北京康拓科技有限公司

随着我国城镇化规模的不断扩大以及科学技术的不断进步，城市内多层以及高层建筑拔地而起，更高的容积率不但解决了居民的住房需求，同时减轻了城市土地紧张的发展压力。但是多层以及高层建筑的出现，对于局部供水压力的要求也随之提高。目前我国城市二次供水形式多样，随意性强，设施建设和设备质量参差不齐，在运行过程中缺乏信息收集手段以及数据处理能力，致使系统运行维护水平较低，水质安全存在隐患，二次供水水质安全已经成为了当前城市供水安全的薄弱环节。

因此，我国城市供水行业急需一套全新的系统，通过工业互联技术，将自身与水厂、泵站、城市输配水管网通过网络连接为一个智能系统，收集设备运行数据，利用收集到的数据，通过分析和决策，使水厂、泵站、管网调度和供水设备成为一个运行整体，从而提高综合管理水平以及运行维护水平，并有效解决水质安全问题。

康拓工控聚焦市政行业二次供水领域，研发符合工业4.0概念、综合应用嵌入式技术、系统可靠性技术、工业互联技术、无线通讯技术、数据库技术、Web技术、移动应用开发技术等多种技术的智能型新一代二次供水系统，并实现上千套规模的产品销售及城市级示范应用。

康拓工控研发的智联供水系统，是我国首套以工业互联为基础的二次供水系统，并已经申请国家专利。该系统集现场控制、数据采集、数据传输、数据挖掘以及终端用户的应用服务于一身，通过数据的互联互通以及智慧挖掘与处理，使水厂制水能力和市政管网供水能力所导致的水量不足的矛盾得以缓解，也为市政低压输配和减少漏损打下一个很好的基础，降低运营成本。智联供水系统能检测市政管网的供水能力，并为调整方案提供数据支撑以及决策依据。同时，又可对设备的运行状态进行统一监视与控制，并根据市政供水能力和居民的用水需求自由调节运行状态，为业主等终端用户提供诸如水质安全等重要数据指标，真正做到放心用水。

智联供水系统将康拓工控多年来在航天器地面测试设备过程中积累的丰富经验、产品与工业现场技术需求相结合，是典型的军民融合的成果。智联供水系统成果具有以工业互联网为基础并具有强大的开放性及扩展性，可快速实现向诸如智慧管网、智慧供热等在内的智慧城市建设中所需其他智慧系统拓展，从而进一步拓宽航天技术应用产业相关领域，为后续发展奠定坚实的基础。

我国目前仅传统二次供水设备市场容量约为50亿元/年，设备采购量超过30000套，其中控制系统在二次供水设备中所占比重约为10%，市场容量约为5亿元/年。我国从事二次供水设备的厂家约为400家，其中3家占据市场份额的25%，国内市场正处于调整期，最终保留的厂家将不超过50家。目前康拓工控已与国内最大的二次供水设备厂家形成实质性合作关系，对方占据国内市场10%的市场份额。

系统方案

基于工业互联的智联供水系统采用3层网络架构，自下而上分为控制层、数据服务层以及应用层，结构如图1所示。

图1 智联供水系统网络架构图

控制层主要由基于嵌入式技术的核心控制器组成，向下通过RS485串行总线、模拟量采集、模拟量输出、数字量采集以及继电器输出等接口与现场PLC、传感器、变频器、水泵以及各种继电器相连，完成对现场设备的控制。核心控制器向上可通过网络将系统运行数据上传至上层数据服务层，为满足不同环境下应用需求，提供Lan、WIFI、GPRS、3G以及4G等多种有线及无线的通讯方式，且可同时使用，当网络环境异常时，运行数据可本地存储，网络恢复正常后续传。

应用层主要由面向用户的应用系统组成，包括以Web方式、Windows App、iOS App以及Android App的数据展示与处理系统等，在满足核心功能的前提下，以GIS以及3D虚拟现实技术为基础，为用户提供最佳的用户体验。应用层用户主要包括水务集团（自来水公司）、系统集成商、物业单位、业主以及设备运行维护保障人员。

系统特点及创新

近年来，工控系统的信息安全成为日益突出的问题。康拓工控在研发智联供水系统时充分考虑信息安全问题，对系统整体进行防护，实现“纵向分层，横向分区，边界防护，内部监控，链路加密”。监控网络流量数据以快速发现入侵、业务异常、访问关系异常和流量异常等问题。链路加密使得系统内任意一条数据链路上传送的均是加密报文，确保数据通讯的安全。智联供水系统采用以下关键技术：

工业控制系统深度安全测试验证构建技术；

工业控制器安全防护漏洞挖掘技术；

典型工业通信协议漏洞挖掘技术；

工业控制系统漏洞验证技术。

采用经国家密码局认证的算法及芯片，通过可移动式硬件作为系统授权、加密、解密的唯一手段，可从根本上杜绝信息安全的隐患，确保系统的安全性及可用性。

此外，智联控制系统具有强大的通信功能，支持RS485、ZIGBEE、以太网、WIFI、3G/4G等多种通讯手段，多种模拟量输入输出、开关量输出功能，全面满足各类应用场景的设备接入、设备控制的要求；支持双机冗余的控制模式，全面提升系统可靠性；提供符合IEC61131-3标准的开发软件，提供基于图形化方式进行工艺流程组态；提供自定义协议配置，用户可根据需要进行数据整合、装订与发布。

完成优化Hash算法关键技术，Hash中的压缩率偏大，会造成空间资源的浪费，压缩率偏小，会使发生冲突的概率增高，当冲突发生时，只能通过字符串比较的方法进行信息检索，而字符串比较的过程对于性能会产生巨大的影响。传统的Hash优化着眼于算法本身，通过减小冲突概率的方式提高搜索性能，但并不能避免字符串比较的过程，不能从根本上解决问题。本项目针对Hash算法优化的着眼点是在发生冲突的情况下避免字符串比较的过程。采用3种不同的算法将同一字符串压缩为3个不同的整型，并以其中一个与关键字进行取模操作。在发生冲突的情况下，仅通过比较另外两个整数以确定搜索结果。改进后的算法完全杜绝了字符串比较，使得查找速度大幅提高。

提供完整的独立数据中心和云中心网络化数据服务解决方案，支持在线存储及数据挖掘，各类数据及业务应用服务，全面满足大数据对于数据处理及服务的要求；提供网络化系统维护手段，为用户实现足不出户、轻松管理及维护的良好用户体验。

效益分析

随着国家、各地政府及终端用户对城市供水战略层面认识的提高以及城市供水市场的迅速扩大，本项目突出“集成带终端、系统促运营”的发展思路，定位于面向包括水务集团、自来水公司以及系统集成商在内的二次供水行业用户提供基于工业互联的、完整的产品、系统及服务解决方案。

发展思路集中体现在以下几点：

（1）通过功能强大、性价比极高的终端产品以及完全免费的集成服务、运行服务、数据服务及应用服务等多种手段，在短期内吸引大量的系统集成商成为本系统的有效用户；

（2）以运行过程中产生的海量数据为基础，向用户提供系统运行数据分析，开展增值业务，并将服务对象延伸至水务集团、自来水公司以及业主，扩大社会影响力；

（3）与住房和城乡建设部、水务集团、自来水公司、行业协会及主要的系统集成商共同完成行业标准的制定工作，并进行大范围推广；

最终通过向水务集团及自来水公司提供各类数据服务及应用服务等方式，在运营过程中获取持续性利润。

摘自《自动化博览》2017年1月刊