SCADA系統(tǒng)在城市供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

王冉　李大勇　姜福歡　周慶蓮

[摘要]本文結(jié)合錦州市大凌河供水工程SCADA系統(tǒng)設(shè)計的實例，詳細介紹了SCADA系統(tǒng)的配置和功能，錦州市大凌河供水項目已運行十五年之久。取得了很大的經(jīng)濟效益和社會效益，積累了豐富的操作使用經(jīng)驗，對今后設(shè)計新的給水項目具有很大的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]SCADA系統(tǒng)，RTU，主機，GPRS軟件

[中圖分類號]TV674 [文獻標識碼]B [文章編號]1672-5158（2013）06-0305-02

1 前言

我們從八十年代中、后期選用了國內(nèi)、國外的SCADA系統(tǒng)設(shè)備，最早使用單線遙控技術(shù)，后來采用功能組的遙控設(shè)備，近十幾年選用成套的SCADA系統(tǒng)。要求四遙的水平不斷迅速提高，SCADA監(jiān)控設(shè)備也不斷更新?lián)Q代。近幾年我們在哈爾濱市、大連市、鞍山市、營口市設(shè)計了十多項SCADA系統(tǒng)，投運后運行良好。由于錦州市大凌河供水中設(shè)計選用的SCADA系統(tǒng)于1994年投產(chǎn)以來可靠穩(wěn)定運行十四年了，而且其規(guī)模也很大，所以本文重點介紹了SCADA系統(tǒng)在錦州大凌河供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，很有代表性，很有實際意義。

供水工程簡介：錦州市大凌河供水工程是世界銀行貸款的國家重點工程，1991年設(shè)計，1992年動工，1994年建成。供水系統(tǒng)包括20萬噸/日生產(chǎn)能力的大木凈水廠（包括原有13萬噸/日），10萬噸/日供水能力的八段加壓泵站，水源地的水源井群（20口）。大木水廠離八段加壓泵站有50公里，八段加壓泵站離水源地井群有十幾公里，水源井布置比較分散。

2、SCADA系統(tǒng)方案的確定

該供水系統(tǒng)規(guī)模大，供水范圍廣，由于提供城市大部分的生產(chǎn)及生活用水，因此可靠性要求高，按傳統(tǒng)的管理方式設(shè)計，凈水廠、加壓泵站和水源井群均需要安排人員值班，各處的值班人員保持經(jīng)常的電話聯(lián)系，才能了解各處的泵的運行狀態(tài)、出水壓力、機溫、水位、流量等參數(shù)。一旦泵或儀表出現(xiàn)故障，派人馬上維修。這種管理方法，第一，不可靠，在通訊不暢或陰雨天經(jīng)常會出現(xiàn)各種事故，造成停止供水；第二，這種管理方法，工人的勞動強度大，責(zé)任重；第三，技術(shù)落后，嚴重制約了供水系統(tǒng)的科學(xué)化、現(xiàn)代化。

為此，對該供水工程選用了可靠先進的SCADA系統(tǒng)。“SCADA”的涵義為：“SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITIONSYSTEM”，中文為“監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。通訊采用有線與無線相結(jié)合。在此以前，在別的供水工程中我們設(shè)計選用過單線遙控，功能組件的四遙系統(tǒng)，以單片機為基礎(chǔ)的四遙系統(tǒng)，但均不理想、可靠。雖然這些技術(shù)、產(chǎn)品當(dāng)時還有。但由于：一、設(shè)備，技術(shù)落后；二、元器件不可靠；三、不兼容，不開放，不遵守國際上的通訊協(xié)議TCP/IP FTP，尤其IEEE802.3。所以在設(shè)計時不能采用。

該供水系統(tǒng)設(shè)計選用的是國外的SCADA系統(tǒng)，技術(shù)參數(shù)以美國產(chǎn)品為依據(jù)，通過世界銀行貸款設(shè)備招標。招標來的是美國摩托羅拉公司產(chǎn)品，遵守IEEE802.4，無線通訊遵守IEC870.5。

該供水工程的SCADA系統(tǒng)是一個三級調(diào)度系統(tǒng)。水源井群為最下級調(diào)度；八段加壓泵站、大木凈水廠及原有供水廠為中間級調(diào)度；公司對這些泵站水廠為最高級別調(diào)度。

監(jiān)控內(nèi)容如下：

2.1 大木凈水廠

2.2 八段加壓泵站

2.3 水源井群

3 SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成及配置

SCADA系統(tǒng)是由遠程監(jiān)控站、通信系統(tǒng)、上位管理站及計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

該系統(tǒng)可支持單層網(wǎng)到復(fù)雜的遞階多級網(wǎng)。每級最多可支持240個遠程監(jiān)控站或1000個站。監(jiān)控范圍可從幾公里到幾百公里（加中繼站）。監(jiān)控點數(shù)從幾百點到幾千點。而且該系統(tǒng)遵循國際通訊協(xié)議。

3.1 遠程監(jiān)控站

3.2 通信系統(tǒng)

3.3 上位管理站

3.4 計算機網(wǎng)絡(luò)

4、SCADA系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)中的軟件是基于面向?qū)ο蟮亩嗳蝿?wù)執(zhí)行系統(tǒng)（MTE：Multi TasMng Executive system）設(shè)計而成的。當(dāng)SCADA的RTU冷啟動時自動支持不同的硬件模塊和用戶設(shè)置的不同的通訊口。這樣所有RTU可以使用一個標準的軟件包滿足不同的應(yīng)用需要。SCADA系統(tǒng)中的軟件支持基于OSI模型的通訊協(xié)議MDLC。該協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)分成7個連續(xù)的層次，每層均為其相鄰高層提供一個基本的服務(wù)和支持。

SCADA系統(tǒng)中的RTU軟件提供下列功能：

——可以將應(yīng)用程序分成最多可達5個優(yōu)先級別，以提高系統(tǒng)效率；

——提供對用戶數(shù)據(jù)表和梯形圖的實時監(jiān)視和調(diào)試；

——RTU上電時執(zhí)行上次RTU掉電時執(zhí)行的任務(wù)；

——隨時檢測軟件和硬件故障；

——所有軟硬件的錯誤信息存儲在錯誤登錄器中，可在SCADA系統(tǒng)任何通訊口調(diào)出，以方便系統(tǒng)的調(diào)試和日常維護。

4.1 編程工具包及其功能

4.2 數(shù)據(jù)傳送方式

5、系統(tǒng)功能及特點

5.1 系統(tǒng)功能

1）遙測功能：數(shù)字濾波、報警比較處理、算術(shù)與邏輯運算、流量積算和脈沖累計等。

2）數(shù)據(jù)采集和報警監(jiān)視功能

3）遙控功能：PID控制、順序控制。

4）維護功能：故障診斷、錯誤處理。

5）管理功能：能量計算、數(shù)據(jù)處理、畫面顯示、潮流預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度、趨勢記錄及報表打印等。

5.2 特點

1）可靠性高。

2）通信方式多，距離遠。

3）組態(tài)靈活，構(gòu)成擴展系統(tǒng)容易。

6、檢測儀表

按工藝流程的要求設(shè)置了相應(yīng)的檢測儀表。

如上所述，所選用的儀表包括流量（電磁）、壓力、佘氯、濁度、液位（超聲波）、鐵離子、錳離子等儀表。

另外，自動加氯系統(tǒng)提供了漏氯、氯氣氣體流量，自動加氯機閥位等。

不容忽視的事實是，電氣設(shè)備提供的開關(guān)量是可靠的，因此檢測儀表的質(zhì)量也要求的高，為了SCADA系統(tǒng)的成功，所以設(shè)計及設(shè)備招標選用的儀表均是來自美國、英國、德國的先進可靠的智能型的檢測儀表。

7、SCADA系統(tǒng)運行總結(jié)

當(dāng)然，今日的SCADA系統(tǒng)不論硬件、軟件，隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展均有很大進步，硬設(shè)備如CPU，存儲器，硬盤等的技術(shù)指標也有很大提高，軟件自診斷功能加強，所以在以后的供排水工程設(shè)計中要考慮到系統(tǒng)兼容性，日后可擴展性。

為了提高系統(tǒng)通訊的可靠性，無線通訊今后最好選用被實踐證明可靠的GPRS技術(shù)。2004年設(shè)計沈陽供水項目的SCADA系統(tǒng)就是這樣做的。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)早已融入了變電站監(jiān)控的方方面面，國內(nèi)外已制造出了變電站（所）計算機監(jiān)控系統(tǒng)及馬達管理中心。2008年鞍山市供水項目SCADA系統(tǒng)就是這樣做的。該系統(tǒng)是一套利用計算機網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對變電站（所）進行測控和監(jiān)視的軟、硬件體系。八段加壓泵站、大木配水廠由于主要設(shè)備為高壓電機，應(yīng)使用這種系統(tǒng)設(shè)備最適合。該系統(tǒng)由綜合保護器、現(xiàn)場總線、PLC前端機及配套軟件組成，PLC由前端機控制。

通訊選用光纖，數(shù)據(jù)傳播既迅速又準確（八段加壓泵站至井群儒RTU）。

前端機提供網(wǎng)絡(luò)通訊接口與監(jiān)控中心或工作站連接，實現(xiàn)系統(tǒng)集中監(jiān)控。前端機要遵守下行通訊協(xié)議MODBOS、上行通訊協(xié)議ICP/IPMODBOS、DC451等。

綜合保護器是集保護、測量、控制、通信功能為一體的分布式微機成套保護測控裝置，并有sCADA接口，采用后可省掉電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等檢測儀表，并可大大減少二次接線，節(jié)省人力，減少故障點，便于檢修。

最近幾年尤其2004年設(shè)計的沈陽、大連、鞍山、營口等供水項目都是這樣做的，在沈陽市供水項目設(shè)計的SCADA系統(tǒng)還考慮了上述的新理念、新技術(shù)、新設(shè)備并妥納。

盡量采用嵌入式技術(shù)

今后盡量采用嵌入式技術(shù)，將過去的FCS、DeS、PLC、GIS、OAS辦公自動化系統(tǒng)，所有現(xiàn)場測控系統(tǒng)及主工藝流程所引用的先進控制技術(shù)（如未來兩遠測，模糊神經(jīng)技術(shù)在線監(jiān)控的加藥系統(tǒng)，污性物廢氣處理的人工智能防真閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等等）都納入到INTERNET+RTE+TCP/IP協(xié)議為主要模式的信息控制一體化系統(tǒng)中去。因為嵌入式系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)信息控制一體化不可分割的一部分。

專家們預(yù)測，到2010年是嵌入式INTERNET的時代。

總之，為了我國供水事業(yè)上新臺階，為了應(yīng)對日新月異的高新技術(shù)的挑戰(zhàn)，尤其是SCADA系統(tǒng)又有新技術(shù)新產(chǎn)品的出現(xiàn)，設(shè)計人員、管理人員要不斷提高自身技術(shù)水平及素質(zhì)。