淺談熱網SCADA系統

楊陽 徐建民

摘 要：本文對SCADA系統進行了介紹、并對其構成及其數據實現進行了闡述。

關鍵詞：SCADA

1 引言

在集中供熱系統中，雖然在設計階段已經進行了水力平衡的設計，但由于供熱工程設計階段的供熱面積、熱用戶的分布、管道的路由走向等等的設計情況與實際運行情況相比往往會有所出入，再加上工程施工質量問題、管道管徑的限制問題、管道中循環水的流速限制問題以及水力平衡設計本身的問題，造成了水力失調很難單靠設計來進行解決，所以，采用熱網集中運行及管理系統成為現階段集中供熱系統的必然趨勢。

2 SCADA系統介紹

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監視控制系統。SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

由于各個應用領域對SCADA的要求不同，所以不同應用領域的SCADA系統發展也不完全相同。在熱力行業中，SCADA系統應用廣泛，技術成熟，SCADA系統在熱力行業的應用對城市熱力輸配進行更加合理調度，保證管網安全供熱，節約能源與資金，加快緊急事件反應時間，減少不應有的損失，同時通過更加合理的調度節約大量的人力和物力，提高經濟效益和管理水平，與國際先進水平接軌發揮了重大的作用。

3 SCADA系統構成及網絡架構

SCADA系統主要由主站系統，通訊系統，人機界面及遠程終端控制系統組成。 圖3.1為SCADA在熱網集中控制系統中的網絡拓撲圖

3.1主站系統

主站系統一般采用先進的計算機，有著良好的圖形支持，可以采集數據，也可以提交命令監控程序的進行。一個主站系統可能有幾十個上百個工作站，多個服務器。但是對于簡單的SCADA主站系統可能就只有一臺計算機，運行一套軟件。

龐大的主站硬件系統一般包括通訊前置系統、管理服務器、工程師站、操作員站、歷史站、WEB服務器等等。主站系統軟件龐大而復雜，軟件劃分的方法一般分為模塊方法，主要有操作系統軟件、編程軟件、組態軟件、畫面運行軟件、報表分析軟件、通訊（OPC）服務軟件、歷史數據庫軟件、WEB發布軟件等等。硬件系統與軟件系統有機的結合實現了主站系統對遠程終端單元的監視和控制。圖3.2為主站系統架構圖。

3.2通信網絡

通信系統是提供主站系統及遠程終端控制單元之間傳輸數據的管道。

通信系統一般分類大體可以分為兩類，即有線和無線。傳統的有線方式主要有音頻電纜，架空明線，載波電纜，同軸電纜，光纖，電力載波等。傳統的無線方式主要有電臺、微波、衛星、光線、聲波等手段。目前隨著通訊技術的發展，基于各種網絡的通訊方式也發展很快，如采用VPN虛擬局域網（聯通ADSL和移動DDN業務）、APN（LNS）專網+數據專線、GPRS/CDMA+Internet專線或域名。這種通訊方式可能是有線的也可能是無線的，甚至多次跨越無線和有線，方便施工節約成本。

3.3人機界面

人機界面（human machine interface，簡稱HMI）是一個可以顯示程序狀態的設備，操作員可以依此設備監視及控制程序。HMI可以鏈接到SCADA系統的數據庫及軟件，讀取相關信息，來顯示趨勢、診斷數據及相關管理用的信息，如定期維護程序、特定傳感器或是可以協助故障排除的專家系統。

3.4遠程終端控制系統

遠程終端控制系統（Remote Terminal Unit，簡稱RTU）連接許多程序中用到的傳感器，數據采集后將數據傳送給監控系統。現階段在熱網中心控制系統中因可編程邏輯控制器（programmable logic controller，簡稱PLC）價格便宜，用途廣泛，常被用作現場設備，取代特殊功能的遠程終端控制系統。

SCADA系統的數據庫及軟件是調度管理層，PLC是現場設備層。PLC系統，用于工業現場的測量控制，現場測控功能強，性能穩定，可靠性高，技術成熟，使用廣泛，價格合理。SCADA的重點是在監視、控制，可以實現部分邏輯功能，基本用于上位，而PLC單純的實現邏輯功能和控制，在實現操作是需借助按鈕指示燈、HMI以及SCADA系統；

4 SCADA系統的數據實現

SCADA系統是一個可以監控及控制所有設備的集中式系統，或是在由分散在一個區域（小到一個工廠，大到一個國家）中許多系統的組合。熱網SCADA系統用于熱網調度及控制，為操作人員和管理人員提供了對熱網進行實時監控和管理調度的平臺。

熱網SCADA系統數據采集由遠程終端單元RTU進行，包括讀取現場一些傳感器設備的數據，依SCADA系統需求通信傳送設備的狀態報告。數據有特定的格式，各分站控制室中的操作員可以用人機界面了解系統狀態，并決定是否要調整RTU的控制，或是暫停正常的控制，進行特殊的處理。數據也會傳送到歷史記錄器，一般會是架構在商用的數據庫管理系統上，以便追蹤趨勢并進行分析。

熱網SCADA系統中大部份的控制是由遠程終端控制單元進行，主站系統一般只作系統監控層級的控制。例如在換熱站一個系統中，由PLC來控制換熱站一、二次網循環水的流量、壓力、溫度，而SCADA系統可以讓操作員改變調節閥的開度從而改變循環水的流量的目標值及溫度的目標值，并設置需顯示及記錄的警告條件（例如流量過低，壓力過高，溫度過高）。PLC會利用回授控制來控制流量、壓力或溫度，而SCADA系統則監控系統的整體性能。

總結起來熱網SCADA系統可以實現以下功能：

換熱站熱值的遠方自動控制；

換熱站熱值的現場手動控制；

換熱站數據就地顯示：流量、壓力、溫度等；

換熱站數據集中顯示：流量、供水壓力、供水溫度、回水壓力、回水溫度；

電動調節閥閥位開度顯示 ；

換熱站控制參數；

換熱站無線數據采集，集中監控

主站系統實現實現了對供熱系統運行數據的統計、分析和管理，如參數圖、報警圖、流程圖、趨勢圖、數據報表（打印）、參數設定（調整）、報警提示（語音報警）等功能。

4 結語

隨著國家對環境保護的重視，城市集中供暖已成主流，而其運行可靠性、先進性、擴展能力是系統設計優先考慮的因素。熱網SCADA系統采了分布式服務器結構，能夠保證在近200換熱站條件下穩定運行，操作人員可以通過監控中心的操作員工作站所提供的管網和站場工藝流程的壓力、溫度、流量、設備運行狀態等信息，對管網運行的監控和管理。因此熱網SCADA系統將被視為成具有高可靠性、穩定性和靈活性系統的代表。

作者簡介

楊陽（1986-），女，主要從事電氣自動化控制方面工作。

徐建民（1986-），男，主要從事電氣自動化控制方面工作。