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概述
水质监测系统是一个分布式网络结构的数据采集和监控系统。它是在开放系统结构(Open Systems Architecture)设计思想指导下开发的新一代环境监测系统。
因此它同样适用于大气、噪声的环境监测。
具有功能完善、稳定可靠、配置灵活、适应性强和便于扩充的特点。由于本系统的设计严格遵循了"开放"的原则，因此计算机硬件的升级换代不会影响系统的基本结构和已实现的功能，系统中可以不断的加入最新的、性能最好的计算机，而已有的设备和已实现的功能仍能够继续使用。
一.系统主体网络结构
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图1 系统主体网络结构
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如图1所示，整个HR9000水质监测系统是一个以拨号网络(卫星通讯网络)为基础的广域网．
各个监测子站是网络系统的第一层，一级中心站是网络系统的第二层，二级中心站是网络系统的第三层；依次类推，可以建立第四层，第五层的数据处理中心站。第二层网络实际上相当于地区级的环境监测中心，而第三层则相当于省级的环境监测中心。实际的网络系统配置可以比图示的结构灵活的多，比如：可以把某些监测子站直接接入二级中心站而不通过一级中心站；还可以用笔记本电脑设置成移动工作站，监测人员可以随时随地的对子站实现监控，只需要在具备拨号上网条件的地方就可以了。
图中实线部分为本项目的系统结构，子站为现场的自动监测站，二级中心为省环保监测中心站。以后若需要扩充子站或中心站，系统结构不需要改变，主要硬件设备和软件也不需增加，非常方便。
2.总线结构的现场网络
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图2 现场网络结构
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如图2所示，现场子站采用通用的现场总线结构(通讯协议为MODBUS,通讯接口为RS485)
五参数、COD、TOC、TP、TN等有RS485标准通讯接口的仪表和PLC、工控机通过RS485通讯接口直接连入网络；泵、阀、温度、烟雾等输入输出信号为模拟量、脉冲量或开关量的仪表或设备连接到PLC,由PLC实现其与控制与数据处理与现场网络的连接．
水质监测系统目前采用的监测仪表通常都带有标准的422/485串行通讯接口，包括：五参数、COD、TOC、TP、TN等，都支持标准的通讯规约。同时这些仪表也都提供传统的输入输出信号的连接。采用现场总线的通讯方式比连接输入输出信号的方式要简单和可靠的多，也是目前现场数据采集控制系统的发展趋势。
二.系统组成
1.层次结构
在构成HR9000水质自动监测系统的各个主要成份中，可将它们分为四大类。
· 一类属于现场基础设备，包括现场仪器、仪表、采水系统、电源控制系统等；
· 一类属于计算机基本软硬件平台支持，包括计算机、操作系统、网络系统、数据库系统等；
· 一类是与应用系统直接有关的产品，如应用软件等；
· 还有一类介于计算机平台和应用系统之间，就是通用数据采集和监控软件。
在HR9000系统中，使用了Intellution公司的FIX MMI SCADA软件。
以上四类成分组成了HR9000系统的一个非常清晰的层次结构，如图3：
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图3 系统的层次结构
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2.硬件与软件
水质自动检测系统采用了以下硬件、软件和网络产品作为构成系统的主要成份：
· 计算机及相应的操作系统：
──监测子站采用工业控制计算机Windows NT/Windows98/Windows2000
──各级中心站采用商用微机和服务器 WindowsNT/Windows98/Windows2000
· 网络系统
──RS422/RS485现场网络
──IEEE 802.3 ETHERNET局域网(LAN)
──MS RAS（Remote Access Server）拨号网络（WAN）
· 数据库系统
──MS SQL SERVER用于各级中心站
· 通用数据采集监控软件系统
──Intellution公司的FIX MMI / iFix
· 应用软件系统
──SDIALSCAN子站数据处理和通讯软件
──MDIALSCAN中心站数据处理和通讯软件
──MS SQL SERVER数据库处理软件
──MS EXCEL报表软件
· 现场仪器、仪表设备
──ABB 7976 五参数仪
－－SERES COD2000
－－SERES TOC(以后增加)
－－SERES TP(以后增加)
－－SERES TN(以后增加)
－－流量测定仪
－－PLC
－－其它
· 监测子站其他设备
－－监控系统
－－配电系统
－－采水系统
－－配水系统
－－空气系统
－－清水系统
三.系统功能和技术特性
1. 控制功能
系统具有较强的操作性能、维护性能、扩展性能、伸缩性、很高的安全性和可靠性．
· 可以实现各种监测设备的多种信号的连接和数据传输．
数据采集设备采用PLC或控制器，可以与现场各种设备的输入／输出的模拟、脉冲和开关数字信号连接
；通过通用的通讯接口RS485与现场工控机连接并构成现场网络，现场网络采用通用的工业通讯标准
MODBUS通过通用的拨号网络与远程计算机相连，并可实现双向数据传输．
· 可以实现各种控制功能
根据用户对不同设备的要求，进行相应的控制．如设备的开关、切换、标定、
调节、清洗、连锁保护、报警等，并可以实现多点多路切换．
各种功能都具备自动／手动两种控制方式．
· 主要控制功能可实现远程控制．
基础：
A.现场站采用了总线型的通讯网络，主要监测仪表通过通讯接口与工控机连接，可以实现多参数
和数据的双向传输．
B.数采设备除具有采集功能，还有强大的控制功能．
C.现场站和远程站之间实现了双向的数据传输．
功能：
监测设备的启停，阀门的开关，流量的切换，反冲和清洗，主要设备
量程的设定和状态监测和自动标定．
2. 高可靠性的稳定性，平均无故障工作时间大于3000小时．
3. 良好的开发性和可扩展性
采用通用的、开放的、标准的数采和控制设备，网络结构，通讯协议，操作系统，组态软件(具体内容
见4.3.2)
4. 具有24小时数据自动存储，并可保存六个月以上的运行数据．
5. 具有防雷击，抗电磁干扰功能．
在现场设避雷设施．
主要监测设备都符合欧盟关于电磁辐射的规定(CE):
A. 能抗外部 150kHz 和 1GHz之间的电磁辐射.
B. 没有150kHz 到 1GHz之间的电磁辐射.
C.能抗直接导入到主电源引线（或分开或同时引人各导线）的2000V高压
D. 所有的输入输出端子能抗1KV的电磁感应．
E.面板的金属部件和按键开关能抗8KV的静电放电．
6. 远程数据通讯
· 自动站和监测站之间的数据传输采用城市电话网络(市话，长话)和卫星通信方式建立连接。
· 上级站自动对下级站进行扫描．完成历史数据的上传、对时，然后关闭连接，挂断电话；这样就完成
了对一个监测子站的扫描；接下来继续拨通下级站．当监测子站出现异常情况，发生报警后，监测子
站会主动拨通一级中心站，将报警信息传送给一级中心站．
· 子站和中心站则采用的是客户／服务（Client/Server) 网络通讯方式．
· 可通过多种通讯介质，包括拨号网络、卫星通信、电力线载波、微波、光缆和无线电台等实现中心站
与中心站、中心站与监测子站的远程通讯。在监测子站内以1:n的方式实现对多台仪表的通讯，并且包
括备用通道的处理，在主通道故障时可自动切换到备用通道。
7. 系统软件具有自检和功能保护功能．
8. 系统具有强大的数据处理功能．
· 能定时自动或人为采集不同时间段的历史数据进行报表统计和图形曲线分析
· 自动形成并打印，自动生成日报、周报、月报、年报等，能判断水质类别和各指标的超标情况．
· 日报、周报、月报、年报包含样本数、最大值、最小值、平均值、均值水质类别及总数据．
· 采用多种统计方法(数据、曲线、图、表等)进行数据处理，可以进行不同时间段的数据处理并进行
对比，并对超标情况等进行记录．
· 管理和维护子站系统中的的统一实时数据库，包括存取控制，一致性保护实时计算，实时数据库的备
份和恢复等功能．
· 对每一个实时数据库中的点可按用户选定的周期实现历史数据记录并可随时查询和使用，形成趋势曲
线或用于统计分析．
9. 通过通用的通讯接口采集分析设备实时数据并存储，在线检测各监测设备的运行状况和自检设备运行
状况，具有设备运行报警功能，并能记录报警情况．
10. 报警功能
报警处理，包括开关状态报警、非操作变位(异常动作)报警，越限报警的死区处理，报警的恢复和报
警确认处理．报警形式包括声响、灯光、CRT报警窗口的报警显示．
11. 操作权限
不同的使用者具备不同的操作权限和操作范围．设置不同的口令字控制，不同的操作和操作范围在执
行遥控操作时进行口令字复合，以确保系统不受无关人员误操作的破坏。对于操作员的重要操作，系
统都将在运行日志上给予记录。
四. 应用软件系统
以FIX为平台开发，保证系统的稳定，可靠，并具有良好的开放性．
1. 子站数据处理和通讯软件SDIALSCAN
SDIALSCAN是运行在监测子站工控机上的专用系统软件。
主要包括以下几个功能：
· 原始数据处理
每小时（可变）对实时监测数据进行一次处理，将各个监测参数的分钟（可变）值和其它信息生成数
据表，该数据表将在中心站要求传送数据时，被发送到中心站。它是中心站生成各种统计数据的基础
信息。
· 实时报警处理
实时监测系统运行的报警信息，当发生监测参数越限、烟雾报警、供电系统异常断电等报警事故，优
先拨号接通中心站，将报警信息发送给中心站。
· 系统对时
根据中心站的系统时间设置工控机的系统时间，保证子站和中心站监测数据的同步。
· 拨号管理
在正常运行状态为自动方式，在调试状态或根据需要可以设置为手动方式，人工拨号、发送报警、挂
断等。
· 卫星通信管理
呼叫、频道管理等。
2. 中心站数据处理和通讯软件
扫描软件MDIALSCAN可以运行在各级中心站，如果中心站采用的是分布式的网络结构，它必须运行在装
有调制解调器（MODEM）的工作站上，其主要任务是以轮巡的方式拨号接通各监测子站，接收原始数据
，包括以下功能：
· 拨号管理
提供自动和手动两种拨号方式，在自动方式下，中心站根据定义的监测子站信息，轮巡对各个子站进
行拨号访问。手动方式下，可以对任意子站进行拨号访问，然后手动接收子站数据信息或手动与子站
进行系统对时。
· 卫星通信管理
呼叫、频道管理等。
· 系统对时
在中心站和监测子站建立网络连接后，完成中心站和子站的系统时钟的对时，包括手动和自动两种方
式。
· 报警信息处理
接收各个监测子站发送的报警信息，可以进行显示、存储、音响报警等。
· 数据传送
在中心站和监测子站建立网络连接后，接收子站的原始数据文件，并存储在本地。这些数据是生成各
种统计数据的基础。
3. SQL数据库处理软件SQL数据库处理软件包括三部分，
一部分是SQL数据库插入软件，
一部分是SQL数据库查询软件，
一部分是SQL数据库分析统计软件。
这三部分软件的功能主要是生成各种统计数据，并对生成后的统计数据进行浏览、查询。
4. 报表生成软件
系统的各种统计、分析报表是通过MS-EXCEL报表软件最终输出的。
报表系统支持自动定时打印和定周期打印。
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