力控組態軟件在污水排放中的應用
總體方案介紹
1. 主監控中心設在省環保總局，并具有一個固定的萬維網IP地址，通過該地址,其它分監控中心和省級企業可以把污水排放的數據傳輸到主監控中心。
2. 分監控中心設在各市級環保中心，負責對各污染源的點對點的數據收集和監控，并通過INTERNET及時向省級中心傳送數據。
3. 各污染源監控子系統配置計算機、設施運行記錄儀、超聲波流量計、CODCr（以重鉻酸鉀作為氧化劑的化學需氧量）在線測試儀、PH（工業酸度）在線測試儀等，并配備相應的軟件，確保可靠、有效的運行。
4. 為今后擴展留有接口和擴展的余地。
1.1 實施目標和技術方案
本項目投用后，實現了對所有生產數據的實時監控、集中管理，在省環保中心的大樓內就可以實時地查看所有污染源的數據、報表和歷史趨勢。
由于各污染源的相距遙遠，而光纖又不能到達各個裝置，因此市級的數據采集采用電話線路傳送數據信號，在各污染源和市級中心分別安裝一條專用電話線路，由軟件進行分時管理，點對點直接撥號，即市級主機定時直接撥打污染源的電話，把下位污染源的計算機存儲的連續數據采集到市級中心的服務器中，但每次撥打的電話時間可以間隔2小時以上，而通訊的時間卻保持在10分鐘以內，以節省運營的費用。
省環保中心主服務器設立一萬網IP地址，市級監控中心和中央、省直屬企業的計算機通過ISDN/IDSL上INTERNET網來訪問省級中心服務器，把數據連續上傳到省環保中心的數據庫中，使數據更新周期不超過4分鐘，系統機構如圖所示。
1.2 需要解決的技術問題
1.2.1 實時數據的壓縮傳輸、數據校驗
為了實現低成本遠程通訊，采用ISDN/IDSL線路。ISDN/IDSL線路因受傳輸介質本身的局限，帶寬較窄，誤碼率較高，線路易受干擾，容易發生鏈路中斷問題。為保證高可靠、高效率和實時性良好地傳送數據，需要開發專用遠程通訊服務程序。
針對以上問題，所開發的遠程通訊服務程序除完成基本通訊功能外，還需要實現以下功能：
數據壓縮處理
要傳送的報文數據首先要經過數據壓縮處理，以降低網絡負荷，提高對通訊帶寬的利用率。數據壓縮采用優化壓縮算法，以獲取較高的壓縮比和較快的壓縮速度。
數據校驗處理
為保證實時數據傳送的可靠性，對傳送的抱文數據要進行數據校驗處理。在發送端對報文數據加入校驗碼，在接收端對數據及校驗碼進行檢驗，對誤碼進行糾錯處理。數據檢驗處理可有效地解決線路干擾嚴重、誤碼率較高的問題。
1.2.2 實時數據庫的歷史數據保存及其壓縮
現階段100個污染源全部實時數據接近500點，保存所有歷史數據供未來分析使用無疑具有重要作用，因為我們不知道將來會需要什么數據。大量的歷史數據在保存和檢索時必須采用數據壓縮技術，以提高存儲效率。
1.2.3 通訊狀態的自動診斷和鏈路的自動恢復
通訊狀態檢測與監視
為提高通訊可靠性，遠程通訊服務程序要具備通訊狀態檢測與監視功能，實時診斷通訊狀態和鏈路連接情況。
鏈路自動恢復處理
當通訊鏈路出現中斷現象時，遠程通訊服務程序要具備鏈路自動恢復功能，并保證在發生鏈路中斷時發送的報文不被丟失。
1.2.4 市級監控中心和中央、省直屬企業的數據采集
由于市級監控中心設有個子污染源的服務器，中央、省直屬企業基本采用Ⅱ型配置，配有終端計算機，為采集這一部分裝置中的生產過程數據，需要開發專用通訊程序。
遠傳軟件
遠傳軟件將加載在市級工作站內。它要完成從每個污染源的監控軟件的實時數據庫內獲取實時數據和歷史數據，并存入自身的數據庫中；同時遠傳軟件也要加載在中央、省直屬企業污染源的終端工作站內。它的另一項任務就是要完成將各種數據發送到環保局主中心的局域網服務器上。
對遠傳軟件的設計有如下要求：
采用內部進程通訊機制，以降低系統資源開銷，提高通訊速度。兼容現有組態文件格式，以免修改原組態內容。代碼緊湊，運行效率高，以減少對上位機工作站的資源占用。具有較高的可靠性，以便在加載后不致影響愿系統的控制功能。
多個市級服務器和直屬企業終端在與省環保中心互聯通訊時，由于ＩＳＤＮ線路容量有限，不能做到每套終端單獨使用一條線路，只能共享一條線路，因而需要開發網絡調度程序以對整個網絡的通訊過程進行管理，合理分配通訊資源，均衡通訊負荷。網絡調度程序的核心功能是線路復用，包括對網絡結點的自動輪詢訪問，通過鏈路的自動搭接與拆除等。保證每個終端都能機會均等地訪問主服務器。
1.2.5瀏覽器、數據庫接口
為保證網絡上各工作站在使用標準瀏覽器時也能實時監視數據監控的動態過程（狀態圖、趨勢圖、報警畫面等），需要開發Web Server程序．Web Server提供訪問各級服務器數據的一個公共入口．支持標準流覽器，如：ＩＥ、Navigator等。通過Web Server，在瀏覽器上可查看所有終端的動態流程圖，其效果如同各工作站。另外Web Server提供安全機制，限制了對過程控制的任何操作與修改，使現場的安全生產完全得到保證。
1.2.6 市級終端自動網絡撥號的調度和管理
自動撥號
當啟動系統時，系統自動按預置的號碼輪流進行撥號，直接撥打市級污染源終端電話，費用為市內通話費用，自動和市級企業污染源建立通訊鏈路。整個撥號過程是透明的。
帳號自動管理
系統在啟動時，可按照預置帳號自動登錄，完成用戶注冊和密碼校驗。
1.3 技術指標
在使用專線的情況下，每個子站數據點數小于１００點時，更新周期不大于１５秒。
不使用專線時，數據更新周期不大于30秒＊（遠程終端數／撥號服務器實際線數）。
歷史趨勢數據保存周期大于3年（精度0.1%）。
1.4 系統功能的擴展方向及基礎方案
這一次的100各污染源還不能完全代表所有的基層數據，要想徹底提高實時數據管理系統的完整性，就必須將計量數據、能耗數據和其它關鍵數據納入到網絡中來，使底層信息化堅實、可靠。
在現有系統的基礎上，下一步應從系統分析入手，對污染源監控的計算機綜合信息管理系統建設規劃出合理的結構，并盡快實施。
1.5 計算機綜合信息管理系統的需求分析
從應用的角度看，計算機綜合信息管理系統的各子系統之間應該能夠共享數據，能及時、準確地進行污染瞬時點進行分析、經營效益的核算，隨時能夠查看環保設備的投入、運營等共享數據，形成全局的生產、經營、辦公的一體化管理系統，充分發揮各種硬件資源和軟件資源，給生產和經營管理提供強有力的支持。
待開發系統將所有生產、經營、辦公自動化系統在應用軟件平臺上有機地聯系起來，具有生產、資源等一體化管理的優勢，優化配置生產資源、市場資源、供應及儲存資源、人力資源，滿足ISO9002管理規范要求，同時，引入ERP管理思想（注：ERP是管理思想，不是軟件），符合環保公司管理（注：不是現有管理模式，是待建的新的管理模式，包括ISO9002規范和ERP思想）特點的系統。
1.6 設計路線及數據流
環保公司主要包括三類數據信息：
過程數據：監控生產過程產生的、由各種儀器儀表測量出來的。
管理數據：財務、人事、計劃等數據。
文檔數據：辦公過程中擬訂的包括文件、通知、條例等。
過程數據、管理數據、文檔數據統一按如下規則管理：
擬上網的過程數據都存儲在實時數據庫中
擬上網的管理數據都存儲到Oracle關系數據庫中
擬上網的文檔數據都存儲到Lotus Notes文檔數據庫中
過程數據包括：
數據采集系統
計量數據管理系統
以Oracle關系數據庫為中心的管理信息系統包括：
水質調度監控數據系統
化驗數據管理系統
環保監測管理系統
計劃統計管理系統
設備管理系統
財務數據上網系統
備品配件管理系統
分中心管理系統
人力資源管理系統
綜合查詢系統
以Lotus Notes 文檔數據庫為中心的辦公自動化系統包括：
環保企業形象，行政管理，檔案管理，生產技術管理，公共信息，
網上資訊
1.8.環保公司應用系統的開發目標
環保公司應用系統應包括以下部分：
以北京三維力控科技有限公司的大型實時數據庫為中心，建立以實時數據管理為核心的實時數據庫管理系統，包括歷史數據查詢、事故追憶。
以ORACLE公司的大型管理數據庫Oracle 8i為中心，建立以生產經營為中心的管理信息系統，包括污染源監測、化驗數據管理、計量數據管理、環保監測、計劃統計管理、設備管理、備品配件管理、人力資源管理系統、財務數據上網、經理綜合查詢系統等，實現以成本核算為核心的統計分析。
以LOTUS公司的文檔數據庫Lotus Notes R5為中心，建立包括內部辦公管理的所有功能的辦公自動化系統。
1.9 設計原則與策略
1.9.1 數據庫選型技術原則
* 數據的完整性：DBMS要能防止數據的腐化、錯誤的錄入和非法的數據關系的發生。
* 物理數據保護：要能提供恢復功能和再啟動功能，能利用DBMS將數據庫返回到原先的狀態。
* 數據安全：能對讀、寫分別提供存取控制，這種控制要能到達數據項一級，并能支持數據的加密。
* 數據的獨立性：可以不改變原先的程序而遷移數據。
* 性能可調整性：可以通過物理存貯來調整性能，數據的冗余度可減少到一定程度，能提供變長記錄和數據壓縮，其響應時間可以接受。
* 多用戶：能支持并發的多用戶訪問同一數據庫并在記錄級具備鎖定機制
? 容易使用：可以方便地定義復雜的數據關系；程序可以用任何主要的程序語言書寫 ，命令簡明，提供完備的技術文件。
? 查詢報告系統：可以用標準化的語句進行查詢，可以從預先定義的查詢得到復雜的報表，支持嵌套查詢。
? 可移植性：支持多種計算機系統、多種操作系統、多種高級語言，可以與國家環保總局的網絡進行無縫接入。
1.9.2 數據分析與系統結構
從環保局管理的角度考察待開發系統，要求待開發系統以明確表達監控管理各個環節間的聯系，量化顯示控制點。作為一個完整的管理計算機管理系統，待開發系統還將加強各環節部門間的聯系與協作，提高經營信息的透明度，強化生產效益和經營效益核算。
建立監控調度管理數據（包括各污染源中間過程計量數據）和環保監測分析數據庫；所有這些數據在待開發系統中被稱為原始數據或一次數據，也稱作直接數據。原始數據以一定的頻度參與按指定的算法或模型進行的匯總和統計，產生統計數據或間接數據。部分原始數據和統計數據進入核算系統中，產生核算數據。核算數據是獎懲的依據。
在待開發系統中還有指標數據或控制數據，如：環保達標指數，指標數據在系統各個控制點控制原始數據、統計數據和核算數據。統計數據和核算數據反過來成為指標數據的依據。
1. 主監控中心設在省環保總局，并具有一個固定的萬維網IP地址，通過該地址,其它分監控中心和省級企業可以把污水排放的數據傳輸到主監控中心。
2. 分監控中心設在各市級環保中心，負責對各污染源的點對點的數據收集和監控，并通過INTERNET及時向省級中心傳送數據。
3. 各污染源監控子系統配置計算機、設施運行記錄儀、超聲波流量計、CODCr（以重鉻酸鉀作為氧化劑的化學需氧量）在線測試儀、PH（工業酸度）在線測試儀等，并配備相應的軟件，確保可靠、有效的運行。
4. 為今后擴展留有接口和擴展的余地。
1.1 實施目標和技術方案
本項目投用后，實現了對所有生產數據的實時監控、集中管理，在省環保中心的大樓內就可以實時地查看所有污染源的數據、報表和歷史趨勢。
由于各污染源的相距遙遠，而光纖又不能到達各個裝置，因此市級的數據采集采用電話線路傳送數據信號，在各污染源和市級中心分別安裝一條專用電話線路，由軟件進行分時管理，點對點直接撥號，即市級主機定時直接撥打污染源的電話，把下位污染源的計算機存儲的連續數據采集到市級中心的服務器中，但每次撥打的電話時間可以間隔2小時以上，而通訊的時間卻保持在10分鐘以內，以節省運營的費用。
省環保中心主服務器設立一萬網IP地址，市級監控中心和中央、省直屬企業的計算機通過ISDN/IDSL上INTERNET網來訪問省級中心服務器，把數據連續上傳到省環保中心的數據庫中，使數據更新周期不超過4分鐘，系統機構如圖所示。
1.2 需要解決的技術問題
1.2.1 實時數據的壓縮傳輸、數據校驗
為了實現低成本遠程通訊，采用ISDN/IDSL線路。ISDN/IDSL線路因受傳輸介質本身的局限，帶寬較窄，誤碼率較高，線路易受干擾，容易發生鏈路中斷問題。為保證高可靠、高效率和實時性良好地傳送數據，需要開發專用遠程通訊服務程序。
針對以上問題，所開發的遠程通訊服務程序除完成基本通訊功能外，還需要實現以下功能：
數據壓縮處理
要傳送的報文數據首先要經過數據壓縮處理，以降低網絡負荷，提高對通訊帶寬的利用率。數據壓縮采用優化壓縮算法，以獲取較高的壓縮比和較快的壓縮速度。
數據校驗處理
為保證實時數據傳送的可靠性，對傳送的抱文數據要進行數據校驗處理。在發送端對報文數據加入校驗碼，在接收端對數據及校驗碼進行檢驗，對誤碼進行糾錯處理。數據檢驗處理可有效地解決線路干擾嚴重、誤碼率較高的問題。
1.2.2 實時數據庫的歷史數據保存及其壓縮
現階段100個污染源全部實時數據接近500點，保存所有歷史數據供未來分析使用無疑具有重要作用，因為我們不知道將來會需要什么數據。大量的歷史數據在保存和檢索時必須采用數據壓縮技術，以提高存儲效率。
1.2.3 通訊狀態的自動診斷和鏈路的自動恢復
通訊狀態檢測與監視
為提高通訊可靠性，遠程通訊服務程序要具備通訊狀態檢測與監視功能，實時診斷通訊狀態和鏈路連接情況。
鏈路自動恢復處理
當通訊鏈路出現中斷現象時，遠程通訊服務程序要具備鏈路自動恢復功能，并保證在發生鏈路中斷時發送的報文不被丟失。
1.2.4 市級監控中心和中央、省直屬企業的數據采集
由于市級監控中心設有個子污染源的服務器，中央、省直屬企業基本采用Ⅱ型配置，配有終端計算機，為采集這一部分裝置中的生產過程數據，需要開發專用通訊程序。
遠傳軟件
遠傳軟件將加載在市級工作站內。它要完成從每個污染源的監控軟件的實時數據庫內獲取實時數據和歷史數據，并存入自身的數據庫中；同時遠傳軟件也要加載在中央、省直屬企業污染源的終端工作站內。它的另一項任務就是要完成將各種數據發送到環保局主中心的局域網服務器上。
對遠傳軟件的設計有如下要求：
采用內部進程通訊機制，以降低系統資源開銷，提高通訊速度。兼容現有組態文件格式，以免修改原組態內容。代碼緊湊，運行效率高，以減少對上位機工作站的資源占用。具有較高的可靠性，以便在加載后不致影響愿系統的控制功能。
多個市級服務器和直屬企業終端在與省環保中心互聯通訊時，由于ＩＳＤＮ線路容量有限，不能做到每套終端單獨使用一條線路，只能共享一條線路，因而需要開發網絡調度程序以對整個網絡的通訊過程進行管理，合理分配通訊資源，均衡通訊負荷。網絡調度程序的核心功能是線路復用，包括對網絡結點的自動輪詢訪問，通過鏈路的自動搭接與拆除等。保證每個終端都能機會均等地訪問主服務器。
1.2.5瀏覽器、數據庫接口
為保證網絡上各工作站在使用標準瀏覽器時也能實時監視數據監控的動態過程（狀態圖、趨勢圖、報警畫面等），需要開發Web Server程序．Web Server提供訪問各級服務器數據的一個公共入口．支持標準流覽器，如：ＩＥ、Navigator等。通過Web Server，在瀏覽器上可查看所有終端的動態流程圖，其效果如同各工作站。另外Web Server提供安全機制，限制了對過程控制的任何操作與修改，使現場的安全生產完全得到保證。
1.2.6 市級終端自動網絡撥號的調度和管理
自動撥號
當啟動系統時，系統自動按預置的號碼輪流進行撥號，直接撥打市級污染源終端電話，費用為市內通話費用，自動和市級企業污染源建立通訊鏈路。整個撥號過程是透明的。
帳號自動管理
系統在啟動時，可按照預置帳號自動登錄，完成用戶注冊和密碼校驗。
1.3 技術指標
在使用專線的情況下，每個子站數據點數小于１００點時，更新周期不大于１５秒。
不使用專線時，數據更新周期不大于30秒＊（遠程終端數／撥號服務器實際線數）。
歷史趨勢數據保存周期大于3年（精度0.1%）。
1.4 系統功能的擴展方向及基礎方案
這一次的100各污染源還不能完全代表所有的基層數據，要想徹底提高實時數據管理系統的完整性，就必須將計量數據、能耗數據和其它關鍵數據納入到網絡中來，使底層信息化堅實、可靠。
在現有系統的基礎上，下一步應從系統分析入手，對污染源監控的計算機綜合信息管理系統建設規劃出合理的結構，并盡快實施。
1.5 計算機綜合信息管理系統的需求分析
從應用的角度看，計算機綜合信息管理系統的各子系統之間應該能夠共享數據，能及時、準確地進行污染瞬時點進行分析、經營效益的核算，隨時能夠查看環保設備的投入、運營等共享數據，形成全局的生產、經營、辦公的一體化管理系統，充分發揮各種硬件資源和軟件資源，給生產和經營管理提供強有力的支持。
待開發系統將所有生產、經營、辦公自動化系統在應用軟件平臺上有機地聯系起來，具有生產、資源等一體化管理的優勢，優化配置生產資源、市場資源、供應及儲存資源、人力資源，滿足ISO9002管理規范要求，同時，引入ERP管理思想（注：ERP是管理思想，不是軟件），符合環保公司管理（注：不是現有管理模式，是待建的新的管理模式，包括ISO9002規范和ERP思想）特點的系統。
1.6 設計路線及數據流
環保公司主要包括三類數據信息：
過程數據：監控生產過程產生的、由各種儀器儀表測量出來的。
管理數據：財務、人事、計劃等數據。
文檔數據：辦公過程中擬訂的包括文件、通知、條例等。
過程數據、管理數據、文檔數據統一按如下規則管理：
擬上網的過程數據都存儲在實時數據庫中
擬上網的管理數據都存儲到Oracle關系數據庫中
擬上網的文檔數據都存儲到Lotus Notes文檔數據庫中
過程數據包括：
數據采集系統
計量數據管理系統
以Oracle關系數據庫為中心的管理信息系統包括：
水質調度監控數據系統
化驗數據管理系統
環保監測管理系統
計劃統計管理系統
設備管理系統
財務數據上網系統
備品配件管理系統
分中心管理系統
人力資源管理系統
綜合查詢系統
以Lotus Notes 文檔數據庫為中心的辦公自動化系統包括：
環保企業形象，行政管理，檔案管理，生產技術管理，公共信息，
網上資訊
1.8.環保公司應用系統的開發目標
環保公司應用系統應包括以下部分：
以北京三維力控科技有限公司的大型實時數據庫為中心，建立以實時數據管理為核心的實時數據庫管理系統，包括歷史數據查詢、事故追憶。
以ORACLE公司的大型管理數據庫Oracle 8i為中心，建立以生產經營為中心的管理信息系統，包括污染源監測、化驗數據管理、計量數據管理、環保監測、計劃統計管理、設備管理、備品配件管理、人力資源管理系統、財務數據上網、經理綜合查詢系統等，實現以成本核算為核心的統計分析。
以LOTUS公司的文檔數據庫Lotus Notes R5為中心，建立包括內部辦公管理的所有功能的辦公自動化系統。
1.9 設計原則與策略
1.9.1 數據庫選型技術原則
* 數據的完整性：DBMS要能防止數據的腐化、錯誤的錄入和非法的數據關系的發生。
* 物理數據保護：要能提供恢復功能和再啟動功能，能利用DBMS將數據庫返回到原先的狀態。
* 數據安全：能對讀、寫分別提供存取控制，這種控制要能到達數據項一級，并能支持數據的加密。
* 數據的獨立性：可以不改變原先的程序而遷移數據。
* 性能可調整性：可以通過物理存貯來調整性能，數據的冗余度可減少到一定程度，能提供變長記錄和數據壓縮，其響應時間可以接受。
* 多用戶：能支持并發的多用戶訪問同一數據庫并在記錄級具備鎖定機制
? 容易使用：可以方便地定義復雜的數據關系；程序可以用任何主要的程序語言書寫 ，命令簡明，提供完備的技術文件。
? 查詢報告系統：可以用標準化的語句進行查詢，可以從預先定義的查詢得到復雜的報表，支持嵌套查詢。
? 可移植性：支持多種計算機系統、多種操作系統、多種高級語言，可以與國家環保總局的網絡進行無縫接入。
1.9.2 數據分析與系統結構
從環保局管理的角度考察待開發系統，要求待開發系統以明確表達監控管理各個環節間的聯系，量化顯示控制點。作為一個完整的管理計算機管理系統，待開發系統還將加強各環節部門間的聯系與協作，提高經營信息的透明度，強化生產效益和經營效益核算。
建立監控調度管理數據（包括各污染源中間過程計量數據）和環保監測分析數據庫；所有這些數據在待開發系統中被稱為原始數據或一次數據，也稱作直接數據。原始數據以一定的頻度參與按指定的算法或模型進行的匯總和統計，產生統計數據或間接數據。部分原始數據和統計數據進入核算系統中，產生核算數據。核算數據是獎懲的依據。
在待開發系統中還有指標數據或控制數據，如：環保達標指數，指標數據在系統各個控制點控制原始數據、統計數據和核算數據。統計數據和核算數據反過來成為指標數據的依據。
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