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1  概述

    SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對遠(yuǎn)方的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程信號和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)等各項功能。
    供水企業(yè)的SCADA系統(tǒng)通常由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、水廠測控站、管網(wǎng)RTU、有線/無線通信系統(tǒng)等構(gòu)成；在自來水企業(yè)的產(chǎn)、供、銷和企業(yè)管理等幾大信息化塊中，SCADA對下采集生產(chǎn)過程和管網(wǎng)供水的實時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行遙控遙調(diào)，將生產(chǎn)和供水的信息傳到企業(yè)MIS（計算機內(nèi)部管理信息系統(tǒng)）中供公司領(lǐng)導(dǎo)決策參考，因此，供水SCADA就構(gòu)成了城市自來水企業(yè)生產(chǎn)自動化和管理信息化的核心系統(tǒng)。

2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    該SCADA系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)測中心（位于公司調(diào)度室）和6套基于S7-300的遠(yuǎn)程測控終端（RTU）組成，通訊組網(wǎng)方式為無線。6套遠(yuǎn)程測控終端分別設(shè)置在兩個水源地和4個管網(wǎng)測壓點。
中心調(diào)度室設(shè)兩臺上位計算機，冷備方式。兩臺計算機安裝相同的應(yīng)用軟件（數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件、電話錄音軟件等），當(dāng)一臺計算機故障時，另一臺計算機由人工投入。考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性、靈活性以及以后與公司的MIS系統(tǒng)相連，這兩臺計算機通過集線器組成星型以太網(wǎng)，在集線器上留有足夠的端口以備將來和其它計算機或系統(tǒng)連接。

圖1  系統(tǒng)框圖

說明：1#至6#監(jiān)測點分別代表兩個水源地和4個管網(wǎng)測壓點。

2.3  硬件系統(tǒng)

(1)  中心調(diào)度室
    中心調(diào)度室硬件包括上位數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)硬件、電話錄音系統(tǒng)硬件以及其它輔助設(shè)備等組成。
?  上位數(shù)據(jù)監(jiān)測：
    兩臺計算機冷備配置。考慮到監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和靈活性，在上位計算機與各監(jiān)測點RTU之間設(shè)一中心站。該中心站由一臺S7-300 PLC和數(shù)傳電臺、電臺電源、饋線及天線組成，數(shù)傳電臺不直接與計算機相連，而是連在PLC上，PLC與上位計算機用通訊口連接。這樣做的好處是：(1) 將底層的數(shù)據(jù)采集與上層的數(shù)據(jù)監(jiān)視分隔開，使系統(tǒng)各部分之間相對獨立，提高系統(tǒng)的可靠性；(2) 利于擴(kuò)展，組態(tài)靈活。當(dāng)需要修改上位機數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件或增刪系統(tǒng)站點時，只需對中心站PLC組態(tài)既可，而不必修改數(shù)據(jù)監(jiān)測點的軟件，從而最大限度地保證了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性。
?  電話錄音系統(tǒng)：
    配置一塊電話錄音卡（PCI接口，即插即用），基本配置為4路，最大可擴(kuò)充到128路。
?  輔助設(shè)備：
    設(shè)一臺打印機用于打印報表及其它文件，一臺外置式刻錄機用于備分歷史數(shù)據(jù)文件。不間斷電源（UPS）用來給計算機及其它輔助設(shè)備供電，保證在市電故障的情況下計算機及輔助設(shè)備能正常工作。在中心調(diào)度室放置一調(diào)度用工作臺，除計算機顯示器等必須放在桌面外，其余設(shè)備均可放在工作臺內(nèi)，保證室內(nèi)的整潔。

(2)  監(jiān)測點
    監(jiān)測點由S7-300 PLC（包括相應(yīng)的I/O卡）、數(shù)傳電臺、電臺電源、饋線及天線、現(xiàn)場測量儀表等組成。每個監(jiān)測點除I/O點數(shù)和儀表不一樣外，其余均相同。見“系統(tǒng)框圖”。
    現(xiàn)場測量儀表將被測信號（水位、壓力、余氯、流量等）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電信號送給PLC，PLC將這些模擬量數(shù)據(jù)和其它開關(guān)量數(shù)據(jù)處理后，通過數(shù)傳電臺傳到中心調(diào)度室。

2.4   軟件系統(tǒng)

(1)  中心調(diào)度室
    中心調(diào)度室包括以下軟件：
?  操作系統(tǒng)平臺：選用當(dāng)今流行的主流操作系統(tǒng)WINDOWS 2000。
?  上位數(shù)據(jù)監(jiān)測組態(tài)軟件平臺：綜合價格和性能兩個因素考慮，選用北京三維力控科技有限公司的工控組態(tài)軟件力
2.6（通用監(jiān)控版）。力控是一個面向方案的HMI/SCADA平臺軟件，具有全面的開放性。它基于流行的32位WINDOWS平臺，豐富的I/O驅(qū)動能夠連接到各種現(xiàn)場設(shè)備。分布式實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可提供訪問工廠和企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一個公共入口。內(nèi)置TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序，可以充分利用Intranet或Internet的網(wǎng)絡(luò)資源。

它具有以下特點：
    (1) 數(shù)據(jù)庫。內(nèi)置實時數(shù)據(jù)庫管理器，全屏瀏覽編輯，使組態(tài)過程更加方便、靈活、高效；
    (2) 報表。自由式萬能報表功能，可以創(chuàng)建出任意類型的報表，并在報表上顯示、打印任意點的實時數(shù)據(jù)及任意時刻的歷史數(shù)據(jù)；
    (3) 內(nèi)置數(shù)據(jù)表。具備標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫所具有的基本特征和功能，免去在向管理信息系統(tǒng)延伸時必須捆綁各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫所帶來的麻煩；
    (4) 圖形。具有漸進(jìn)色、立體風(fēng)格，內(nèi)置豐富的圖庫，任意拖拽不變形；
    (5) 腳本。類BASIC腳本語言，支持分支、循環(huán)、多分支等程序結(jié)構(gòu)，具有數(shù)據(jù)改變、條件、鼠標(biāo)/鍵盤、進(jìn)入/退出、計時/定時等多樣的程序觸發(fā)方式，提供SQL查詢、設(shè)備操作、數(shù)學(xué)運算、系統(tǒng)信息、配方管理、字符串操作、WINDOWS控件、內(nèi)置數(shù)據(jù)表等豐富的腳本函數(shù)；
    (6) 通信。全面支持OLE、ActiveX、DDE，完整的OPC Client，標(biāo)準(zhǔn)的SQL/ODBC API接口。
?  上位數(shù)據(jù)監(jiān)測運行軟件：
    哈爾濱金晟實業(yè)有限公司將根據(jù)用戶需要，在力控2.6平臺上開發(fā)滿足用戶要求的數(shù)據(jù)監(jiān)測運行軟件。
?  優(yōu)化調(diào)度決策支持軟件：
    該軟件根據(jù)各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)（出水泵工況、管網(wǎng)壓力、管網(wǎng)閥門啟閉歷史等），建立供水調(diào)度數(shù)學(xué)模型，計算出一個最佳調(diào)度方案提供給調(diào)度人員；根據(jù)歷史管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)，輔助計算供水管網(wǎng)平差，為供水管網(wǎng)改造、優(yōu)化提供決策支持。
?  電話錄音軟件：
    用于對外來電話進(jìn)行錄音、備份、檢索等。
?  中心站PLC應(yīng)用軟件：
    該軟件負(fù)責(zé)與各現(xiàn)場監(jiān)測點的RTU進(jìn)行通訊，接收現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，處理后傳到上位計算機，并同時接受上位計算機的各種指令。

(2)  監(jiān)測點
    監(jiān)測點軟件是各RTU中PLC的應(yīng)用軟件，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與處理，與中心調(diào)度室中心站通訊的任務(wù)。

3  系統(tǒng)功能描述

3.1  系統(tǒng)安全
    上位數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件可設(shè)多級口令保護(hù)，系統(tǒng)分三個等級登錄：系統(tǒng)維護(hù)員、調(diào)度主任、調(diào)度員。按用戶要求，給不同等級登錄的人員授予不同的權(quán)限。只有被授權(quán)的登錄用戶才能看到相應(yīng)的數(shù)據(jù)和畫面。

3.2  實時遙測、遙信
    本系統(tǒng)對水源地和測壓點數(shù)據(jù)進(jìn)行遙測。數(shù)據(jù)種類分為模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出和脈沖量輸入五種，這些數(shù)據(jù)包括水源地和測壓點上的壓力信號、水源地的水位、泵出口壓力、出水余氯、出水流量、泵狀態(tài)等。RTU將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)通過無線的方式上傳到中心調(diào)度室。
    系統(tǒng)的巡檢時間以每個站3秒按6個站計算，最小為18秒。站與站之間的巡檢間隔和系統(tǒng)總巡檢時間可在計算機畫面上人為設(shè)定。

3.3  數(shù)據(jù)顯示及分析
    中心調(diào)度室的上位數(shù)據(jù)監(jiān)測計算機將獲得的各類靜態(tài)信息與動態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)分析、加工、整理以直觀、動態(tài)的形式顯示在畫面上，配以逼真的工藝流程圖，使顯示畫面更加形象，操作人員能快速、準(zhǔn)確、直觀地了解現(xiàn)場工藝流程情況，為更好地調(diào)度管網(wǎng)運行提供保障。

3.4  歷史數(shù)據(jù)的存儲、檢索、查詢及分析
    根據(jù)用戶要求及系統(tǒng)需要，可對任一數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、檢索、查詢及分析。當(dāng)歷史數(shù)據(jù)庫需要備份和歸檔時，可通過外置式光盤刻錄機實現(xiàn)。

3.5  報表顯示及打印
    系統(tǒng)可生成滿足用戶需要的各種生產(chǎn)情況的日月年報表，既可定時自動打印，也可以手動隨時打印。

3.6  報警及分析

    (1)  報警
    系統(tǒng)可對水源地的機泵運行故障或異常、測壓點壓力超限或不足等及時報警。報警信號采用主動上報方式，優(yōu)先級最高。

    (2)  報警信息分析
    報警出現(xiàn)時總是伴隨著系統(tǒng)異常。對于不同的報警信息，系統(tǒng)能給出相應(yīng)的分析（前提是必須要采集足夠多的數(shù)據(jù)）。
?  機泵故障或異常：熱保護(hù)繼電器動作，電壓、電流不足或過載。
?  管網(wǎng)壓力超限或不足：管網(wǎng)中某一處出現(xiàn)爆管或泄露會導(dǎo)致管網(wǎng)壓力迅速下降，若和管網(wǎng)GIS系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）結(jié)合，可分析判斷出具體的爆管或泄露位置，從而確定出需要關(guān)閉的閥門。當(dāng)用戶用水量減少時，會導(dǎo)致管網(wǎng)壓力升高，這時可關(guān)閉幾臺機泵使壓力恢復(fù)正常。

3.7  電話錄音
    (1)  可實時監(jiān)聽每一條線路的通話內(nèi)容，并可實時調(diào)節(jié)音量；
    (2)  可以根據(jù)任意給定的條件對錄音、備份資料進(jìn)行快速、簡潔的回放查聽；
    (3)  多個用戶可以在多臺電腦使用聲卡對錄音資料根據(jù)任意給定條件進(jìn)行回放查聽與備份；
    (4)  系統(tǒng)具有自動同步雙備份功能，也可以通過系統(tǒng)手工備份到用戶想要保存的目錄或磁帶轉(zhuǎn)錄；
    (5)  以完整的檢測并記錄所有外撥電話號碼與來電顯示號碼；
    (6)  強大的電話管理功能，可以對所有的撥入、撥出電話進(jìn)行清單列表、打印、匯總、分組等；
    (7)  系統(tǒng)具有自動增益功能，可以自動調(diào)節(jié)通話雙方的音量，而不至于聲音太小；
    (8)  所有談話內(nèi)容錄為WINDOWS WAV格式，可以在任意WINDOWS電腦中播放；
    (9)  可以設(shè)置多達(dá)6個盤（可以是硬盤、分區(qū)或網(wǎng)絡(luò)映射盤）自動循環(huán)錄音；
    (10)  錄音啟動方式靈活，具有壓控、鍵控、聲控三種啟動方式；
    (11)  錄音起始時間可以靈活設(shè)置，可以是一段時間內(nèi)錄音，也可以是每天24小時錄音；
    (12)  提供多種壓縮率， 20G的硬盤最多可以保存3500多個小時；
    (13)  線路適用于電話外線、分機內(nèi)線、ISDN引出的模擬線、無線對講機的音頻輸出線等；
    (14)  當(dāng)系統(tǒng)的硬盤將滿時，系統(tǒng)將自動清除最先錄音的資料，以保證系統(tǒng)可以常年不間斷運行；
    (15)  方向判別。可以判別出呼叫方向，如呼入還是撥出；
    (16)  系統(tǒng)具有18種權(quán)限，可以滿足不同的需要；
    (17)  報警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時（斷線等），系統(tǒng)會通過屏幕提示報警；
    (18)  系統(tǒng)具有完整的操作日志，可以記錄對系統(tǒng)的所有操作。

3.8  網(wǎng)絡(luò)功能
    如果需要，系統(tǒng)還可升級為支持Web功能、面向Intranet/Internet的應(yīng)用系統(tǒng)。現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)送到Web服務(wù)器上，以網(wǎng)頁的形式發(fā)布，客戶端只要安裝瀏覽器軟件（如IE）便可瀏覽相應(yīng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)在企業(yè)范圍內(nèi)的共享。

4  SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用前景

    SCADA系統(tǒng)具有功能強大、運行穩(wěn)定、良好的擴(kuò)展性、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點，已廣泛的應(yīng)用于石油、化工、電力、水利、環(huán)保等行業(yè)。迅速發(fā)展的計算機技術(shù)又為SCADA系統(tǒng)新增加不少功能。我國的SCADA系統(tǒng)從上世紀(jì)80年代初開始起步，80年代中期微機及無線通訊在生產(chǎn)調(diào)度中產(chǎn)生實效，至今已有很大的發(fā)展。但在地區(qū)和行業(yè)中發(fā)展極不平衡，已運行的SCADA系統(tǒng)在行業(yè)中占的比重甚少，與發(fā)達(dá)國家還有很大的差距。因此優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度的SCADA系統(tǒng)越來越受到各行各業(yè)的重視。