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                        力控科技

                        管控一體化解決之道

                        水質在線聯網監測系統

                        1 方案概述

                        近年來隨著各地工業、農業的大規模發展,各地的水環境污染事件頻頻發生。其中生產企業產生的廢水不經處理直接排放、大量垃圾造成的飲用水源污染、地下水污染等現象屢禁不止,這些都嚴重影響了人們的健康生活和社會穩定。 

                        為了改善水環境,環境保護部 、國家發展和改革委員會、財政部和水利部 聯合發布了《重點流域水污染防治“十二五”規劃》。要想實現《規劃》中設定的防治目標,必然需要有先進的水質在線自動監測體系才能滿足人民群眾對水質安全健康越來越迫切的關注和需求。 

                        水質在線監測聯網系統能做到24小時不間斷、連續監測和遠程監控,達到及時掌握水質狀況,預警預報重大水質污染事故,以便使水廠在發生重大水污染時掌控水源水質狀況,做到防范、解決突發水污染事故的目的。同時還可以在發生水源水質污染時及時通報政府有關部門,啟動相應應急預案,確保城市供水安全。 

                        2 系統建設難點

                        1) 大部分地表水、地下水流域環境復雜,很多排污方式相當隱蔽,導致污染現象不容易被發現。 

                        2) 水質監測點分布不均,覆蓋面也不夠廣泛。農村水質監測點數量與自動化水平明顯落后于城市,部分監測點還是人工監控,浪費了大量人力同時也無法保證實時快捷。 

                        3) 部分水質監測站還處于獨立運行狀況,無法將實時水質數據上傳至集控中心,不利于統一調度與管理。 

                        4) 一些環保中心調度平臺缺少報警智能通知平臺,無法對污染報警做出及時的反應和處理。 

                        3 系統架構

                        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。

                        3.1 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

                        3.2 信息管理中心

                        信息管理中心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

                        4 系統功能

                        4.1 水質在線監測

                        環保局通過監控中心實時監控屏能隨時了解掌握各監測站水質在線監測系統運行實況,可直觀了解掌握水質在線監測系統各個監測點的運行實況,正常、報警、離線的監測點在圖中以不同圖例表示,簡潔直觀。數據實時顯示實現對河流水質監測數據(氨氮、CODBODSSCu2+等)的實時顯示,采用動態折線圖或實時數據的形式展示,可以對監測參數進行選擇,在系統空間監測相應點位上顯示當前的監測數據,同時,系統根據用戶設定相應得河流水質標準,將所獲的水質監測數據與該環境質量標準進行比對,進行超標實時顯示。 

                        4.2 遠程控制

                        可遠程控制監測站點各儀器設備。系統支持的遠程控制命令有COD儀、氨氮儀、總磷儀等分析儀器的遠程清洗、測量、校準,手動采樣,系統清洗,流量計清零等操作。 

                        4.3 GIS信息系統集成

                        空間定位利用GIS的管理空間數據的功能,將分布在不同監測點或采樣點在系統上進行空間顯示定位。 

                        4.4 歷史數據查詢

                        提供針對歷史數據的統計分析功能,支持將查詢結果導出為EXCELPDFRTF等格式的文件。統計分析實現對監測數據的歷史數據(日統計、月統計、年統計)進行統計分析。統計出該斷面最大值、最小值、平均值,以圖表和表格的形式展示。


                        4.5 數據統計分析

                        根據該監測河流的所有斷面監測數據,對該河流進行最大值、最小值、年平均值、月平均值、各類標準的污染指數、河流綜合污染指數、污染分擔率、污染負荷比等指標進行統計分析。也可以按照豐、谷、平水期對河流進行最大值、最小值、年平均值、月平均值、各類標準的污染指數、河流綜合污染指數、污染分擔率、污染負荷比等指標進行統計分析。 

                        以上所有分析統計數據均可以通過報表、曲線等方式實現數據查詢與導入導出等操作,根據不同統計結果制作相應的環境專題圖。 

                        4.6 智能報警及預警

                        可判斷系統運行狀態正常與否,一旦出現問題,立即啟動故障處理程序,并進行報警。同時可根據各個監測站點的實時水質數據,與預先設定好的限制數據進行比較,一旦超限立即對污染事件進行定位報警,并且可以根據需要進行緊急任務的啟動。及時向上級部門通報污染狀況,向受污染區域發出預警,為管理部門制定解決方案提供真實可靠數據。 

                        5 系統產品設計

                        根據系統設計軟件由以下產品組成:SCADA平臺軟件、企業級實時歷史數據庫、計算引擎軟件、報警管理軟件、關系數據庫軟件、計算服務器、GIS平臺軟件、Web服務器軟件、安全防護軟件及相關應用軟件組成。軟件系統選型采用力控ForceCon一體化集成平臺,該平臺產品覆蓋整個工業信息化領域,通過分布式實時數據庫的特點實現系統間的高效集成、級聯及擴容,可為企業用戶提供一個快速/高效的平臺產品,滿足各種工業信息化企業需求。

                        平臺產品以“分布式實時數據庫”為核心搭建力控家族“工業控制消息總線”,并支持集成面向服務(SOA)系統架構的“信息服務總線”。消息總線和服務總線提供可靠通用的信息交互機制和廣域服務機制,實現整個系統間的安全高效的數據通信和應用集成。貫穿整個企業信息化業務,可以自由構建不同規模的應用,實現從底層工業現場控制(小型場站系統、嵌入式HMI)、到生產調度指揮管理(SCADA)及上層信息化管理(MES、ERP)的融合。

                        平臺產品軟件架構圖如下說明:

                        5.1 SCADA平臺軟件eForceConV5.0

                          本系統SCADA采用力控SCADA平臺軟件eForceCon V5.0,該平臺是以分布式區域實時數據庫為核心,分布式實時數據庫技術可以保證生產數據精確輸出并完成可視化,實時數據庫無限的分層結構可使大型企業信息盡收眼底。力控SCADA平臺組態軟件具有靈活的系統應用架構,可以自由構建不同規模的應用,滿足用戶對企業信息化的多樣性要求,用戶在此基礎上可以靈活的構建適合企業應用的解決方案。

                        eForceCon具備分布式的數據源管理模式,可視化人機交互界面無需編程,直接通過遠程數據源的組態方式就能與遠程數據庫進行信息交互,完成生產監控、查詢、曲線分析等各項功能。

                        SCADA平臺功能特性如下說明:

                        -支持以分布式實時數據庫為系統核心的一體化軟件平臺,具備開放、集成、面向對象的開發環境,系統開發人員可方便使用。

                        -支持客戶端/服務器(C/S)和B/S(“瘦”網絡客戶端)架構,不同網絡節點以分布式的數據源管理方式來進行信息交互。

                        -具備軟冗余、硬冗余及雙工熱備冗余模式。

                        -具備穩定、靈活架構及擴展能力,可支持超過萬點的通訊點數,靈活可靠,易于擴展客戶端的添加不影響整體系統的性能,

                        -具有完整的報警管理能力支持ISA18.2的報警標準,可支持多級報警管理、聲光等報警輸出以及參數在線調整等功能。

                        -提供部署服務器,可管理、編輯、監控遠程節點工程及平臺狀態。

                        -可提供編程語言供用戶使用,支持用戶自定義函數的開發。

                        -支持用戶自定義功能和二次開發組件,可以集成第三方插件及可執行程序。

                        -支持大分辨率的窗口圖形顯示,提供基于面向對象的模板化的可視化開發工具。

                        -支持將C/S客戶端完整發布到Web上,Web容器支持第三方插件發布。

                        -軟件開發出的工程應具備項目文件備份功能,并且應支持工程文件口令保護。

                        -支持使用用戶,權限,優先級,安全區的方式為用戶提供安全驗證。

                        5.2 企業級實時歷史數據庫pSpace6.1

                        本系統需要記錄大量的具有時間特征的監控數據,針對數據的讀取、歸檔、查詢和分析做綜合展示,本項目采用不依賴于任何關系數據庫的實時歷史數據庫軟件。企業級實時歷史數據庫軟件運行于數據庫服務器,數據庫服務器可根據要求設定集群冗余(磁盤陣列),實時歷史庫軟件支持集群冗余方式。

                        實時數據庫系統軟件實現實時采集生產過程裝置數據并連續進行存儲并統計,數據在存儲時根據每個數據點設定的壓縮比參數進行存儲。該軟件可對(系統項目)實現網絡化的生產監視和數據分析,使(系統項目)能夠實時掌握下屬生產企業的安全生產狀況。

                        力控企業級實時數據庫pSpace是一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統,可以用于采集、壓縮、存儲、加工、分析等任何帶有時間特性的生產信息,pSpace提供全系列的工業通訊接口及ERP業務接口,實現生產監控到調度管理的完美整合。能極大地提高企業的智能化及決策的精度和速度。

                             多平臺的支持能力可運行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多種Linux操作系統。

                        企業級實時歷史數據庫pSpace產品特性與指標

                        支持在線連續存儲,并達到30萬條記錄/秒的存儲速度。

                        企業級實時歷史數據庫單臺服務器應可以支持100萬點的數據點。

                        數據壓縮率可高達40:150:1);

                        數據庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒。

                        實時歷史數據庫1000個客戶端并發查詢,每秒應可達2萬條記錄。

                        實時庫應穩定支持256客戶端并發查詢。

                        5.3工業報警管理平臺FAlarm

                        力控工業智能報警平臺FAlarm可適用于多層監控系統的報警集中管理,采集模塊負責報警的采集可支持各類SCADA、DCS、關系數據庫等報警數據的接入,支持基于標準OPCAE、OPCUA的報警數據采集。中心模塊負責報警的處理、存儲、發布、顯示等功能,提供直觀的報警查詢分析功能,有效的提供報警管理的改進方案,輔助企業實現自底層現場到生產調度的報警集中管理。

                              ■ 報警系統設計

                        強大的分布式報警、事件處理,支持ISA18.2標準,可以單獨設立報警服務器,獨立管理報警的通知與存儲。

                        采用樹形結構的區域報警和報警組對象的組合管理方式,支持精確定位報警信息,方便查找與管理;

                        客戶端能顯示和確認來自分布式網絡上任何服務器上的實時報警;

                        支持網絡報警及操作事件的數據斷線存儲,并具備自動恢復功能;

                        支持工業現場報警“雪崩”處理,方便響應大型系統異常及緊急情況;

                        支持千萬條級別報警記錄存儲,并方便網絡查詢;

                        支持報警處置與評論,并可根據業務形成報警知識庫

                        支持高達10個條件報警判斷(H5、H4、H3、HH、HI、LO、LL、L3、L4、L5);

                        支持的報警類型有限值報警,偏差報警,變化率報警,開關量報警。可設置十種限值報警,報警支持1-9999種優先級,報警可分0-99組,每個報警點可設置最多10個報警標簽。


                              ■ 報警顯示與查詢

                        可視化報警的管理組件接收發生的報警信息,可將發生報警的點,數值,報警類型等信息及時輸出,主要功能包括:

                             支持實現對測點、區域、類型、級別的統計查詢,用戶可根據查詢條件設定統計規則,內置腳本函數也可實現統計查詢功能。

                        支持自定義的報警顯示擴展與調整,按照報警類別、時間、標簽可方便分類,支持腳本在后臺動態控制。

                        根據任意數據項作為索引來過濾和分類報警信息,可查詢任一單元、任一時間段內、任一報警級別和類別的歷史報警信息的檢索。

                        支持查詢窗口帶有內置滾動條、可調大小的顯示列、多項報警選擇、更新的狀態欄、動態顯示類型以及報警優先級顯示顏色。

                        支持根據用戶需求設定,能夠實現按照發生時間、報警等級的順序自上而下顯示。

                        支持用顏色變化、聲音、閃爍區別,每一種級別的報警都可設定指定顏色界面和聲音提示,報警聲音可根據需要進行調節和屏蔽。


                        ■  報警輸出

                        報警通知支持多媒體語音、視頻、文本語音轉換、郵件和短信等實時方式的報警通知與輸出。

                        支持將報警信息轉儲到第三方數據庫系統,提供對外的報警查詢接口,方便與第三方軟件進行調用。


                        5.4 智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx

                        系統采用力控智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx搭建企業的管理平臺,該平臺為企業提供生產動態管理駕駛艙、實時決策調度、設備動態管理、生產預警、能源管理等生產應用來持續不斷的改善生產過程,以達到改善企業生產管理的目的。

                               力控智能生產信息門戶集成平臺完全是模塊化設計,提供基礎的工廠數據建模和各類豐富的分析組件,該平臺可分為采集層、數據層、web服務層、web前端等,從而為企業智能制造的動態生產管理提供數據分析、診斷、展示的門戶平臺。針對節能降耗領域的管控中心建設可提供橫向和縱向能源分析、能源診斷、能源審計、能源設備診斷等管理功能。



                        智能生產信息門戶集成平臺功能包括:
                        生產設備管理:包括:生產裝置管理、設備臺賬管理、設備運行管理、設備維護管理等。

                        計量器具管理:包括:計量器具臺賬、計量器具檢定管理等。

                        生產計劃管理:包括:產品產能管理、計劃排產管理等。

                        生產報表管理:包括:生產報表模板、生產日報、月報、季報、年報、生產完成情況統計報表等。

                        生產調度管理:包括:生產異常情況管理、交接班日志管理、調度日志管理等。

                        能源管理:包括:能源計量設備管理、能源計劃、實績、成本,及能源統計分析等。

                        生產過程監控,包括:生產工藝流程圖、能流圖等。

                        關鍵的績效指標KPI展示、統計過程控制分析SPC等

                               設備運行效率OEE管理等

                        5.5 生產調度計算平臺Fycber

                        本系統需要通過實時歷史數據庫及計算引擎可實現系統的生產調度分析(如排程、預測等)。通過力控實時歷史數據庫提供的海量數據源與計算引擎的多種優化算法相結合,能夠實現在線優化全廠過程自動化系統,保證全廠裝置在實際生產過程中達到優化調度、節能降耗的作用。

                        力控計算引擎Fcyber基于node.js腳本引擎結合靈活的編程語言,實現海量數據的統計分析、關系數據庫交互以及第三方用戶自定義庫封裝調用等功能。結合力控企業級實時歷史數據庫pSpace、以及離線仿真平臺,可實現從采集、數據處理、數據模型建立、控制策略到全廠綜合自動化在線優化,進而可將企業領導者的經營決策、生產管理和調度信息落實至全廠裝置的實際生產過程中,達到統計分析、優化調度、節能降耗的作用。

                        計算引擎功能說明:

                        工程管理

                        支持工程任務的創建、刪除、修改

                        支持配置多任務,支持多任務的并行執行

                        支持工程備份、導入/導出

                        支持工程加密

                         任務管理

                        支持任務的編輯、調試

                        支持模板功能

                        任務運行狀態、結果監控

                         腳本編輯器

                        支持js腳本

                        支持復制、粘貼、撤銷

                        支持高亮、語法檢測、提示聯想

                        支持任務代碼配置調試、運行調試

                         函數

                        支持pSpace函數

                        支持各類關系數據庫操作函數

                        支持自定義函數

                        支持第三方算法調用

                        Node.js原生支持函數

                        5.6 工業安全隔離網關pSafetyLink

                        為了防范黑客及惡意代碼等對底層生產網絡的攻擊侵害及由此引發的生產事故,保障生產系統的安全穩定運行,需要建立生產系統安全防護體系,系統安全防護工作應當堅持安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證的原則,保障底層生產系統的安全。因此在保障生產系統的可靠和安全運行上,提供兩款工業級防護產品以供客戶根據現場實際情況選擇,一種是利用工業網絡安全防護裝置的雙系統,單項隔離傳輸功能,將病毒及網絡惡意行為徹底隔離在外網,做到最大限度的安全防護。另一種是使用白名單的默認禁止機制,為網絡進行邏輯的邊界隔離。

                        力控pSafetyLink是專為工業網絡應用設計的防護設施,用于解決工業SCADA控制網絡如何安全接入信息網絡(外網)的問題。它與防火墻等網絡安全設備本質不同的地方是它阻斷網絡的直接連接,只完成特定工業應用數據的交換。由于沒有了網絡的連接,攻擊就沒有了載體,如同網絡的“物理隔離”。由于目前的安全技術,無論防火墻、UTM等防護系統都不能保證攻擊的一定阻斷,入侵檢測等監控系統也不能保證入侵行為完全捕獲,所以最安全的方式就是物理的分開。

                        ■    最高級別安全設備

                        安全隔離網關是目前最高級別的安全防護設備,用于進行特別重要的區域安全隔離,我們的設備采用硬件加軟件的多重技術保障區域間的物理隔離。

                        ■   測點級訪問控制

                        安全隔離網關支持測點級的訪問控制,可以根據具體到點的讀、寫、可見、不可見、進行控制,杜絕誤操作、提高了數據和控制的管理粒度。

                          安全隔離技術

                        截斷TCP連接的方法,徹底割斷穿透性的TCP連接,內部采用高位加密技術進行傳輸數據的保護。

                         內核安全技術

                        基于Linux裁剪優化后的嵌入式內核,裁剪其它所有無關的網絡服務、系統功能,屏蔽了無關端口,進一步提高了系統安全性和抗攻擊能力。

                        自檢測自恢復

                        安全隔離網閘內嵌的高性能工業通信軟件提供完善的系統在線自診斷、故障自動恢復、“看門狗(軟件名稱)”管理等系統功能。

                         可靠身份認證

                        自帶專用配置工具,專用配置工具具有身份權限的簽名認證識別和構建高位加密的管理傳輸通道,保障了設備的自身登錄安全性。

                         高可靠硬件設計

                              在PCB電路板的設計中,加有線性穩壓及濾波裝置,并嚴格按照 EDA 對高頻電路設計的要求,設計了單獨的電源層與地層,進一步保證了整個板上電源的穩定性。硬件模塊都采用電子式長壽命設計,設計遵循分布均勻、布局合理的原則,風扇處增加了防護罩,而且緊靠散熱源,起過濾作用,避免灰塵和濕氣;通過增加專用轉接板,起到了更好的加固和抗震作用;

                        6 系統軟件清單

                        7 方案總結

                        力控水質自動監測系統對水質的物理、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





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