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(jiān)測任務十分繁重，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)測機構組成的四級水質監(jiān)測體系；水質監(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，技術力量較強，實現(xiàn)了對水質的有效監(jiān)測。

      雖然水利系統(tǒng)的水質監(jiān)測體系和能力已經(jīng)有了一定的基礎，但面對新時期水利發(fā)展的形勢與要求，自動化程度低、信息化落后的現(xiàn)狀。為了適應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與管理手段提高水質監(jiān)測技術的現(xiàn)代化和標準化以及管理制度化的水平。

      2.水質自動監(jiān)測系統(tǒng)

      水質在線自動監(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、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(wǎng)絡所組成的一個綜合性的在線自動，統(tǒng)計、處理監(jiān)測數(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、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、來電自動恢復功能；維護檢柞狀態(tài)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(jiān)測，可以實現(xiàn)水質的實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)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(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。

      3.力控水質自動監(jiān)測系統(tǒng)

      3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

      系統(tǒng)有水質監(jiān)測子站和信息管理中心兩部分構成。監(jiān)測子站內部包括采水部分、分析儀表、和計算機控制系統(tǒng)部分。信息管理中心主要是以數(shù)據(jù)處理分析為主。水質監(jiān)測子站采用力控嵌入式HMI結合現(xiàn)場PLC與自動監(jiān)測儀器實現(xiàn)了設備狀態(tài)監(jiān)控、污染因子監(jiān)測、設備反向控制、系統(tǒng)報警等功能，并通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡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負責匯總、處理、分析來自所有水質監(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水質監(jiān)測子站

      水質監(jiān)測子站的水樣經(jīng)過采水系統(tǒng)通過泵、閥、管路進入到相關的儀器、儀表進行水質的自動分析與檢測，檢測后的數(shù)據(jù)信息通過RS485總線或GPRS/CDMA網(wǎng)絡傳送到水質監(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)進行簡單的分析處理，并根據(jù)分析的數(shù)據(jù)結果對現(xiàn)場的儀器、儀表泵、閥狀態(tài)、室內溫度、煙霧傳感、進行控制進而完成水質的取樣、監(jiān)測?，F(xiàn)場實時水質的物理、化學、生物的變量參數(shù)通過無線GPRS網(wǎng)絡與水質信息管理中心建立通訊，實現(xiàn)實時數(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，支持支持串口、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，可以以動畫、曲線、報表的多種形式反映水質參數(shù)，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(xiàn)場PLC與自動監(jiān)測儀器實現(xiàn)了設備狀態(tài)監(jiān)控、污染因子監(jiān)測、設備反向控制、系統(tǒng)報警等功能。

      3.2.1基本功能實現(xiàn)

      設備狀態(tài)監(jiān)控

      通過自動監(jiān)測儀器設備數(shù)字輸出口或模擬量接口獲取儀器設備的工作狀態(tài)參數(shù)，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(tài)，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(tài)、設備運行參數(shù)、室內溫濕度及煙感、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并監(jiān)控；可以實現(xiàn)通道的開啟、閉合等操作。

      設備反向控制

      能夠實現(xiàn)對下端儀器的進行反向控制，反控命令包括：

        a)遠程參數(shù)設置：

      直接向自動監(jiān)控現(xiàn)場設備發(fā)布遠程參數(shù)設置命令完成參數(shù)設置，如設備的上報周期、報警門限參數(shù)、設置現(xiàn)場機密碼、設置采樣頻率等，實現(xiàn)對自動監(jiān)測設備進行遠程控制和操作。

        b)遠程數(shù)據(jù)補采

      可以發(fā)布遠程命令控制現(xiàn)場儀器進行遺漏數(shù)據(jù)的人工、自動采集。

      c)遠程設備校準

      可以發(fā)布命令完成對現(xiàn)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(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(jiān)測數(shù)據(jù)，對超標排污企業(yè)提供報警功能，當發(fā)生監(jiān)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(tài)。管理人員可及時在中心控制室非常詳細的了解采樣系統(tǒng)的異常狀態(tài)，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(tǒng)斷電指示報警）。自動控制上加裝煙霧傳感裝置，當發(fā)生煙霧報警時，自動切斷相關儀器儀表的電源；根據(jù)子站監(jiān)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(tài)，確保系統(tǒng)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(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)授權的相關部門可通過相關方式實現(xiàn)對相關子站的實時監(jiān)視和數(shù)據(jù)傳輸功能

      當水質監(jiān)測子站當通訊故障或其他原因導致傳輸數(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)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(shù)據(jù)庫建設

      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負責匯總來自個水質監(jiān)測站的實時數(shù)據(jù)，并向環(huán)保管理部門提供安全、科學的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

      實時數(shù)據(jù)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(xiàn)場所有采集站的數(shù)據(jù)采集，并向操作站、WEB服務器和歷史數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。為提高系統(tǒng)性能，本設計通過實時數(shù)據(jù)庫服務器與現(xiàn)場采集站進行通訊，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)的通訊效率和服務器處理性能，實時數(shù)據(jù)庫服務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(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計環(huán)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(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與實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace是同一廠家的產(chǎn)品，兩者可以實現(xiàn)無縫集成，保證了數(shù)據(jù)的完整性。

      水質信息管理中心具有以下主要功能：

      ◆通過GPRS網(wǎng)絡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)出來；

      ◆對需要存儲的數(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轉儲，存放到關系數(shù)據(jù)庫中；

      ◆對各子站通訊狀態(tài)實行監(jiān)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(xiàn)；

      ◆支持WEB發(fā)布和IIS服務，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

      采用力控SCADA軟件eForceCon平臺對水質的物理、化學、生物等指標數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)轉發(fā)協(xié)議將信息實時反饋到水利部水質監(jiān)測中心，實現(xiàn)了水質的實時連續(xù)監(jiān)測和檢測設備的遠程監(jiān)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(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。