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1 引言
西安市自來水公司現有水廠8座，分布在市區內，供水能力164萬立方米/日，供水管網1269公里，供水面積170平方公里，供水人口227萬人。它實行兩級生產調度和三級管理模式，即公司進行一級調度，各水廠設立一個二級調度站，各水源地為三級管理。
2 系統結構簡介
公司SCADA系統選擇兩級調度結構，即設置一個主調度中心站和幾個二級調度中心站及遠程管網檢測點。
主調度中心站是SCADA系統的管理指揮中心，設立在公司調度室，由以下硬件構成：數據庫服務器，主/備SCADA服務器，Web服務器，通訊處理器，工程師站，大屏幕顯示系統等；兩套互為熱備的SCADA服務器和兩臺MOTOROLA公司的通訊處理器MCP-T是主調度中心骨干；數據庫服務器用來運行通用數據庫管理系統和專用數據庫管理系統。同時主調度中心采用先進的瀏覽器/服務器結構，配置一臺Web服務器，為自來水公司的Intranet提供Web服務，使用戶可以通過瀏覽器的方式輕松的了解系統信息。主調度中心的結構如圖1所示。
軟件采用Intellution公司的iFix組態軟件。主調度中心還使用美國Microsoft公司的SQL Server關系數據庫和美國Intellution公司的iHistorian實時歷史數據庫建立中心數據庫。
二級調度中心站分別設置在各水廠的下屬車間內，配置一臺SCADA服務器和一套RTU。遠程終端設備RTU（Remote Terminal Unit）是一種智能測控設備，它配置有數字量和模擬量的輸入/輸出模塊，能通過有線網絡、無線電臺、專用線或調制解調器與遠方設備進行通信，用于對遠方設備進行監測控制，是測控系統中的關鍵設備。二級調度中心站用RTU 采集本水廠的數據和隸屬于本水廠的遠程檢測點的數據，監測本水廠的運行參數，并且把一些數據上傳到主調度中心。
遠程管網檢測點隸屬于主調度中心站，配置一套RTU。它采集本地的數據，并上傳數據到主調度中心。系統結構如圖2所示。
3 RTU的選型
本系統選用MOTOROLA公司生產的MOSCAD系列產品，它有三種類型MOSCAD，MOSCAD-L和MOSCAD-M。三種類型的最主要區別在于可最多擴展的輸入/輸出模板數，它們最多可擴展模板數量分別為理論上240，3和1。考慮到工程費用和系統的可擴充性，本系統根據各點AI、DI輸入量的多少，確定I/O模板多于3個的選擇MOSCAD，少于等于3個的選擇MOSCAD-L。MOSCAD具有適合本系統的很多特點，如MOSCAD采用MDLC通信協議，該通信協議是為無線電設備來傳輸大量數據而專門設計的；MOSCAD可以進行遠程診斷和下載/上載；MOSCAD可以方便地進行存儲/轉發。
4 RTU的通訊組網
本系統有60多個管網檢測點，地理位置十分分散，地域分布廣泛，適合采用無線通信方式。選用美國MDS公司生產的MDS 2710A數傳電臺，該電臺有堅固耐用，接收靈敏度高，抗干擾能力強，數據傳輸轉換時間快的優點，并且該電臺提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU及PLC等數據終端連接，實現透明傳輸。系統使用的頻率為233.900MHz，以單頻半雙工的通訊方式工作，功率（0.5~5W）可調。
系統采用了輪詢與突發上傳相結合的通訊方式。主調度中心站采用MOTOROLA公司的通訊處理器MCP-T，一種用于TCP/IP協議的MDLC網關。主調度中心站每3min輪詢各水廠和遠程管網檢測點并獲得該檢測點的數據（每3s一個檢測點），不論該數據是不是發生了變化；二級調度中心站采用了現場接口單元（FIU）作為通信處理器和數據采集器，FIU一方面通過無線網絡響應主調度中心MCP-T的召測，上傳本廠的工藝參數和設備運行狀況事件，另一方面輪詢本廠的遠程檢測點，并獲得現場的工藝參數和設備的運行狀況。如果本廠檢測到的壓力、流量、液位等超過報警限值，則采用突發上傳的方式，把數據及時送給主調度中心和二級調度中心；管網檢測點響應主調度中心站的召測，把現場的工藝參數及設備運行情況傳送給主調度中心，如果檢測到壓力、濁度等發生了很大的變化，則采用突發上傳的方式把數據及時傳送給主調度中心。
準確、暢通的通信是SCADA系統功能實現的保障，特別是在采用無線通訊方式的西安市自來水公司SCADA系統中。筆者在設計階段進行了場強測試，由于西安市南面、西面高，東面、北面低，而自來水公司調度室又在西安的西面這一實際情況，造成東面、北面較偏僻的水廠和管網檢測點的場強和信噪比很低，通信不能保證，這給整個系統的實施帶來困難。筆者初步確定兩種解決方案：
(1) 在自來水公司調度室架高塔，所有點直接和主調度中心通信；
(2) 在北面和東面選擇現有的信號比較好的管網檢測點，通過中繼的方式把數據轉發到主調度中心。
MOSCAD系列產品具有存儲/轉發功能，即RTU從其他RTU接收數據，把數據保存在內存中，當通道空閑時，再把數據轉發到主調度中心。任一個RTU通過正確的配置都具有存儲轉發功能，而且只需把定向天線換成全向天線，該點就可以成為中繼點。由于第二種方案費用低，組網靈活，本系統確定采用第二種方案。但對實時監控系統，輪詢時間是一個很重要的參數，經過實際的應用，經過一次中繼傳送數據的時間是沒經過中繼傳送數據時間的1.2~1.4倍，系統輪詢時間能夠符合要求。
5 RTU的軟件設計
MOSCAD系列產品提供了編程工具軟件TOOLBOX，它提供了軟件診斷、通道測試、硬件測試、MDLC協議分析等功能，還提供了C TOOLKIT軟件，可以支持C語言開發應用程序。
在本系統的程序設計中，主要有以下幾個功能模塊：
(1) 本系統采用了輪詢和突發上傳相結合的通信方式。二級調度主站每3min輪詢其所屬子站獲取數據。子站在測量數據超過臨界值時或檢測到硬件錯誤時將突發上傳。二級子站通訊模塊程序的流程圖如圖3所示。
(2) 報警記錄，事件記錄以及一些帶時標的參數都需要寫入主調度中心的數據庫中。因此，所有的遠程管網檢測點及各水廠都必須有精確的時間，并能與主調度中心RTU 同步。本系統在每個整點時，主調度中心將對所有的RTU進行一次時間同步。
(3) 流量累計和壓力累計及平均壓力對供水調度有重要的意義。本系統用如下方式處理：流量計每流過單位體積的水量就輸出一個脈沖信號（脈沖寬度可調），當RTU捕捉到脈沖信號，就觸發一個事件，累加相應的變量，再乘以單位流量，就是累計流量。RTU掃描一次壓力數據，就把這個壓力數據累加到一個變量上，同時壓力次數變量加一，當整點時求一次平均壓力，并把兩個變量清零。
6 RTU的安裝
由于RTU工作環境惡劣，為了保證RTU的正常工作，本系統對RTU的安裝采取了以下措施：
(1) 將RTU安裝在堅固的機箱內，防塵，防水。機箱表面做了良好的處理，以防生銹，腐蝕，使表面處理層牢固。
(2) 對于RTU的交流供電單元，本系統用空氣開關進行瞬時過載保護，短路保護等。機箱內裝接地母線和接地端子。
(3) 在RTU箱內設置避雷設備，如交流電源輸入避雷保護器，傳感器信號線避雷保護器，傳感器電源避雷保護器等。
(4) 鐵塔安裝避雷針，并敷設避雷接地網。避雷接地網接地電阻<4Ω，設備接地電阻<10Ω。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號