北京康拓科技有限公司

隨著(zhù)我國城鎮化規模的不斷擴大以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，城市內多層以及高層建筑拔地而起，更高的容積率不但解決了居民的住房需求，同時(shí)減輕了城市土地緊張的發(fā)展壓力。但是多層以及高層建筑的出現，對于局部供水壓力的要求也隨之提高。目前我國城市二次供水形式多樣，隨意性強，設施建設和設備質(zhì)量參差不齊，在運行過(guò)程中缺乏信息收集手段以及數據處理能力，致使系統運行維護水平較低，水質(zhì)安全存在隱患，二次供水水質(zhì)安全已經(jīng)成為了當前城市供水安全的薄弱環(huán)節。

因此，我國城市供水行業(yè)急需一套全新的系統，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)技術(shù)，將自身與水廠(chǎng)、泵站、城市輸配水管網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接為一個(gè)智能系統，收集設備運行數據，利用收集到的數據，通過(guò)分析和決策，使水廠(chǎng)、泵站、管網(wǎng)調度和供水設備成為一個(gè)運行整體，從而提高綜合管理水平以及運行維護水平，并有效解決水質(zhì)安全問(wèn)題。

康拓工控聚焦市政行業(yè)二次供水領(lǐng)域，研發(fā)符合工業(yè)4.0概念、綜合應用嵌入式技術(shù)、系統可靠性技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、數據庫技術(shù)、Web技術(shù)、移動(dòng)應用開(kāi)發(fā)技術(shù)等多種技術(shù)的智能型新一代二次供水系統，并實(shí)現上千套規模的產(chǎn)品銷(xiāo)售及城市級示范應用。

康拓工控研發(fā)的智聯(lián)供水系統，是我國首套以工業(yè)互聯(lián)為基礎的二次供水系統，并已經(jīng)申請國家專(zhuān)利。該系統集現場(chǎng)控制、數據采集、數據傳輸、數據挖掘以及終端用戶(hù)的應用服務(wù)于一身，通過(guò)數據的互聯(lián)互通以及智慧挖掘與處理，使水廠(chǎng)制水能力和市政管網(wǎng)供水能力所導致的水量不足的矛盾得以緩解，也為市政低壓輸配和減少漏損打下一個(gè)很好的基礎，降低運營(yíng)成本。智聯(lián)供水系統能檢測市政管網(wǎng)的供水能力，并為調整方案提供數據支撐以及決策依據。同時(shí)，又可對設備的運行狀態(tài)進(jìn)行統一監視與控制，并根據市政供水能力和居民的用水需求自由調節運行狀態(tài)，為業(yè)主等終端用戶(hù)提供諸如水質(zhì)安全等重要數據指標，真正做到放心用水。

智聯(lián)供水系統將康拓工控多年來(lái)在航天器地面測試設備過(guò)程中積累的豐富經(jīng)驗、產(chǎn)品與工業(yè)現場(chǎng)技術(shù)需求相結合，是典型的軍民融合的成果。智聯(lián)供水系統成果具有以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎并具有強大的開(kāi)放性及擴展性，可快速實(shí)現向諸如智慧管網(wǎng)、智慧供熱等在內的智慧城市建設中所需其他智慧系統拓展，從而進(jìn)一步拓寬航天技術(shù)應用產(chǎn)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域，為后續發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎。

我國目前僅傳統二次供水設備市場(chǎng)容量約為50億元/年，設備采購量超過(guò)30000套，其中控制系統在二次供水設備中所占比重約為10%，市場(chǎng)容量約為5億元/年。我國從事二次供水設備的廠(chǎng)家約為400家，其中3家占據市場(chǎng)份額的25%，國內市場(chǎng)正處于調整期，最終保留的廠(chǎng)家將不超過(guò)50家。目前康拓工控已與國內最大的二次供水設備廠(chǎng)家形成實(shí)質(zhì)性合作關(guān)系，對方占據國內市場(chǎng)10%的市場(chǎng)份額。

系統方案

基于工業(yè)互聯(lián)的智聯(lián)供水系統采用3層網(wǎng)絡(luò )架構，自下而上分為控制層、數據服務(wù)層以及應用層，結構如圖1所示。

圖1 智聯(lián)供水系統網(wǎng)絡(luò )架構圖

控制層主要由基于嵌入式技術(shù)的核心控制器組成，向下通過(guò)RS485串行總線(xiàn)、模擬量采集、模擬量輸出、數字量采集以及繼電器輸出等接口與現場(chǎng)PLC、傳感器、變頻器、水泵以及各種繼電器相連，完成對現場(chǎng)設備的控制。核心控制器向上可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將系統運行數據上傳至上層數據服務(wù)層，為滿(mǎn)足不同環(huán)境下應用需求，提供Lan、WIFI、GPRS、3G以及4G等多種有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)的通訊方式，且可同時(shí)使用，當網(wǎng)絡(luò )環(huán)境異常時(shí)，運行數據可本地存儲，網(wǎng)絡(luò )恢復正常后續傳。

應用層主要由面向用戶(hù)的應用系統組成，包括以Web方式、Windows App、iOS App以及Android App的數據展示與處理系統等，在滿(mǎn)足核心功能的前提下，以GIS以及3D虛擬現實(shí)技術(shù)為基礎，為用戶(hù)提供最佳的用戶(hù)體驗。應用層用戶(hù)主要包括水務(wù)集團（自來(lái)水公司）、系統集成商、物業(yè)單位、業(yè)主以及設備運行維護保障人員。

系統特點(diǎn)及創(chuàng )新

近年來(lái)，工控系統的信息安全成為日益突出的問(wèn)題?？低毓た卦谘邪l(fā)智聯(lián)供水系統時(shí)充分考慮信息安全問(wèn)題，對系統整體進(jìn)行防護，實(shí)現“縱向分層，橫向分區，邊界防護，內部監控，鏈路加密”。監控網(wǎng)絡(luò )流量數據以快速發(fā)現入侵、業(yè)務(wù)異常、訪(fǎng)問(wèn)關(guān)系異常和流量異常等問(wèn)題。鏈路加密使得系統內任意一條數據鏈路上傳送的均是加密報文，確保數據通訊的安全。智聯(lián)供水系統采用以下關(guān)鍵技術(shù)：

工業(yè)控制系統深度安全測試驗證構建技術(shù)；

工業(yè)控制器安全防護漏洞挖掘技術(shù)；

典型工業(yè)通信協(xié)議漏洞挖掘技術(shù)；

工業(yè)控制系統漏洞驗證技術(shù)。

采用經(jīng)國家密碼局認證的算法及芯片，通過(guò)可移動(dòng)式硬件作為系統授權、加密、解密的唯一手段，可從根本上杜絕信息安全的隱患，確保系統的安全性及可用性。

此外，智聯(lián)控制系統具有強大的通信功能，支持RS485、ZIGBEE、以太網(wǎng)、WIFI、3G/4G等多種通訊手段，多種模擬量輸入輸出、開(kāi)關(guān)量輸出功能，全面滿(mǎn)足各類(lèi)應用場(chǎng)景的設備接入、設備控制的要求；支持雙機冗余的控制模式，全面提升系統可靠性；提供符合IEC61131-3標準的開(kāi)發(fā)軟件，提供基于圖形化方式進(jìn)行工藝流程組態(tài)；提供自定義協(xié)議配置，用戶(hù)可根據需要進(jìn)行數據整合、裝訂與發(fā)布。

完成優(yōu)化Hash算法關(guān)鍵技術(shù)，Hash中的壓縮率偏大，會(huì )造成空間資源的浪費，壓縮率偏小，會(huì )使發(fā)生沖突的概率增高，當沖突發(fā)生時(shí)，只能通過(guò)字符串比較的方法進(jìn)行信息檢索，而字符串比較的過(guò)程對于性能會(huì )產(chǎn)生巨大的影響。傳統的Hash優(yōu)化著(zhù)眼于算法本身，通過(guò)減小沖突概率的方式提高搜索性能，但并不能避免字符串比較的過(guò)程，不能從根本上解決問(wèn)題。本項目針對Hash算法優(yōu)化的著(zhù)眼點(diǎn)是在發(fā)生沖突的情況下避免字符串比較的過(guò)程。采用3種不同的算法將同一字符串壓縮為3個(gè)不同的整型，并以其中一個(gè)與關(guān)鍵字進(jìn)行取模操作。在發(fā)生沖突的情況下，僅通過(guò)比較另外兩個(gè)整數以確定搜索結果。改進(jìn)后的算法完全杜絕了字符串比較，使得查找速度大幅提高。

提供完整的獨立數據中心和云中心網(wǎng)絡(luò )化數據服務(wù)解決方案，支持在線(xiàn)存儲及數據挖掘，各類(lèi)數據及業(yè)務(wù)應用服務(wù)，全面滿(mǎn)足大數據對于數據處理及服務(wù)的要求；提供網(wǎng)絡(luò )化系統維護手段，為用戶(hù)實(shí)現足不出戶(hù)、輕松管理及維護的良好用戶(hù)體驗。

效益分析

隨著(zhù)國家、各地政府及終端用戶(hù)對城市供水戰略層面認識的提高以及城市供水市場(chǎng)的迅速擴大，本項目突出“集成帶終端、系統促運營(yíng)”的發(fā)展思路，定位于面向包括水務(wù)集團、自來(lái)水公司以及系統集成商在內的二次供水行業(yè)用戶(hù)提供基于工業(yè)互聯(lián)的、完整的產(chǎn)品、系統及服務(wù)解決方案。

發(fā)展思路集中體現在以下幾點(diǎn)：

（1）通過(guò)功能強大、性?xún)r(jià)比極高的終端產(chǎn)品以及完全免費的集成服務(wù)、運行服務(wù)、數據服務(wù)及應用服務(wù)等多種手段，在短期內吸引大量的系統集成商成為本系統的有效用戶(hù)；

（2）以運行過(guò)程中產(chǎn)生的海量數據為基礎，向用戶(hù)提供系統運行數據分析，開(kāi)展增值業(yè)務(wù)，并將服務(wù)對象延伸至水務(wù)集團、自來(lái)水公司以及業(yè)主，擴大社會(huì )影響力；

（3）與住房和城鄉建設部、水務(wù)集團、自來(lái)水公司、行業(yè)協(xié)會(huì )及主要的系統集成商共同完成行業(yè)標準的制定工作，并進(jìn)行大范圍推廣；

最終通過(guò)向水務(wù)集團及自來(lái)水公司提供各類(lèi)數據服務(wù)及應用服務(wù)等方式，在運營(yíng)過(guò)程中獲取持續性利潤。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年1月刊