基于力控科技軟件平臺的水質自動監測系統解決方案
摘要：采用力控科技軟件平臺對水質的物理、化學、生物等指標數據進行實時監控，并通過數據轉發協議將信息實時反饋到水利部水質監測中心，實現了水質的實時連續監測和檢測設備的遠程監控，達到及掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況、預警預報重大或流域性水質污染事故、解決跨行政區域的水污染事故糾紛、監督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。
1.概述
當前，我國主要江河、湖泊水體的水質總體上呈惡化趨勢，水質監測任務十分繁重，目前水利系統已建成由水利部、流域、省及其地（市）水環境監測中心、分中心，共２５１個監測機構組成的四級水質監測體系；水質監測站點３２４０處，基本覆蓋了全國主要江河湖庫；專職人員近三千人，技術力量較強，實現了對水質的有效監測。
雖然水利系統的水質監測體系和能力已經有了一定的基礎，但面對新時期水利發展的形勢與要求，自動化程度低、信息化落后的現狀。為了適應水資源管理與保護工作發展的需求，亟須采用新的自動化技術與管理手段提高水質監測技術的現代化和標準化以及管理制度化的水平。
2.水質自動監測系統
水質在線自動監測系統是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現代傳感器技術、自動測量技術，自動控制技術、計算機應用技術以及相關的分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動，統計、處理監測數據，可打印輸出日、周、月、季、年平勻數據以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各種監測、統計報告及圖表（棒狀圖、曲線圖多軌跡圖、對比圖等），并可將采集的數據信息轉發到環保中心數據庫或水利管理部門。系統具有監測項目超標及子站狀態信號顯示、報警功能；自動運行、停電保護、來電自動恢復功能；維護檢柞狀態測試，便于例行維修和應急故障處理等功能。
通過實施水質自動監測，可以實現水質的實時連續監測和遠程監控，達到及掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況、預警預報重大或流域性水質污染事故、解決跨行政區域的水污染事故糾紛、監督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。
3. 力控水質自動監測系統
3.1系統網絡拓撲結構
系統有水質監測子站和信息管理中心兩部分構成。監測子站內部包括采水部分、分析儀表、和計算機控制系統部分。信息管理中心主要是以數據處理分析為主。水質監測子站采用力控嵌入式HMI結合現場PLC與自動監測儀器實現了設備狀態監控、污染因子監測、設備反向控制、系統報警等功能，并通過GPRS/CDMA網絡向信息管理中心提供現場實時數據信息；信息管理中心由力控企業級實時歷史數據庫pSpace負責匯總、處理、分析來自所有水質監測站的實時數據，并將分析處理后的有價值的信息提供給環保管理部門。
3.2水質監測子站
水質監測子站的水樣經過采水系統通過泵、閥、管路進入到相關的儀器、儀表進行水質的自動分析與檢測，檢測后的數據信息通過RS485總線或GPRS/CDMA網絡傳送到水質監測站的監控系統—力控嵌入式HMI。力控嵌入式HMI對采集的數據進行簡單的分析處理，并根據分析的數據結果對現場的儀器、儀表泵、閥狀態、室內溫度、煙霧傳感、進行控制進而完成水質的取樣、監測。現場實時水質的物理、化學、生物的變量參數通過無線GPRS網絡與水質信息管理中心建立通訊，實現實時數據的共享。
力控嵌入式HMI具有通用監控組態軟件的眾多優點，支持支持串口、以太網、現場總線、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、智能模塊的通訊協議。力控嵌入式HMI具有豐富圖形界面組態功能，可以以動畫、曲線、報表的多種形式反映水質參數，并具備事件報警、設備運行報警的功能。力控嵌入式HMI結合現場PLC與自動監測儀器實現了設備狀態監控、污染因子監測、設備反向控制、系統報警等功能。
3.2.1基本功能實現
設備狀態監控
通過自動監測儀器設備數字輸出口或模擬量接口獲取儀器設備的工作狀態參數，還原設備的真實情況，如啟動、運行、測量、標定、停止、怠速、等設備當前運行狀態，能夠對試劑（氧化劑、催化劑、蒸餾水、標液、蒸餾劑、滴定劑）液位狀態、設備運行參數、室內溫濕度及煙感、門禁等信息進行監控。
污染因子監測
能直接讀取下端儀器發送的監測數據，并實現對數據采集儀器通道進行管理并監控；可以實現通道的開啟、閉合等操作。
設備反向控制
能夠實現對下端儀器的進行反向控制，反控命令包括：
a)遠程參數設置：
直接向自動監控現場設備發布遠程參數設置命令完成參數設置，如設備的上報周期、報警門限參數、設置現場機密碼、設置采樣頻率等，實現對自動監測設備進行遠程控制和操作。
b)遠程數據補采
可以發布遠程命令控制現場儀器進行遺漏數據的人工、自動采集。
c)遠程設備校準
可以發布命令完成對現場儀器設備進行量程校準、校零、校標、時鐘校準。
d)遠程及時采樣：
可以發布遠程命令控制現場儀器進行采樣分析。
系統報警
對設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、通訊故障等設備運行異常報警；能對煙感、水感、門禁等安全報警信息進行報警；對比實時監測數據，對超標排污企業提供報警功能，當發生監測項目超標或開關變位報警時，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，采用斷線重連技術保證通訊能夠永遠處在“熱召喚”狀態。管理人員可及時在中心控制室非常詳細的了解采樣系統的異常狀態，并采取響應的措施，如：對子站設備實施遠程控制。（注：包括系統斷電指示報警）。自動控制上加裝煙霧傳感裝置，當發生煙霧報警時，自動切斷相關儀器儀表的電源；根據子站監控房內室溫控制空調，加熱器的啟停，使室溫保持在常溫狀態，確保系統的正常運行。
3.3信息管理中心站建設
中心站可以通過無線GPRS/CDMA技術、衛星、電話撥號等多種通訊方式實現對各子站的實時監視、遠程控制及數據傳輸功能， 托管站也可以通過以上方式實現對所托管子站的實時監視、遠程控制及數據傳輸功能，其他經授權的相關部門可通過相關方式實現對相關子站的實時監視和數據傳輸功能
當水質監測子站當通訊故障或其他原因導致傳輸數據丟失或缺損時，可人工掃描子站獲取歷史數據，保證歷史數據的完整。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信息管理中心數據庫建設
信息管理中心采用力控大型企業級實時歷史數據庫pSpace負責匯總來自個水質監測站的實時數據，并向環保管理部門提供安全、科學的現場數據。
實時數據庫服務器采取冗余配置，在功能采用負荷均衡技術，完成與現場所有采集站的數據采集，并向操作站、WEB服務器和歷史數據庫提供數據。為提高系統性能，本設計通過實時數據庫服務器與現場采集站進行通訊，并將所有的采集站的通訊協議統一到同一通訊協議上，提高系統的通訊效率和服務器處理性能，實時數據庫服務器將完成中間量計算、累積量計算、趨勢、報警、數據短時歸檔、向數據庫站傳送數據等功能，并保存有信息記錄、操作記錄等功能。
3.3.2信息中心客戶端建設
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維護。客戶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計環境，漸進色調色板，立體效果的圖形展示；面向“服務模式”的可視化系統與視頻、多媒體、GIS系統、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ForceControl V7.0不僅實現了形象逼真的水質監測動態監控畫面，而且軟件與GIS、視頻系統的無縫集成使操作員如臨現場。
力控SCADA軟件ForceControl V7.0與企業級實時歷史數據庫pSpace是同一廠家的產品，兩者可以實現無縫集成，保證了數據的完整性。
水質信息管理中心具有以下主要功能：
◆通過GPRS網絡實時獲取各子站工控機的數據；
◆對監測數據進行統計和分析，通過報表及圖表（曲線、柱狀圖、餅狀圖）等多種方式展現出來；
◆對需要存儲的數據進行定時/變化率歷史保存；
◆對需要進一步分析的數據進行ODBC轉儲，存放到關系數據庫中；
◆對各子站通訊狀態實行監測，并支持斷線重連；
◆匯總報警，并可以通過聲、光、電、短信、語音等方式展現；
◆支持WEB發布和IIS服務，可以集成到門戶網站；
◆實時監控系統各單元的運行狀態，并動態模擬顯示整個分析的全過程。
4．小結
采用力控科技軟件平臺對水質的物理、化學、生物等指標數據進行實時監控，并通過數據轉發協議將信息實時反饋到水利部水質監測中心，實現了水質的實時連續監測和檢測設備的遠程監控，達到及掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況、預警預報重大或流域性水質污染事故、解決跨行政區域的水污染事故糾紛、監督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。
