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北京康拓科技有限公司

隨著我國城鎮(zhèn)化規(guī)模的不斷擴大以及科學技術的不斷進步，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(xiàn)，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，設施建設和設備質量參差不齊，在運行過程中缺乏信息收集手段以及數(shù)據(jù)處理能力，致使系統(tǒng)運行維護水平較低，水質安全存在隱患，二次供水水質安全已經(jīng)成為了當前城市供水安全的薄弱環(huán)節(jié)。

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

康拓工控聚焦市政行業(yè)二次供水領域，研發(fā)符合工業(yè)4.0概念、綜合應用嵌入式技術、系統(tǒng)可靠性技術、工業(yè)互聯(lián)技術、無線通訊技術、數(shù)據(jù)庫技術、Web技術、移動應用開發(fā)技術等多種技術的智能型新一代二次供水系統(tǒng)，并實現(xiàn)上千套規(guī)模的產(chǎn)品銷售及城市級示范應用。

康拓工控研發(fā)的智聯(lián)供水系統(tǒng)，是我國首套以工業(yè)互聯(lián)為基礎的二次供水系統(tǒng)，并已經(jīng)申請國家專利。該系統(tǒng)集現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)挖掘以及終端用戶的應用服務于一身，通過數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通以及智慧挖掘與處理，使水廠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很好的基礎，降低運營成本。智聯(lián)供水系統(tǒng)能檢測市政管網(wǎng)的供水能力，并為調整方案提供數(shù)據(jù)支撐以及決策依據(jù)。同時，又可對設備的運行狀態(tài)進行統(tǒng)一監(jiān)視與控制，并根據(jù)市政供水能力和居民的用水需求自由調節(jié)運行狀態(tài)，為業(yè)主等終端用戶提供諸如水質安全等重要數(shù)據(jù)指標，真正做到放心用水。

智聯(lián)供水系統(tǒng)將康拓工控多年來在航天器地面測試設備過程中積累的豐富經(jīng)驗、產(chǎn)品與工業(yè)現(xiàn)場技術需求相結合，是典型的軍民融合的成果。智聯(lián)供水系統(tǒng)成果具有以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎并具有強大的開放性及擴展性，可快速實現(xiàn)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(tǒng)拓展，從而進一步拓寬航天技術應用產(chǎn)業(yè)相關領域，為后續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。

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

系統(tǒng)方案

基于工業(yè)互聯(lián)的智聯(lián)供水系統(tǒng)采用3層網(wǎng)絡架構，自下而上分為控制層、數(shù)據(jù)服務層以及應用層，結構如圖1所示。

圖1 智聯(lián)供水系統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖

控制層主要由基于嵌入式技術的核心控制器組成，向下通過RS485串行總線、模擬量采集、模擬量輸出、數(shù)字量采集以及繼電器輸出等接口與現(xiàn)場PLC、傳感器、變頻器、水泵以及各種繼電器相連，完成對現(xiàn)場設備的控制。核心控制器向上可通過網(wǎng)絡將系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)上傳至上層數(shù)據(jù)服務層，為滿足不同環(huán)境下應用需求，提供Lan、WIFI、GPRS、3G以及4G等多種有線及無線的通訊方式，且可同時使用，當網(wǎng)絡環(huán)境異常時，運行數(shù)據(jù)可本地存儲，網(wǎng)絡恢復正常后續(xù)傳。

應用層主要由面向用戶的應用系統(tǒng)組成，包括以Web方式、Windows App、iOS App以及Android App的數(shù)據(jù)展示與處理系統(tǒng)等，在滿足核心功能的前提下，以GIS以及3D虛擬現(xiàn)實技術為基礎，為用戶提供最佳的用戶體驗。應用層用戶主要包括水務集團（自來水公司）、系統(tǒng)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(tǒng)特點及創(chuàng)新

近年來，工控系統(tǒng)的信息安全成為日益突出的問題。康拓工控在研發(fā)智聯(lián)供水系統(tǒng)時充分考慮信息安全問題，對系統(tǒng)整體進行防護，實現(xiàn)“縱向分層，橫向分區(qū)，邊界防護，內部監(jiān)控，鏈路加密”。監(jiān)控網(wǎng)絡流量數(shù)據(jù)以快速發(fā)現(xiàn)入侵、業(yè)務異常、訪問關系異常和流量異常等問題。鏈路加密使得系統(tǒng)內任意一條數(shù)據(jù)鏈路上傳送的均是加密報文，確保數(shù)據(jù)通訊的安全。智聯(lián)供水系統(tǒng)采用以下關鍵技術：

工業(yè)控制系統(tǒng)深度安全測試驗證構建技術；

工業(yè)控制器安全防護漏洞挖掘技術；

典型工業(yè)通信協(xié)議漏洞挖掘技術；

工業(yè)控制系統(tǒng)漏洞驗證技術。

采用經(jīng)國家密碼局認證的算法及芯片，通過可移動式硬件作為系統(tǒng)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(tǒng)的安全性及可用性。

此外，智聯(lián)控制系統(tǒng)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、開關量輸出功能，全面滿足各類應用場景的設備接入、設備控制的要求；支持雙機冗余的控制模式，全面提升系統(tǒng)可靠性；提供符合IEC61131-3標準的開發(fā)軟件，提供基于圖形化方式進行工藝流程組態(tài)；提供自定義協(xié)議配置，用戶可根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)整合、裝訂與發(fā)布。

完成優(yōu)化Hash算法關鍵技術，Hash中的壓縮率偏大，會造成空間資源的浪費，壓縮率偏小，會使發(fā)生沖突的概率增高，當沖突發(fā)生時，只能通過字符串比較的方法進行信息檢索，而字符串比較的過程對于性能會產(chǎn)生巨大的影響。傳統(tǒng)的Hash優(yōu)化著眼于算法本身，通過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程，不能從根本上解決問題。本項目針對Hash算法優(yōu)化的著眼點是在發(fā)生沖突的情況下避免字符串比較的過程。采用3種不同的算法將同一字符串壓縮為3個不同的整型，并以其中一個與關鍵字進行取模操作。在發(fā)生沖突的情況下，僅通過比較另外兩個整數(shù)以確定搜索結果。改進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(shù)據(jù)中心和云中心網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)服務解決方案，支持在線存儲及數(shù)據(jù)挖掘，各類數(shù)據(jù)及業(yè)務應用服務，全面滿足大數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)處理及服務的要求；提供網(wǎng)絡化系統(tǒng)維護手段，為用戶實現(xiàn)足不出戶、輕松管理及維護的良好用戶體驗。

效益分析

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

發(fā)展思路集中體現(xiàn)在以下幾點：

（1）通過功能強大、性價比極高的終端產(chǎn)品以及完全免費的集成服務、運行服務、數(shù)據(jù)服務及應用服務等多種手段，在短期內吸引大量的系統(tǒng)集成商成為本系統(tǒng)的有效用戶；

（2）以運行過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為基礎，向用戶提供系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)分析，開展增值業(yè)務，并將服務對象延伸至水務集團、自來水公司以及業(yè)主，擴大社會影響力；

（3）與住房和城鄉(xiāng)建設部、水務集團、自來水公司、行業(yè)協(xié)會及主要的系統(tǒng)集成商共同完成行業(yè)標準的制定工作，并進行大范圍推廣；

最終通過向水務集團及自來水公司提供各類數(shù)據(jù)服務及應用服務等方式，在運營過程中獲取持續(xù)性利潤。

摘自《自動化博覽》2017年1月刊