北京市城市排水公司北京市高碑店污水處理廠
李德清

　　一 我國城市排水發(fā)展現(xiàn)狀及儀表自動化市場

　　現(xiàn)代化城市排水體系包括市政排水管網(wǎng)、泵站、水質(zhì)監(jiān)測站、工業(yè)廢水處理站、城市污水處理廠等，是保障城市經(jīng)濟活動、居民生活和健康的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。截止1997年，全國共有建制市668個，建制鎮(zhèn)18316個，城市年排污總量約351億方。我國城市水短缺和水污染問題自60年代從北方及沿海少數(shù)城市開始暴露，70年代進一步惡化，80年代日趨尖銳和普遍，現(xiàn)已面臨嚴(yán)峻形勢；1978年我國提出“環(huán)境保護是我國的基本國策”，并主要針對“環(huán)境保護”制定了城市社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，各主要城市陸續(xù)新建了一批廢水處理設(shè)施和城市污水處理廠，截止2000年，城市年排污總量約402億方，城市污水處理率達25%，城市污水處理廠180余座，投資約360億元RMB。根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展“九五”規(guī)劃和建設(shè)部制定的《建設(shè)事業(yè)“九五”計劃和2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)》，到2000年，城市污水集中處理率達到25%，其中百萬人口以上城市和重點旅游城市不低于40%；到2010年，城市污水集中處理率不低于40%。1998年，我國政府決定在兩年內(nèi)撥款1000億元人民幣，各級政府向國內(nèi)外金融機構(gòu)貸款和自籌資金，其比例按1：2：3，最終形成6000億元建設(shè)資金，主要用于城市給排水基本建設(shè)。根據(jù)對最近幾年已建成的城市排水項目投資分析，儀表自動化投資所占比例為5～10%。根據(jù)這一比例，在“九五”期間，用于城市給排水建設(shè)的儀表自動化市場投資每年將達10～20億元人民幣——這對于我國當(dāng)前不景氣的儀表自動化行業(yè)來說無疑是一個潛力巨大的市場機遇，但也是一個直接面向國外先進自動化技術(shù)裝備的挑戰(zhàn)。
　　我國目前還有600多個城市沒有城市污水處理廠，18300多個建制鎮(zhèn)基本上還沒有污水處理的觀念，依據(jù)《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國水污染防治法》，這些市、鎮(zhèn)將形成我國隨后幾十年基于城市給排水行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的潛力巨大的環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場。目前國內(nèi)儀表自動化行業(yè)在這一市場的占有率極低，主要原因是還沒有形成產(chǎn)品質(zhì)量過得硬的、有一定生產(chǎn)規(guī)模的專業(yè)從事水處理儀表自動化的生產(chǎn)廠家。如何在基于城市給排水行業(yè)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場占一席之地，是國內(nèi)儀表自動化行業(yè)值得深思的戰(zhàn)略性課題，要從自身體制、市場、現(xiàn)代自動化技術(shù)發(fā)展水平和趨勢、以及國家政策等等多方面進行綜合研究。

　　二　引入Web及“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術(shù)是當(dāng)前SCADA發(fā)展趨勢

　　(一)技術(shù)特點：現(xiàn)代化城市排水體系的儀表自動化系統(tǒng)基本上都是以SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition，“計算機監(jiān)控和過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”)來概述的——SCADA不僅代表了現(xiàn)代城市排水體系的儀表自動化系統(tǒng)應(yīng)用的必然趨勢，同時也表示了比儀表自動化行業(yè)傳統(tǒng)的DCS(Distributed Control System，“集散控制系統(tǒng)”)技術(shù)水平更先進的概念。儀表自動化系統(tǒng)經(jīng)歷了從組合儀表、模擬監(jiān)控(SCC)、直接數(shù)字控制(DDC)、集散控制(DCS)，到現(xiàn)在以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的SCADA的漫長的發(fā)展過程。進入90年代以來，基于Internet(國際互聯(lián)網(wǎng))的Web應(yīng)用技術(shù)爆炸性發(fā)展，同樣也引發(fā)了工業(yè)控制領(lǐng)域深刻的技術(shù)變革——這一領(lǐng)域的專家們長期追求的以實現(xiàn)“企業(yè)綜合自動化”為目標(biāo)的“管控一體化”工業(yè)流程生產(chǎn)集成解決方案所面臨的各種所謂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題、用戶程序可移植性問題、系統(tǒng)功能可伸縮性問題、控制設(shè)備互操作性問題等等，似乎都已找到了一個已成既成事實的解決方法——這就是在全球范圍內(nèi)得到廣泛而深層次成功應(yīng)用的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基于WWW協(xié)議的Web技術(shù)——也就是說，組成“企業(yè)綜合自動化”的企業(yè)MIS(管理信息系統(tǒng))和企業(yè)生產(chǎn)過程SCADA都以TCP/IP和Web技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了企業(yè)“管”、“控”數(shù)據(jù)流之間無縫連接，“管控一體化”解決方案變得簡捷和現(xiàn)實可行，產(chǎn)生了以開放性、網(wǎng)絡(luò)化為特征的立足于Web和“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術(shù)的應(yīng)用可靠成熟的SCADA系列產(chǎn)品，其主要特點表現(xiàn)在如下幾個方面：
　　1.微電子集成技術(shù)的進一步發(fā)展促使微機、工作站、服務(wù)器等計算機設(shè)備以及PLC、智能僅表等控制器設(shè)備在硬件上相互兼容，在性能上完全可以滿足Web技術(shù)應(yīng)用的條件；
　　2.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：基于TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場總線、非標(biāo)準(zhǔn)控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的透明互連，并最終形成“Infranet+Intranet+Internet”一體化；
　　3.操作系統(tǒng)：主要由Unix、Windows-NT及Linux構(gòu)成相互透明的大系統(tǒng)操作平臺；
　　4.數(shù)據(jù)庫：企業(yè)MIS數(shù)據(jù)庫和生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)庫無縫互連，并成為SCADA的核心功能之一；
　　5.基于Web技術(shù)的分布式人機界面(HMI)功能：
　　·在Infranet層——由實時數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器、操作臺瀏覽器等組成，主要完成生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控功能；如果實時數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器、操作臺例覽器等都基于同一臺計算機設(shè)備，則可稱為Web嵌入式控制系統(tǒng)——這也是當(dāng)前機電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展模式；
　　·在Intranet層——由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、辦公用戶瀏覽器等組成，主要完成生產(chǎn)過程的實時監(jiān)視功能和企業(yè)數(shù)據(jù)管理功能；
　　·在Internet層——由企業(yè)Internet網(wǎng)站和用戶瀏覽器(如家用微機等)組成，主要完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互功能和向城市居民公布排水工況及處理結(jié)果；
　　6.編程軟件：控制系統(tǒng)的編程軟件同樣經(jīng)歷了從最初的語句系列、面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化程序，到工業(yè)控制組態(tài)軟件的發(fā)展過程；隨著Internet的發(fā)展，由Microsoft公司基于Windows操作系統(tǒng)所提出的COMComponent Object Model)、 DCOM(Distributed Coponent Object Model)、ActiveX等概念事實上引導(dǎo)著世界計算機軟件產(chǎn)業(yè)界的編程思想和方法，在工控領(lǐng)域這種概念的一個重要成果就是OPC(OLE for Process Control，過程控制中的對象嵌入技術(shù))技術(shù)規(guī)范?；贠PC技術(shù)，從傳統(tǒng)的“組態(tài)軟件”概念，發(fā)展到了已有成熟產(chǎn)品的“組件軟件”概念；
　　7.與地理信息管理系統(tǒng)GIS(Geographic Information System)的接口：鑒于GIS在市政管理中日益重要的作用，作為市政系統(tǒng)一部分的城市排水體系，通過Internet，實現(xiàn)其SCADA與市政GIS的在線連接具有重要的意義。
　　(二)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)：基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和Web應(yīng)用技術(shù)的SCADA結(jié)構(gòu)模型及實例如下兩頁圖，可從三個方面描述：
　　1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Infranet+Intranet+Internet：
　　·面向工廠控制設(shè)備的現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)層——
　　Infranet(Infrastructure Networks)；
　　·以“實時數(shù)據(jù)庫管理”和“人機操作界面”為主要內(nèi)容的企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)層——Intranet(Intra-Networks)；
　　·以實現(xiàn)“遠(yuǎn)程人機交互”為主要內(nèi)容的國際互聯(lián)網(wǎng)層——Internet(International Networks)；
　　2.數(shù)據(jù)庫分布結(jié)構(gòu)：企業(yè)管理數(shù)據(jù)庫+生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫；
　　3.HMI(Human-Machine Interface：人—機界面)分布結(jié)構(gòu)：
　　生產(chǎn)工況監(jiān)控+數(shù)據(jù)庫管理。
　　支持TCP/IP協(xié)議以實現(xiàn)三層網(wǎng)絡(luò)無縫互聯(lián)，應(yīng)用Web技術(shù)實現(xiàn)“企業(yè)綜合自動化”，是當(dāng)前SCADA發(fā)展的主要方向，國際上一些著名的工控領(lǐng)域軟硬件制造商、系統(tǒng)集成商如：Rockwell、Siemens、Foxbro、Fisher-Rosemount、Schneider、Intellution、Wanderware、PC-Soft等等最近2、3年中所推出的基于“整體自動化”和“工廠自動化”概念的各種系列產(chǎn)品基本上都是這種結(jié)構(gòu)的典型范例和事實“標(biāo)準(zhǔn)”，并且在發(fā)達國家城市排水體系中得到了廣泛應(yīng)用。

　　三　順應(yīng)科技發(fā)展潮流，堅持全開放性原則，充分利用各種社會資源選擇系統(tǒng)軟硬件設(shè)備

　　從工程控制的角度看，城市排水體系是一個直接由城市人群生產(chǎn)生活過程產(chǎn)生的、物理位置分散、分布時變參數(shù)多、生產(chǎn)過程及結(jié)果透明度高的開放型大系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計、軟硬件設(shè)備選型都要堅持開放性原則——在目前以“信息化、全球化、以人為本”為標(biāo)志的知識經(jīng)濟時代，這不僅是當(dāng)前儀表自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)范，也是降低綜合成本(主要是設(shè)備成本和人成本)的有效措施——只有堅持全開放性原則，才能充分利用各種社會資源(通訊資源、人力資源、技術(shù)服務(wù)資源等等)，才能節(jié)省投資和及時獲得相應(yīng)的維護人才。

　　四　站在國家政策和執(zhí)法的高度在發(fā)展建設(shè)現(xiàn)代城市排水體系的過程中將SCADA作為重點技術(shù)推廣引用具有重要的意義

　　毫無疑問，對于現(xiàn)代城市排水體系的運營者來說，SCADA不僅是準(zhǔn)確監(jiān)測排水工況、保證污水處理質(zhì)量、方便生產(chǎn)管理、提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，節(jié)能降耗、減員增效的必不可少的技術(shù)設(shè)備和措施；另一方面，如果站在國家政策和執(zhí)法的高度來看，正確地應(yīng)用好SCADA同樣將取得非常重要的社會效益，主要表現(xiàn)在如下幾點：
　　1.正如前述，城市排水體系是一個開放型大系統(tǒng)，對其系統(tǒng)模型(如：排水量、排水水質(zhì)變化規(guī)律等)的準(zhǔn)確識別無疑對城市排水體系規(guī)劃、工藝線路選擇、工程設(shè)計、污水處理成本預(yù)測等等都具有重要的指導(dǎo)意義——這是一項系統(tǒng)工程；另一方面，勿容質(zhì)疑，在市場經(jīng)濟體制下城市排水體系必須按企業(yè)機制進行經(jīng)營管理才能步入滾動發(fā)展、良性循環(huán)的發(fā)展軌道。但是，象所有其它城市公益事業(yè)一樣，從過去計劃經(jīng)濟體制下走出來的城市排水體系管理模式必然帶有很多具有城市公益事業(yè)色彩的不適應(yīng)市場經(jīng)濟體制的管理方式和習(xí)慣，同時還要根據(jù)現(xiàn)代城市排水行業(yè)的特點，探索出適合我國國情的能夠在市場經(jīng)濟體制下按企業(yè)機制進行運作的經(jīng)營模式，這是一個艱巨而復(fù)雜的過程。如果能夠?qū)@個過程進行科學(xué)的評估，將非常有利于這個過程的良性發(fā)展，加快我國城市排水事業(yè)的建設(shè)——這也是一項系統(tǒng)工程；它們都需要大量的及時而準(zhǔn)確的基礎(chǔ)性實際工況數(shù)據(jù)(如：排水量、耗氣量、耗電量、出水水質(zhì)等等)以及能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進行科學(xué)處理的各相應(yīng)的城市排水行業(yè)信息管理部門。隨著城市排水事業(yè)建設(shè)的迅速發(fā)展，以政府各相應(yīng)主管部門為主體的城市排水行業(yè)信息管理工作將愈來愈艱巨而復(fù)雜，如何提高這項管理工作效率是當(dāng)務(wù)之急。一般來說，影響這項管理工作效率的主要因素是數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、及時性、處理數(shù)據(jù)的方法和所使用的工具。自然，要提高其數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、及時性，無疑應(yīng)用Web技術(shù)的SCADA是目前最為理想的現(xiàn)代高科技手段。
　　2.既然城市排水體系的全部費用均來自于城市居民，自然，城市居民依法擁有各種相應(yīng)的“知情權(quán)”(如：污水處理量及處理結(jié)果等等)。一般來說，居民的這種“知情權(quán)”都是通過政府各主管部門、社會輿論機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會等各社會部門利用行政手段來實現(xiàn)的，但往往因為中間環(huán)節(jié)過多或運營者缺乏主動性、自覺性而使這種“知情權(quán)”難以及時實現(xiàn)——這實際上是在損害廣大消費者的利益。SCADA應(yīng)用Web技術(shù)(如：企業(yè)Internet網(wǎng)站)為上述各社會部門提供了一整套科學(xué)的觀測手段和監(jiān)督窗口——Web技術(shù)應(yīng)用也是目前浩浩蕩蕩的世界發(fā)展潮流。
　　因此，在城市排水體系中，推廣基于Web和“Infranet+Intranet+Internet”技術(shù)的SCADA具有非常重要的社會意義。但同時也應(yīng)該考慮到，SCADA目前還是一個高科技領(lǐng)域，在我國目前的科普面有限、技術(shù)裝備相對落后、各地經(jīng)濟發(fā)展不均衡、排水管理體制改革進度不一致的國情下如果不因地制宜盲目推廣應(yīng)用往往會得到適得其反的結(jié)果——SCADA不但不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，反而每年還需要一大筆維護費用。所以，在城市排水建設(shè)中，政府各相應(yīng)的主管部門還應(yīng)該積極為正確引導(dǎo)SCADA能夠在城市排水體系中發(fā)揮其應(yīng)有作用制定一些必要的政策：
　　·為保證國家《水法》、《環(huán)境保護法》、《水污染防治法》能夠得到嚴(yán)格遵守，各種相應(yīng)的政策、技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等應(yīng)實時更新，不斷發(fā)展，因地制宜，保持可操作性；
　　·強化監(jiān)督職能——一不僅要有科學(xué)的適合我國國情的監(jiān)督管理方法，還要充分利用現(xiàn)代高科技輿論工具，逐步引導(dǎo)和落實居民的“知情權(quán)”；
　　·城市排水事業(yè)應(yīng)直接面向市場，按企業(yè)機制自主經(jīng)營，從而為維護SCADA營造一個良好的技術(shù)和人才市場。

　　五　以高度的社會責(zé)任感來設(shè)計城市排水體系SCADA的Web功能

　　如前所述，在市場經(jīng)濟體制下城市排水體系必須按企業(yè)機制進行經(jīng)營管理，這就要求整個經(jīng)營過程都必須嚴(yán)格遵守國家有關(guān)企業(yè)經(jīng)營的一系列政策和法規(guī)，其中保護消費者的權(quán)益是其核心內(nèi)容之一；同時，城市排水體系又是一項城市公益性事業(yè)，消費者往往是被動接受，沒有選擇產(chǎn)品的余地，這又非常不利于市場經(jīng)濟體制下的遵循“自由競爭”市場經(jīng)濟規(guī)律的企業(yè)化改制——這是一個很棘手的問題，解決好這個問題將有利于整個城市排水事業(yè)的發(fā)展——解決這個問題的一個有效方法就是對城市排水體系整個運營過程進行強制性全面監(jiān)督——首先作為企業(yè)，責(zé)無旁貸應(yīng)該主動如實向消費者宣傳說明產(chǎn)品質(zhì)量(即污水處理結(jié)果)；其次相應(yīng)的各社會部門應(yīng)以高度的社會責(zé)任感來主動監(jiān)督。在設(shè)計SCADA特別是其中的Web應(yīng)用功能時，一個基本立足點就是為了解決這一問題。
　　城市排水體系SCADA實際上可以準(zhǔn)確在線采集到三大類數(shù)據(jù)，并形成實時數(shù)據(jù)庫，由這個實時數(shù)據(jù)庫可以統(tǒng)計各種數(shù)據(jù)，包括需要和不能公開對外發(fā)布的數(shù)據(jù)：
　　·所有物流量——排水量、處理量、耗電量、產(chǎn)泥量等等；
　　·所有物流質(zhì)——排水水質(zhì)、出水水質(zhì)、出泥質(zhì)等等；
　　·所有設(shè)備運行工況——運行、停車、故障、修理等等；
　　Web功能基本上可分為三大類：
　　.對外公開發(fā)布城市排水工況——排水量、排水水質(zhì)、排水分布情況等等；
　　·對外公開發(fā)布城市排水處理結(jié)果——處理水量、出水水質(zhì)、出水分布情況等等；
　　·對外公開發(fā)布城市排水運營經(jīng)濟狀況——總產(chǎn)值、總成本、利稅、固定資產(chǎn)等等。