力控eForceCon在水质自动监测系统中的应用

一、系统概述

当前，我国主要江河、湖泊水体的水质总体上呈恶化趋势，水质监测任务十分严峻。目前水利系统已经建成了由水利部、流域、省及其地（市）水环境监测中心、分中心，共２５１个监测机构组成的四级水质监测体系；水质监测站点３２４０处，基本覆盖了全国主要江河湖库；专职人员近三千人，技术力量较强，实现了对水质的有效监测。

虽然水利系统的水质监测体系和能力已经有了一定的基础，但是面对新时期水利发展的形势与要求，仍然存在自动化程度低、信息化落后的现状。为了适应水资源管理与保护工作发展的需求，亟须采用新的自动化技术与管理手段提高水质监测技术的现代化和标准化以及管理制度化的水平。

二、系统架构

系统架构如下图所示：

系统由水质监测子站和信息管理中心两部分构成：

• 监测子站，包括采水部分、分析仪表、和计算机控制系统部分。水质监测子站采用力控嵌入式HMI结合现场PLC与自动监测仪器实现了设备状态监控、污染因子监测、设备反向控制、系统报警等功能，并通过GPRS/CDMA网络向信息管理中心提供现场实时数据信息。
• 信息管理中心，主要是以数据处理分析为主，由力控企业级实时历史数据库pSpace负责汇总、处理、分析来自所有水质监测站的实时数据，并将分析处理后的有价值的信息提供给环保管理部门。

三、应用功能

水质在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术，自动控制技术、计算机应用技术以及相关的分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动，统计、处理监测数据，可打印输出日、周、月、季、年平匀数据以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表（棒状图、曲线图多轨迹图、对比图等），并可将采集的数据信息转发到环保中心数据库或水利管理部门。系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；自动运行、停电保护、来电自动恢复功能；维护检柞状态测试，便于例行维修和应急故障处理等功能。

1、水质监测子站

水质监测子站的水样经过采水系统通过泵、阀、管路进入到相关的仪器、仪表进行水质的自动分析与检测，检测后的数据信息通过RS485总线或GPRS/CDMA网络传送到水质监测站的监控系统—力控嵌入式HMI。力控嵌入式HMI对采集的数据进行简单的分析处理，并根据分析的数据结果对现场的仪器、仪表泵、阀状态、室内温度、烟雾传感、进行控制进而完成水质的取样、监测。现场实时水质的物理、化学、生物的变量参数通过无线GPRS网络与水质信息管理中心建立通讯，实现实时数据的共享。

力控嵌入式HMI具有通用监控组态软件的众多优点，支持支持串口、以太网、现场总线、电话拨号、电台、GSM/GPRS/CDMA等多种通讯方式，支持近2000种主流的PLC、仪表、智能模块的通讯协议。力控嵌入式HMI具有丰富图形界面组态功能，可以以动画、曲线、报表的多种形式反映水质参数，并具备事件报警、设备运行报警的功能。力控嵌入式HMI结合现场PLC与自动监测仪器实现了设备状态监控、污染因子监测、设备反向控制、系统报警等功能。

1）设备状态监控。通过自动监测仪器设备数字输出口或模拟量接口获取仪器设备的工作状态参数，还原设备的真实情况，如启动、运行、测量、标定、停止、怠速、等设备当前运行状态，能够对试剂（氧化剂、催化剂、蒸馏水、标液、蒸馏剂、滴定剂）液位状态、设备运行参数、室内温湿度及烟感、门禁等信息进行监控。

2）污染因子监测。直接读取下端仪器发送的监测数据，并实现对数据采集仪器通道进行管理并监控；可以实现通道的开启、闭合等操作。

3）设备反向控制。实现对下端仪器的进行反向控制，反控命令包括：a)远程参数设置：直接向自动监控现场设备发布远程参数设置命令完成参数设置，如设备的上报周期、报警门限参数、设置现场机密码、设置采样频率等，实现对自动监测设备进行远程控制和操作。b)远程数据补采：可以发布远程命令控制现场仪器进行遗漏数据的人工、自动采集。c)远程设备校准：可以发布命令完成对现场仪器设备进行量程校准、校零、校标、时钟校准。d)远程及时采样：可以发布远程命令控制现场仪器进行采样分析。

4）系统报警。对设备的各类故障进行报警，如供电电源断电、缺水样、缺试剂、控制器故障、通讯故障等设备运行异常报警；能对烟感、水感、门禁等安全报警信息进行报警；对比实时监测数据，对超标排污企业提供报警功能，当发生监测项目超标或开关变位报警时，自动报警管理软件将自动拨号向中心控制室上传报警信息；如果采用电话拨号方式，线路忙，将自动重拨直到拨通为止；如果采用GPRS通讯方式，采用断线重连技术保证通讯能够永远处在“热召唤”状态。管理人员可及时在中心控制室非常详细的了解采样系统的异常状态，并采取响应的措施，如：对子站设备实施远程控制。（注：包括系统断电指示报警）。自动控制上加装烟雾传感装置，当发生烟雾报警时，自动切断相关仪器仪表的电源；根据子站监控房内室温控制空调，加热器的启停，使室温保持在常温状态，确保系统的正常运行。

2、信息管理中心站

中心站可以通过无线GPRS/CDMA技术、卫星、电话拨号等多种通讯方式实现对各子站的实时监视、远程控制及数据传输功能，托管站也可以通过以上方式实现对所托管子站的实时监视、远程控制及数据传输功能，其他经授权的相关部门可通过相关方式实现对相关子站的实时监视和数据传输功能。

当水质监测子站当通讯故障或其他原因导致传输数据丢失或缺损时，可人工扫描子站获取历史数据，保证历史数据的完整。实时对各个通讯通道进行检测并可通过多种方式给出报警信号便于及时处理。报警信号可以支持多种方式，如声光报警、短信、拨号报警、EMAIL方式等。

信息管理中心采用力控大型企业级实时历史数据库pSpace负责汇总来自个水质监测站的实时数据，并向环保管理部门提供安全、科学的现场数据。

实时数据库服务器采取冗余配置，在功能采用负荷均衡技术，完成与现场所有采集站的数据采集，并向操作站、WEB服务器和历史数据库提供数据。为提高系统性能，本设计通过实时数据库服务器与现场采集站进行通讯，并将所有的采集站的通讯协议统一到同一通讯协议上，提高系统的通讯效率和服务器处理性能，实时数据库服务器将完成中间量计算、累积量计算、趋势、报警、数据短时归档、向数据库站传送数据等功能，并保存有信息记录、操作记录等功能。

信息中心建有操作员站、工程师站作为客户端完成对各子站控制与系统维护。客户端软件采用力控大型SCADA软件eForceCon，该软件具有灵活方便的模板化设计环境，渐进色调色板，立体效果的图形展示；面向“服务模式”的可视化系统与视频、多媒体、GIS系统、进行无缝集成；强大的编译及运算引擎，支持VBA脚本语言；强大的报警管理功能。

1）水质数据采集。通过GPRS网络实时采集各子站工控机的数据。

2）水质动态监测。通过形象逼真的水质动态监控画面，实时监控系统各单元的运行状态，动态模拟显示整个分析的全过程。可以与GIS、视频系统的无缝集成使操作员如临现场。

3）统计与分析。对监测数据进行统计分析，通过报表及图表（曲线、柱状图、饼状图）等多种方式进行展现。

4）数据存储。对需要存储的数据进行定时/变化率历史保存。

5）数据转储。对需要进一步分析的数据进行ODBC转储，存放到关系数据库中。

6）通讯状态监测。对各子站通讯状态实行监测，并支持断线重连。

7）报警管理。系统统一汇总报警信息，并可以通过声、光、电、短信、语音等方式展现。

8）网络发布。支持水质信息的WEB发布和IIS服务，并可以集成到门户网站。

四、应用总结

通过力控SCADA软件eForceCon平台的应用，实现对水质的物理、化学、生物等指标数据进行实时监控，并通过数据转发协议将信息实时反馈到水利部水质监测中心，实现了水质的实时连续监测和检测设备的远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。