通過以上方式實現(xiàn)對所托管子站的實時監(jiān)視、遠程控制及數(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)方式實現(xiàn)對相關(guān)子站的實時監(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。實時對各個通訊通道進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)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace，負責(zé)匯總來自個水質(zhì)監(jiān)測站的實時數(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)。
實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采取冗余配置，功能采用負荷均衡技術(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)計通過實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與現(xiàn)場采集站進行通訊，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。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)、進行無縫集成；強大的編譯及運算引擎，支持VBA腳本語言；強大的報警管理功能。采用力控eForceCon不僅實現(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與力控實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace可以實現(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)實時獲取各子站工控機的數(shù)據(jù)；
◆對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(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)進行定時/變化率歷史保存；
◆對需要進一步分析的數(shù)據(jù)進行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；
◆實時監(jiān)控系統(tǒng)各單元的運行狀態(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)進行實時監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將信息實時反饋到水利部水質(zhì)監(jiān)測中心，實現(xiàn)了水質(zhì)實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控檢測設(shè)備，達到掌握主要流域重點斷面水體的水質(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情況、排放達標(biāo)情況等目的。
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