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（第二屆“安控杯”SCADA/RTU技術(shù)與應(yīng)用征文比賽優(yōu)秀獎(jiǎng)作品）
羅文洛
1 前言
計(jì)算機(jī)自動(dòng)化SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）技術(shù)又稱(chēng)計(jì)算機(jī)四遙（遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)）技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。
用無(wú)線(xiàn)電臺(tái)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與控制，相對(duì)于架設(shè)專(zhuān)用電纜（或光纜）、租用電信專(zhuān)線(xiàn)等，具有造價(jià)低廉、施工快捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
臺(tái)山市自來(lái)水公司通過(guò)建立一套完整的SCADA系統(tǒng)，并綜合考慮與無(wú)線(xiàn)電調(diào)度系統(tǒng)、公司企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的銜接，建立自控系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）系統(tǒng)三位一體的綜合管理與控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了水廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電調(diào)度系統(tǒng)在水廠(chǎng)自控系統(tǒng)中能監(jiān)視輸水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的參數(shù)，同時(shí)將取水廠(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送回公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。在公司內(nèi)部網(wǎng)上任何一個(gè)終端在授權(quán)情況下能監(jiān)視水廠(chǎng)的運(yùn)行和管線(xiàn)輸水情況。通過(guò)該系統(tǒng)的使用，動(dòng)態(tài)掌握水廠(chǎng)和輸水管線(xiàn)的運(yùn)行情況，做到心中有數(shù)、合理調(diào)度、降低了生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率及公司的生產(chǎn)管理水平。
2 臺(tái)山供水調(diào)度系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)描述
臺(tái)山供水監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
臺(tái)山供水調(diào)度系統(tǒng)在原有的調(diào)度系統(tǒng)基礎(chǔ)上由深圳合廣信息技術(shù)有限公司改造。系統(tǒng)特點(diǎn)如下：系統(tǒng)端機(jī)（RTU）采用美國(guó)AB公司的最新的帶模擬量處理的Micrologix1000微型PLC，電臺(tái)采用新西蘭進(jìn)口組裝電臺(tái)，采用DF1半雙工協(xié)議作為三遙系統(tǒng)的通信協(xié)議，采用通用的SCADA監(jiān)控軟件MACAM作為系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控平臺(tái)。這樣開(kāi)發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)能與水廠(chǎng)的自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊，在公司企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的任何一個(gè)終端（包括調(diào)度室）可監(jiān)視水廠(chǎng)的運(yùn)行情況，也能與公司的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)較好地融合。
圖1 供水監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
中心調(diào)度室設(shè)在自來(lái)水公司辦公大樓頂層，中心調(diào)度室與水廠(chǎng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，中心調(diào)度室與輸水管網(wǎng)測(cè)點(diǎn)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊。無(wú)線(xiàn)通訊采用具有SCADA功能的DF1主從通訊協(xié)議，PLC通過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)RS232接口與數(shù)傳電臺(tái)相連實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通訊，通訊速率可達(dá)9600bps。鑒于控制的統(tǒng)一性和可靠性，中心調(diào)度室對(duì)水廠(chǎng)自控系統(tǒng)只實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，不進(jìn)行控制。水廠(chǎng)所有生產(chǎn)設(shè)備都實(shí)行三級(jí)控制，即本地控制、PLC自動(dòng)控制和水廠(chǎng)中控室操作員控制。
2.2 系統(tǒng)組成
(1) 中心調(diào)度室
中心調(diào)度室設(shè)備的構(gòu)成：調(diào)度室監(jiān)控計(jì)算機(jī)一臺(tái)，通信接口卡（KTX）一塊，SLC 5/04 PLC端機(jī)一套（含主機(jī)、電源、I/O卡等），電臺(tái)一臺(tái)，電源和天線(xiàn)一套，監(jiān)控軟件MACAM一套。
中心調(diào)度室功能：SLC 5/04 PLC作為SCADA系統(tǒng)的主站PLC接收鎮(zhèn)級(jí)水廠(chǎng)和管網(wǎng)測(cè)點(diǎn)等從站PLC送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在調(diào)度室計(jì)算機(jī)利用RSLinx軟件通過(guò)DH+網(wǎng)絡(luò)與SLC 5/04端站聯(lián)接，以讀取鎮(zhèn)級(jí)小水廠(chǎng)參數(shù)（出廠(chǎng)水壓力、流量、pH值、余氯，水泵開(kāi)、停、故障狀態(tài)等少量參數(shù)）和管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)；利用DDE接口程序讀取水廠(chǎng)各種參數(shù)，DDE接口程序是調(diào)度室監(jiān)控軟件MACAM從二水廠(chǎng)監(jiān)控軟件WinCC讀取數(shù)據(jù)的軟件。MACAM為上位機(jī)監(jiān)控軟件，用于監(jiān)視水廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程和管網(wǎng)壓力，實(shí)現(xiàn)供水合理調(diào)度。
在調(diào)度室監(jiān)控計(jì)算機(jī)可通過(guò)畫(huà)面和曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。供水調(diào)度人員可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行水廠(chǎng)的生產(chǎn)調(diào)度和指揮，還可打印各種報(bào)表。
(2) 水廠(chǎng)自控系統(tǒng)
整個(gè)水廠(chǎng)自控系統(tǒng)由1個(gè)中央控制站、4個(gè)分控站組成，各分控站之間用光纖電纜連接，反映速度快，有利于系統(tǒng)的快速控制。此套系統(tǒng)控制比較完善、控制方式靈活多樣，整個(gè)水廠(chǎng)設(shè)備采用三級(jí)控制。
① 手動(dòng)控制：包括以下兩種方式。
? 就地手動(dòng)控制：整個(gè)水廠(chǎng)的設(shè)備能在就地通過(guò)就地開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。
? 單個(gè)系統(tǒng)手動(dòng)控制：整個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)子系統(tǒng)都可進(jìn)行手動(dòng)控制。
② 分控站PLC控制：各分控站PLC執(zhí)行自己的控制程序，完成控制功能。在與中控室脫機(jī)或通訊總線(xiàn)出現(xiàn)故障時(shí)， 各個(gè)分控站PLC能獨(dú)立完成該站的控制任務(wù)。
③ 中控室集中控制：中控室能對(duì)全廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制、監(jiān)視各記錄，動(dòng)態(tài)反映各工藝環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)和主要的技術(shù)參數(shù)，產(chǎn)生各種生產(chǎn)報(bào)表。
水廠(chǎng)與中心調(diào)度室采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。水廠(chǎng)通過(guò)中心調(diào)度室傳輸過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以監(jiān)測(cè)管網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)和各鎮(zhèn)小水廠(chǎng)運(yùn)行情況。水廠(chǎng)與中心調(diào)度室數(shù)據(jù)交換流程如圖2所示。
圖2 水廠(chǎng)與中心調(diào)度室數(shù)據(jù)交換流程圖
(3) 輸水管線(xiàn)測(cè)點(diǎn)和鎮(zhèn)級(jí)小水廠(chǎng)
在SCADA系統(tǒng)中，用于輸水管線(xiàn)參數(shù)監(jiān)測(cè)的PLC采用最為經(jīng)濟(jì)可靠的微型可編程控制器MicroLogix1000作為系統(tǒng)端機(jī)（RTU），各輸水監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為SCADA系統(tǒng)的DF1從站。用于鎮(zhèn)級(jí)小水廠(chǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)的PLC采用可擴(kuò)充I/O口的微型可編程控制器MicroLogix1500作為系統(tǒng)端機(jī)（RTU），同樣各鎮(zhèn)級(jí)小水廠(chǎng)作為SCADA系統(tǒng)的DF1從站。各輸水監(jiān)測(cè)點(diǎn)、鎮(zhèn)級(jí)小水廠(chǎng)與中心調(diào)度室數(shù)據(jù)傳輸如圖3、圖4所示。
圖3 各輸水監(jiān)測(cè)點(diǎn)與中心調(diào)度室的數(shù)據(jù)傳輸圖
(4) SCADA系統(tǒng)協(xié)議
圖4 各鎮(zhèn)級(jí)小水廠(chǎng)與中心調(diào)度室的數(shù)據(jù)傳輸圖
SLC 5/04和MicroLogix1000、MicroLogix1500可編程控制器具有內(nèi)置的多功能標(biāo)準(zhǔn)RS232接口通道0，該接口的系統(tǒng)方式支持DF1通訊協(xié)議。DF1協(xié)議是A-B公司PLC系統(tǒng)廣泛支持的通訊，包括各系列PLC及裝有RSLinx通訊軟件的計(jì)算機(jī)均支持DF1協(xié)議，通過(guò)該協(xié)議可以構(gòu)成基于PLC的SCADA系統(tǒng)。臺(tái)山市供水監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)半雙工通訊模式，SLC 5/04PLC作為主站采用DF1半雙工主通訊方式，其他PLC控制器（MicroLogix1000、MicroLogix1500）作為從站采用DF1半雙工從通訊方式，主站PLC采用對(duì)各站輪詢(xún)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
(5) 系統(tǒng)軟件
調(diào)度系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件為MACAM，該軟件是基于Windows 95/NT平臺(tái)的32位多任務(wù)監(jiān)控軟件平臺(tái)，在自控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)中有較廣泛的應(yīng)用。PLC組態(tài)軟件為RSLogix500。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSLinx為羅克韋爾自動(dòng)化公司的通訊軟件，界面友好、功能強(qiáng)大，支持不同網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通訊。調(diào)度系統(tǒng)操作主畫(huà)面如圖5所示。
圖5 調(diào)度系統(tǒng)操作畫(huà)面
3 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)自調(diào)試成功，投入運(yùn)行以來(lái)，已穩(wěn)定運(yùn)行兩年多，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水廠(chǎng)生產(chǎn)和供水管網(wǎng)的統(tǒng)一監(jiān)視、統(tǒng)一調(diào)度供水，對(duì)水廠(chǎng)的安全運(yùn)行、提高供水質(zhì)量、節(jié)能降耗、優(yōu)化管理等方面起到了至關(guān)重要的作用，保障了供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行和管理。更重要的是利用最新的網(wǎng)絡(luò)和軟件技術(shù)，基本完成了信息管理系統(tǒng)與自動(dòng)控制的一體化，實(shí)現(xiàn)在公司內(nèi)部網(wǎng)乃至通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)視，為信息管理系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的大量信息，使整個(gè)企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和管理水平跨上了一個(gè)新的臺(tái)階。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)