1 項目概述
1.1 項目背景
● 地理環境背景
大連地處歐亞大陸東岸，中國遼東半島最南端，西北瀕臨渤海，東南面向黃海。渤海是一個近似封閉的內海，平均水深只有25米，其灣口狹窄，內徑較大，渤海的海水與外海海水之間的交換并不順暢。海洋專家測算，渤海海水與外海海水交換一次大約需要幾十年甚至上百年的時間，由于海水交換的時間長，自凈能力較差，因此，看上去遼闊無邊的渤海，實際上對環境污染的容量是極其有限的。 與渤海相連的黃海，海水的污染情況也相當嚴重，它的污染使黃海不僅不能向渤海提供清潔的海水促使其自凈，反而加劇了整個黃海渤海海域的水質惡化。
● 大連市污水處理發展概況
大連市科學地處理城市污水的總體工程開始于上世紀80年代。市政府根據大連市總體規劃，先后建成傅家莊污水廠、老虎灘污水廠、旅順污水廠、開發區污水一廠、開發區污水二廠、瓦房店污水廠等城市污水處理廠，增強了城市污水的處理能力，這些污水處理廠每日能凈化污水58萬噸，有效地遏制了城市污水排放對大連近海海域的污染。
隨著城市的不斷擴大，人口的不斷增加，人們日常生活用水量的不斷提升，工農業生產的不斷發展，城市污水處理的工作量也在不斷加大。這對我們這座城市的污水排放治理提出了更高的要求。已有的污水處理工程已經不能滿足治污需要，于是我市又新建成和正在建設下列污水處理廠：
泉水污水處理廠，2003年8月開工、2006年底投入運行，占地2.2公頃，日處理能力3.5萬噸。工程總投資6500萬元。
凌水污水處理廠，2004年開工，2006年10月投入運行，占地3.5公頃，日處理能力6萬噸，工程總投資7600萬元。
馬欄河污水處理廠二期，2006年8月開工，2007年投入運行，占地4公頃，日處理能力8萬噸，工程總投資1億元。
春柳河污水處理廠二期，2006年8月開工，2007年底投入運行，占地5.5公頃，日處理能力12萬噸，工程總投資2.25億元。
夏家河污水處理廠，2006年8月開工，2007年底投入運行，日處理能力3萬噸，工程總投資4841萬元。
面對如此龐大的污水處理系統，如果全靠人工來進行監測、控制、記錄水質、水量的話，將浪費大量的人力物力。所以為了加強對建成及即將建成污水處理廠的運行監管，為保證污水處理廠滿負荷運行，所有污水處理廠將全部安裝在線監測裝置，實現水質、水量實時在線監控，以便于發現問題及時進行處理。
1.2 建設內容
本項目主體包括在線監測系統軟件和相關檢測設備。其中，軟件采用北京碩人時代科技有限公司的HOMS5.0系統（HOMS全稱Hyper-Operation & Management System，即超級運行管理在線監測系統），以下簡稱在線監測系統；相關檢測設備為采樣器和電磁流量計，在采樣器和電磁流量部分擬采用國際知名品牌美國哈希公司的采樣器和德國e+h公司的電磁流量計以及北京碩人時代科技有限公司的自主知識產權的數據采集與控制模塊。
1.3 軟件設計原則
大連市某污水處理廠在線監測系統的設計要充分考慮實用性及擴展性，要考慮未來業務發展以及與環保等部門的數據共享需求，設計原則如下：
（1）滿足現有業務需求并充分考慮未來業務發展需求與其他部門數據共享，軟件系統具有良好的可擴展性。
（2）保證系統技術上的規范性。
（3）保證系統的實用性和易用性。
（4）從軟、硬兩方面考慮系統的安全性。
（5）保證系統管理的方便性。
1.4技術路線
大連市某污水處理廠在線監測系統由數據采集、傳輸、存儲、處理、應用和顯示等技術組成，充分利用網絡技術、數據庫技術、模型技術、顯示技術實現污水水質水量信息的接收處理、存儲管理和綜合利用，所采用的主要技術路線有：
（1）采用層次化的設計方法，將系統劃分為硬件系統、數據采集系統、數據庫系統、應用系統。
（2）硬件系統采用安全、可靠、穩定的設備，為監控系統運行提供有力的保障。
（3）數據采集站點布設做到合理布局，一點多用，信息源統一，充分利用現有站點，避免重復利用。
2 系統總體設計方案
2.1總體設計思路
根據本項目的總體要求，本次建設的大連市某污水處理廠在線監測系統不僅要完成標書要求的基本功能，還能夠預留接口完成未來新增業務需求以及與環保等部門相關系統進行相關數據傳輸和數據同步，因此只有充分考慮系統的擴展能力并配置相應模塊才能滿足未來業務范圍發展的需求。
2.2系統架構設計
根據項目的總體需求和總計建設內容，系統的總體構架分為 五個層次，即采集層、傳輸層、數據層、應用服務層和客戶服務層。
采集層是指水廠流量、氨氮等水質信息等信息采集。
傳輸層是這些信息的傳輸，主要指骨干網、二級通訊網及計算機網絡系統
數據層指水廠數據、報警信息、指令信息、空間數據等專業數據庫的結構、編碼分類。
應用服務層是系統的核心，提供水廠流量信息及各種檢測數據的管理。
客戶服務層是用戶最終使用的界面，用戶對整個在線監測系統功能的調用都在此進行。客戶服務層構架一個人機交互平臺，提供給用戶一個自然的、人性化的圖形用戶界面來發出請求、輸入信息和查看結果。
2.3在線監測軟件總體設計
根據本項目的總體要求和大連市排水處相關污水處理廠的實際情況，本系統是在大連市排水處內，通過單點登錄訪問在線監測系統，用戶可通過本地局域網或遠程internet上的授權訪問。功能滿足如下：
1. 軟件為B/S結構，僅需要在監控中心安裝一套軟件，通過普通IE網頁瀏覽器就可以實現在本地局域網、或遠程Intetnet上的授權訪問；
2. 監控點與監測控制中心的通訊采用GPRS無線通訊。
3. 調度中心上位機對各監測點運行數據進行手動或自動采集，采集完成后對數據進行保存形成歷史數據庫，并能形成打印報表。
4. 軟件以地圖方式直觀顯示各監測點的位置，使用圖形化操作的方式， 具有方便實用的人機界面，能夠實時檢測與顯示水質參數，保證查詢方便靈活。
5. 監控中心實時采集測控數據及運行狀態，并將數據加工處理后以數據文件形式存儲在實時數據庫里面，各類不同的數據可以有不同的存儲時間間隔。數據采集存儲周期最小為1秒鐘，可以自己設定。可以將實時數據庫內的數據進行定期歸檔或手動歸檔，形成歷史數據，儲存5年以上的歷史數據。
6. 軟件能形成多種實時和歷史曲線，各種運行記錄的日報表、周報表、月報表等；
7. 針對不同的用戶設置不同的操作權限，只有賦予權限的用戶才能進行允許的操作。
8. 針對不同的用戶設置不同的操作權限，手機或掌上電腦上可以訪問環境在線監控中心，顯示水質參數，同時監控中心軟件可以自動向各有關人員發送短信，告知相應監控點的水質參數，以便相關管理人員及時了解水質參數。
9. 軟件系統全部為中文顯示；
10. 調度中心服務器通過專線方式連接通訊網絡，具有固定的IP地址。
11. 只有當進行數據傳輸時，現場采集控制器才自動連接到網上。
12. 可以根據實際情況靈活設置采集和傳輸時間。
13. 系統具有精確的時鐘校對功能。
14. 應能提供遠程系統診斷和修復功能。
系統開發采用微軟的vb.net作為開發工具。
在線監測系統安裝在作為監控中心的服務器上，該服務器將采集現場采集控制器所連接的自動采樣器和流量計實時數據，監測現場設備的運行情況。服務器定期從現場采集控制機采集數據以保證其數據庫不斷更新。服務器還可向現場采集控制機發送控制和參數設置指令。操作員從控制中心通過該系統能夠方便地得到監測點運行的數據。基本功能如下：
軟件功能結構圖
3 項目特點及關鍵技術問題措施方案
根據本項目的總體要求，本次建設的大連市某污水處理廠在線監測系統不僅要完成標書要求的基本功能，還能夠預留接口完成未來新增業務需求以及與環保等部門相關系統進行相關數據傳輸和數據同步，因此只有充分考慮系統的擴展能力并配置相應模塊才能滿足未來業務范圍發展的需求。
3.1 在線監測系統關鍵技術及措施方案
我公司是從事監控信息系統軟硬件開發與生產的專業化公司。自1999年來相繼開發出HOMS1.0、HOMS2.0等監控系統軟件和與其配套的STEC系列、ARKA系列嵌入式多功能控制器。
HOMS5.0是碩人時代在多年監控軟件系統平臺開發經驗的基礎上推出的新一代監控系統中心平臺軟件。該平臺通過組態可定制為大連市污水處理在線監測系統。
圖：在線監測系統
系統是構建于世界先進的.NET技術平臺上，全面支持XML技術，純粹B/S結構，基于Internet和無線網絡技術，支持從工作站到掌上電腦等本地、遠程和無線終端設備；具有高度的穩定、可靠、安全性，同時具有極大的系統伸縮性；對從以太網、電話撥號、無線電臺，到ADSL、GPRS、光纖、電力載波等多種通訊方式廣泛支持；支持海量數據存儲及數據挖掘和分析的功能的全面的監控系統平臺。
3.1.1 軟件功能結構
● 數據中心
在線監測系統的數據中心基于大型數據庫，支持海量的數據存儲。數據中心可記錄整個監控系統的所有數據，數據記錄間隔可小于1秒。在記錄數據的同時，系統內置了數據統計功能，可以按不同的時間段統計數據的最高、最低、平均值等。同時支持各種專業的統計與分析功能，并提供自定制的統計與分析接口。
在線監測系統數據中心與其它監控系統數據中心相比的一大優勢是支持后補歷史數據。對于非實時在線的系統，如基于電話輪詢方式的SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition 數據采集與監視控制系統)系統，一次通訊采到的數據往往不僅是當前的數據，對于很多應用場合，還會采回下位站存儲的歷史數據；或者在SCADA系統的運行過程中，有時會有一些站的通訊暫時中斷，恢復通訊后，中央站可以從下位站采回下位站存儲的歷史數據。在線監測系統由于其結構支持這一應用模式，相對于其它 SCADA系統平臺獨具優勢。
● 運行決策系統
① 監控畫面
軟件以地圖方式直觀顯示各監測點的位置，使用圖形化操作的方式， 具有方便實用的人機界面，能夠實時檢測與顯示流量與其他水質監測參數，保證查詢方便靈活。
② 歷史數據
歷史數據存放在數據庫中，用戶可以隨時查看以往數據，進行查詢，或者定制、生成、打印報表。
③ 實時數據
實時數據提供實時的查詢，數據報表則通過選擇的刷新頻率進行實時同步。
④ 圖表曲線
在線監測系統表界面大多為矢量化界面，圖表和曲線的表現更是美觀明快、表現豐富。由于使用VML矢量技術，在很小的流量情況下，用戶即可看到實時變化的圖表和曲線。
網絡發布服務的自動識別功能使得圖表曲線不僅在一般圖絡終端－－-PC上表現良好，在掌上電腦、投影儀上均有出色的表現。
⑤ 報警管理
實時接收各監測點的報警信息，提示操作人員進行報警處理，可以實行語音報警；記錄報警信息，形成報警日志。
● 專業分析工具
在線監測系統提供一體化的實時和歷史數據接口。面向不同的行業應用，可以在在線監測系統提供的數據接口的基礎上開發統計和分析軟件。并且，在線監測系統提供了這些軟件的計算結果的回寫接口，使得分析軟件的分析結果可以統一集成到監控管理系統中。同時，在線監測系統提供了豐富的基于B/S網絡化和VML方式的統計分析結果表現模塊。使得行業工程師非常容易的實現統計結果的直觀、網絡上、矢量化地表達。
在線監測系統本身有基本的分時間區段的最大值、最小值、平均值的統計分析功能。這一種類的統計分析可以直接組態生成，無需編程。
● 通訊系統
在線監測系統支持的通訊方式有：以太網、ADSL、GPRS、APN、VPDN、電話撥號、ModBus、TCP/IP、HTTP、XML、電力載波、無線局域網等。在線監測系統采用多線程并發技術，通訊資源得到最大限度的利用，性能得到最大的優化。同時，通訊任務分配、調度、執行與記錄機制使得通訊資源的利用可以自由配置組態，通訊成本得到很好的控制，通訊制造情況得到管理，大大方便通訊系統的調試與維護。
● 組態工具
在線監測系統的大部分組態功能為B/S結構軟件，即用戶可以在任何可以連接到在線監測系統服務器的地方進行組態工作。并且，有一部分組態工作甚至可以在掌上電腦上完成。
在線監測系統的可組態范圍不僅僅是在監控畫面上，更包含通訊方式、通訊的調度、曲線、報表、用戶設定、分組等等方面。
● STEC系列控制器
在線監測系統與STEC系列控制器組成系統時。在線監測系統可以自動將組網控制器中的配置讀入到系統中，自動進行系統的組態，大大簡化了工程實施過程。在線監測系統還面向一些典型的行業應用提供了工程自動生成工具，自動地形成監控中心的組態信息。
● 權限管理系統
在線監測系統的權限管理增加了對數據分組分片管理的能力。針對不同的用戶設置不同的操作權限，只有賦予權限的用戶才能進行允許的操作。針對不同的用戶設置不同的操作權限，手機或掌上電腦上可以訪問環境在線監控中心，顯示水質參數，同時監控中心軟件可以自動向各有關人員發送短信，告知相應監控點的水質參數，以便相關管理人員及時了解水質參數。
● 網絡化人機界面
軟件為B/S結構，僅需要在監控中心安裝一套軟件，局域網內的計算機就可以通過IE瀏覽器進行瀏覽和相關控制的操作。
● 第三方軟硬件
基于XML數據交換格式，開放，易于其它系統集成。待系統運行成熟后，可按照實際需求與第三方軟、硬件整合，使系統功能更加完善。
3.1.2 軟件應用結構
圖：在線監測系統應用結構圖
污水處理廠在線監測系統應用結構圖如上圖所示，本期工程監控中心實現后可管理30個遠程終端站，且系統可以進行二次開發，具有強大的擴展能力，未來可以滿足用戶后期擴展到100個監測點的要求。
● 極高的系統伸縮性，大到數據點超過十萬，下位通訊站上千的大型SCADA系統，小到只有一臺計算機的簡單本地控制系統，均能勝任。
● 隨著業務的發展和業務需求的深入，通過配置和權限管理可以靈活的定制系統的功能模塊，使系統具有較高的靈活性和可擴展性。
● 全面支持遠程組態和維護，極大降低實施和維護成本。
● 支持手持無線設備，使用手持無線設備同樣可以訪問和操作系統。
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