康拓工控：智能型新一代二次供水系統

★北京康拓科技有限公司

康拓工控：智能型新一代二次供水系統

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隨著我國城鎮化規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，設施建設和設備質量參差不齊，在運行過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，水質安全存在隱患，二次供水水質安全已經成為了當前城市供水安全的薄弱環節。

因此，我國城市供水行業急需一套全新的系統，通過工業互聯技術，將自身與水廠、泵站、城市輸配水管網通過網絡連接為一個智能系統，收集設備運行數據，利用收集到的數據，通過分析和決策，使水廠、泵站、管網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二次供水領域，研發符合工業4.0概念、綜合應用嵌入式技術、系統可靠性技術、工業互聯技術、無線通訊技術、數據庫技術、Web技術、移動應用開發技術等多種技術的智能型新一代二次供水系統，并實現上千套規模的產品銷售及城市級示范應用。

康拓工控研發的智聯供水系統，是我國首套以工業互聯為基礎的二次供水系統，并已經申請國家專利。該系統集現場控制、數據采集、數據傳輸、數據挖掘以及終端用戶的應用服務于一身，通過數據的互聯互通以及智慧挖掘與處理，使水廠制水能力和市政管網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。智聯供水系統能檢測市政管網的供水能力，并為調整方案提供數據支撐以及決策依據。同時，又可對設備的運行狀態進行統一監視與控制，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，為業主等終端用戶提供諸如水質安全等重要數據指標，真正做到放心用水。

智聯供水系統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驗、產品與工業現場技術需求相結合，是典型的軍民融合的成果。智聯供水系統成果具有以工業互聯網為基礎并具有強大的開放性及擴展性，可快速實現向諸如智慧管網、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，從而進一步拓寬航天技術應用產業相關領域，為后續發展奠定堅實的基礎。

我國目前僅傳統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，對方占據國內市場10%的市場份額。

系統方案

基于工業互聯的智聯供水系統采用3層網絡架構，自下而上分為控制層、數據服務層以及應用層，結構如圖1所示。

圖1 智聯供水系統網絡架構圖

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、數字量采集以及繼電器輸出等接口與現場PLC、傳感器、變頻器、水泵以及各種繼電器相連，完成對現場設備的控制。核心控制器向上可通過網絡將系統運行數據上傳至上層數據服務層，為滿足不同環境下應用需求，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，當網絡環境異常時，運行數據可本地存儲，網絡恢復正常后續傳。

應用層主要由面向用戶的應用系統組成，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，在滿足核心功能的前提下，以GIS以及3D虛擬現實技術為基礎，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）、系統集成商、物業單位、業主以及設備運行維護保障人員。

系統特點及創新

近年來，工控系統的信息安全成為日益突出的問題。康拓工控在研發智聯供水系統時充分考慮信息安全問題，對系統整體進行防護，實現“縱向分層，橫向分區，邊界防護，內部監控，鏈路加密”。監控網絡流量數據以快速發現入侵、業務異常、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。智聯供水系統采用以下關鍵技術：

· 工業控制系統深度安全測試驗證構建技術；

· 工業控制器安全防護漏洞挖掘技術；

· 典型工業通信協議漏洞挖掘技術；

· 工業控制系統漏洞驗證技術。

采用經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，智聯控制系統具有強大的通信功能，支持RS485、ZIGBEE、以太網、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，全面提升系統可靠性；提供符合IEC61131-3標準的開發軟件，提供基于圖形化方式進行工藝流程組態；提供自定義協議配置，用戶可根據需要進行數據整合、裝訂與發布。

完成優化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，會使發生沖突的概率增高，當沖突發生時，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生巨大的影響。傳統的Hash優化著眼于算法本身，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算法優化的著眼點是在發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。在發生沖突的情況下，僅通過比較另外兩個整數以確定搜索結果。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。

提供完整的獨立數據中心和云中心網絡化數據服務解決方案，支持在線存儲及數據挖掘，各類數據及業務應用服務，全面滿足大數據對于數據處理及服務的要求；提供網絡化系統維護手段，為用戶實現足不出戶、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、系統促運營”的發展思路，定位于面向包括水務集團、自來水公司以及系統集成商在內的二次供水行業用戶提供基于工業互聯的、完整的產品、系統及服務解決方案。

發展思路集中體現在以下幾點：

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

（2）以運行過程中產生的海量數據為基礎，向用戶提供系統運行數據分析，開展增值業務，并將服務對象延伸至水務集團、自來水公司以及業主，擴大社會影響力；

（3）與住房和城鄉建設部、水務集團、自來水公司、行業協會及主要的系統集成商共同完成行業標準的制定工作，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據服務及應用服務等方式，在運營過程中獲取持續性利潤。AP

康拓科技參與國家重點研發計劃科技重大專項

“十三五”國家重點研發計劃科技重大專項“內生安全的主動防御工控系統防護技術研究”，于2016年9月由浙江大學牽頭啟動，康拓工控作為項目子課題“建設深度安全技術測試驗證平臺”任務的承擔單位，參加了項目啟動會，并簽署了課題任務書，課題總金額260萬。

工業控制系統已廣泛應用于電力、水力、石化、醫藥、食品制造、交通運輸、航空航天等工業領域，控制裝置及系統是現代工業裝備以及冶金、能源、石化、國防等領域重大工程的神經中樞、運行中心和安全屏障。超過80%涉及國計民生的關鍵基礎設施依靠工業控制系統來實現自動化作業。工業控制系統是現代工業裝備、國家重大工程及關鍵基礎設施的神經中樞和運行中心。但是控制系統與互聯網技術的深度融合引發了工業控制系統網絡安全新的重大挑戰，亟需系統性地從理論模型、關鍵技術、裝備研制及測試評估等方面開展工業控制系統深度安全技術研究。工控安全事關國家之戰略安全。

作為國家重點研發計劃科技重大專項的承擔單位，康拓工控將參與國家工控系統深度安全防護體系的研究和建設，承擔的課題將研究工業控制系統各組件的可信增強和動態防護技術，實現控制行為安全可信，包括建設包括1類典型工業裝置、3種國內外主流ICS的深度安全技術測試驗證平臺，并支持5種國際工業協議的深度解析。課題的研究方向代表了國內工業控制系統安全、信息安全領域的發展方向，將為下一步研制工控系統安全產品打下良好的技術基礎。