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康拓工控：智能型新一代二次供水系統(tǒng)

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隨著我國城鎮(zhèn)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，城市內(nèi)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(qiáng)，設(shè)施建設(shè)和設(shè)備質(zhì)量參差不齊，在運(yùn)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(yùn)行維護(hù)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(dāng)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(shù)，將自身與水廠、泵站、城市輸配水管網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)連接為一個智能系統(tǒng)，收集設(shè)備運(yùn)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(diào)度和供水設(shè)備成為一個運(yùn)行整體，從而提高綜合管理水平以及運(yùn)行維護(hù)水平，并有效解決水質(zhì)安全問題。

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(yīng)用嵌入式技術(shù)、系統(tǒng)可靠性技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)技術(shù)、無線通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Web技術(shù)、移動應(yīng)用開發(fā)技術(shù)等多種技術(shù)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(yīng)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(chǔ)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(yīng)用服務(wù)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(dǎo)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(chǔ)，降低運(yùn)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(diào)整方案提供數(shù)據(jù)支撐以及決策依據(jù)。同時，又可對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，為業(yè)主等終端用戶提供諸如水質(zhì)安全等重要數(shù)據(jù)指標(biāo)，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(shè)備過程中積累的豐富經(jīng)驗、產(chǎn)品與工業(yè)現(xiàn)場技術(shù)需求相結(jié)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(chǔ)并具有強(qiáng)大的開放性及擴(kuò)展性，可快速實現(xiàn)向諸如智慧管網(wǎng)、智慧供熱等在內(nèi)的智慧城市建設(shè)中所需其他智慧系統(tǒng)拓展，從而進(jìn)一步拓寬航天技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域，為后續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

我國目前僅傳統(tǒng)二次供水設(shè)備市場容量約為50億元/年，設(shè)備采購量超過30000套，其中控制系統(tǒng)在二次供水設(shè)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(shè)備的廠家約為400家，其中3家占據(jù)市場份額的25%，國內(nèi)市場正處于調(diào)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(nèi)最大的二次供水設(shè)備廠家形成實質(zhì)性合作關(guān)系，對方占據(jù)國內(nèi)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(luò)架構(gòu)，自下而上分為控制層、數(shù)據(jù)服務(wù)層以及應(yīng)用層，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智聯(lián)供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(shè)備的控制。核心控制器向上可通過網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至上層數(shù)據(jù)服務(wù)層，為滿足不同環(huán)境下應(yīng)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境異常時，運(yùn)行數(shù)據(jù)可本地存儲，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后續(xù)傳。

應(yīng)用層主要由面向用戶的應(yīng)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(shù)為基礎(chǔ)，為用戶提供最佳的用戶體驗。應(yīng)用層用戶主要包括水務(wù)集團(tuán)（自來水公司）、系統(tǒng)集成商、物業(yè)單位、業(yè)主以及設(shè)備運(yùn)行維護(hù)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?？低毓た卦谘邪l(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(jìn)行防護(hù)，實現(xiàn)“縱向分層，橫向分區(qū)，邊界防護(hù)，內(nèi)部監(jiān)控，鏈路加密”。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)以快速發(fā)現(xiàn)入侵、業(yè)務(wù)異常、訪問關(guān)系異常和流量異常等問題。鏈路加密使得系統(tǒng)內(nèi)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(guān)鍵技術(shù)：

· 工業(yè)控制系統(tǒng)深度安全測試驗證構(gòu)建技術(shù)；

· 工業(yè)控制器安全防護(hù)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(tǒng)漏洞驗證技術(shù)。

采用經(jīng)國家密碼局認(rèn)證的算法及芯片，通過可移動式硬件作為系統(tǒng)授權(quán)、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(qiáng)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(guān)量輸出功能，全面滿足各類應(yīng)用場景的設(shè)備接入、設(shè)備控制的要求；支持雙機(jī)冗余的控制模式，全面提升系統(tǒng)可靠性；提供符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的開發(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，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)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(dāng)沖突發(fā)生時，只能通過字符串比較的方法進(jìn)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(guān)鍵字進(jìn)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(jié)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(shù)據(jù)中心和云中心網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)服務(wù)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(wù)應(yīng)用服務(wù)，全面滿足大數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)處理及服務(wù)的要求；提供網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)維護(hù)手段，為用戶實現(xiàn)足不出戶、輕松管理及維護(hù)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(rèn)識的提高以及城市供水市場的迅速擴(kuò)大，本項目突出“集成帶終端、系統(tǒng)促運(yùn)營”的發(fā)展思路，定位于面向包括水務(wù)集團(tuán)、自來水公司以及系統(tǒng)集成商在內(nèi)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(wù)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(qiáng)大、性價比極高的終端產(chǎn)品以及完全免費的集成服務(wù)、運(yùn)行服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)及應(yīng)用服務(wù)等多種手段，在短期內(nèi)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(yùn)行過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，開展增值業(yè)務(wù)，并將服務(wù)對象延伸至水務(wù)集團(tuán)、自來水公司以及業(yè)主，擴(kuò)大社會影響力；

（3）與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、水務(wù)集團(tuán)、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(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并進(jìn)行大范圍推廣；

最終通過向水務(wù)集團(tuán)及自來水公司提供各類數(shù)據(jù)服務(wù)及應(yīng)用服務(wù)等方式，在運(yùn)營過程中獲取持續(xù)性利潤。AP

康拓科技參與國家重點研發(fā)計劃科技重大專項

“十三五”國家重點研發(fā)計劃科技重大專項“內(nèi)生安全的主動防御工控系統(tǒng)防護(hù)技術(shù)研究”，于2016年9月由浙江大學(xué)牽頭啟動，康拓工控作為項目子課題“建設(shè)深度安全技術(shù)測試驗證平臺”任務(wù)的承擔(dān)單位，參加了項目啟動會，并簽署了課題任務(wù)書，課題總金額260萬。

工業(yè)控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于電力、水力、石化、醫(yī)藥、食品制造、交通運(yùn)輸、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，控制裝置及系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)裝備以及冶金、能源、石化、國防等領(lǐng)域重大工程的神經(jīng)中樞、運(yùn)行中心和安全屏障。超過80%涉及國計民生的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施依靠工業(yè)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動化作業(yè)。工業(yè)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)裝備、國家重大工程及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的神經(jīng)中樞和運(yùn)行中心。但是控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合引發(fā)了工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全新的重大挑戰(zhàn)，亟需系統(tǒng)性地從理論模型、關(guān)鍵技術(shù)、裝備研制及測試評估等方面開展工業(yè)控制系統(tǒng)深度安全技術(shù)研究。工控安全事關(guān)國家之戰(zhàn)略安全。

作為國家重點研發(fā)計劃科技重大專項的承擔(dān)單位，康拓工控將參與國家工控系統(tǒng)深度安全防護(hù)體系的研究和建設(shè)，承擔(dān)的課題將研究工業(yè)控制系統(tǒng)各組件的可信增強(qiáng)和動態(tài)防護(hù)技術(shù)，實現(xiàn)控制行為安全可信，包括建設(shè)包括1類典型工業(yè)裝置、3種國內(nèi)外主流ICS的深度安全技術(shù)測試驗證平臺，并支持5種國際工業(yè)協(xié)議的深度解析。課題的研究方向代表了國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)安全、信息安全領(lǐng)域的發(fā)展方向，將為下一步研制工控系統(tǒng)安全產(chǎn)品打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。