SCADA系统在供水系统中的应用

96 | 电气时代·2011 年第 1 期·自动化系统工程从20世纪60年代开始，在哈尔滨市、沈阳市、大连市、鞍山市、四平市、佳木斯市和锦州市等城市的十几项供水工程中，不同时期先后选用了各种型号的四遥设备（遥控、遥调、遥测、遥信）。

20世纪80年代中、后期选用了国内、国外的SCADA 系统设备，最早使用单线遥控技术，后来采用功能组的遥控设备，近十几年选用成套的SCADA 系统。

要求四遥的水平不断迅速提高，SCADA 监控设备也不断更新换代。

鞍山市供水工程中设计选用的SCADA 系统于2008年投产以来可靠稳定运行近2年，规模也很大，本文介绍SCADA 系统在本供水工程系统中的应用，很有实际意义。

供水工程简介鞍山供水工程是2004年设计，2008年建成，2008年投产。

供水系统包括35万t/d 生产能力的取水厂、净水厂，输水管道测压点，市区测压点。

监控内容如下。

（1）取水厂包括7台主水泵及配套10 kV 电动机（5台调速）运行、停止操作及运行、停止、故障状态量检测，出口电动蝶阀开、关、停操作及阀开、阀关、故障状态量检测，每台10 kV 高压电动机机温、电流、有功功率，主水泵出口压力、流量，总进水浊度、pH 值、碱度、清水池水位，全厂总出水流量（3个）压力、浊度、余氯，加氯系统气体流量、漏氯。

10 kV 高压柜的高压开关的断/合状态、事故报警、电压、电流及进线的有功/有功电能、无功/无功电度、功率因数、频率等模拟量参数。

（2）净水厂包括8台主水泵及配套10 kV 电动机（2台调速）运行、停止操作及运行、停止、故障状态量检测，出口电动蝶阀开、关、停操作及阀开、阀关、SCADA 系统在供水系统中的应用大连市供水公司 陈立志中国市政工程东北设计研究总院 崔 潇大连市自来水集团总公司 李 勤故障状态量检测，每台10 kV 高压电动机机温、电流、有功功率，主水泵出口压力、流量，全厂总进水铁离子、锰离子，清水池水位，全厂总出水流量（3个）压力、浊度、余氯，加氯系统气体流量、漏氯。

10 kV 高压柜的高压开关的断/合状态、事故报警、电压、电流及进线的有功/有功电能、无功/无功电能、功率因数、频率等模拟量参数。

（3）测压、测流点输出管道及市区压力、流量，每口井的水位等模拟量参数。

检测仪表：按工艺流程的要求设置了相应的检测仪表。

所选用的仪表包括流量（电磁）、压力、余氯、浊度、液位（超声波）等仪表。

另外，自动加氯系统提供了漏氯、氯气气体流量，自动加氯机阀位等。

不容忽视的事实是，电气设备提供的开关量是可靠的，因此对检测仪表的质量要求较高，为了SCADA 系统的成功，所以设计及设备招标选用的仪表均是先进可靠的智能型检测仪表。

SCADA系统方案的确定该供水系统规模大，供水范围广，由于提供城市大部分的生产及生活用水，因此可靠性要求高，按传统的管理方式设计，净水厂和取水厂均需要安排人员值班，各处的值班人员要保持经常的电话联系，才能了解各处的泵的运行状态、出水压力、机温、水位、浊度、余氯、流量等参数。

一旦泵或仪表出现故障，派人马上维修。

这种管理方法，第一，不可靠，在通信不畅或阴雨天经常会出现各种事故，造成停止供水；第二，这种管理方法，工人的劳动强度大，责任重；第三，技术落后，严重制约了供水系统的科学化、现代化。

对该供水工程选用了可靠先进的SCADA 系自动化系统工程·2011 年第 1 期·电气时代 | 97统。

“SCADA ”的涵义为：“Supervisory Control and Data Acquisition System ”，中文为“监控及数据采集系统”。

通信采用有线与无线相结合。

在此以前，在别的供水工程中设计选用过单线遥控，功能组件的四遥系统，以单片机为基础的四遥系统，但均不理想。

虽然这些技术、产品当时还有。

但由于设备、技术落后，元器件不可靠，不兼容、不开放，不遵守国际上的通信协议TCP/IP 及FTP ，尤其是IEEE802.3，所以在设计时不能采用。

为此，本工程采用的是集成数据采集和GPRS 通信的产品，目前该产品是最先进的。

该产品可同时采集多路脉冲量、开关量和模拟量。

产品以移动或联通的GSM 短信或GPRS 为通信平台，具有不受地理限制、稳定、可靠及成本低等优点。

设有开关量报警功能，可控的四路继电器形式的干触电输出。

与普通手机友好的通信接口，所有的数据参数都可用手机进行查询与设置。

该供水工程的SCADA 系统是一个三级调度系统。

测压点为最下级调度，取水厂、净水厂为中间级调度，公司对这些泵站水厂为最高级别调度。

SCADA系统的构成及配置SCADA 系统是由远程监控站、通信系统、上位管理站（含3台监控主机）及计算机网络构成，如图所示。

图 SCADA调度系统图该系统可支持单层网到复杂的递阶多级网，每级最多可支持240个远程监控站或1 000个站，监控范围可从几公里到几百公里（加中继站），监控点数从几百点到几千点，而且该系统遵循国际通信协议。

1. SCADA 系统的软件系统SCADA 系统中的软件是基于面向对象的多任务执行系统（MTE ：Multi Tasking Executive system ）设计而成的。

当SCADA 的RTU 冷启动时自动支持不同的硬件模块和用户设置的不同的通信口，这样所有RTU 可以使用一个标准的软件包满足不同的应用需要。

SCADA 系统中的软件支持基于OSI 模型的通信协议MDLC ，该协议将网络分成7个连续的层次，每层均为其相邻高层提供一个基本的服务和支持。

SCADA 系统中的RTU 软件提供下列功能：可以将应用程序分成最多可达5个优先级别，以提高系统效率；提供对用户数据表和梯形图的实时监视和调试；RTU 上电时执行上次RTU 掉电时执行的任务；随时检测软件和硬件故障；所有软硬件的错误信息存储在错误登录器中，可在SCADA 系统任何通信口调出，以方便系统的调试和日常维护。

（1）编程工具包及其功能SCADA Programming Toolbox 是用户用来定义和维护SCADA 系统的软件包。

SCADA 系统中的所有应用程序都是通过编程工具包来实现的。

该软件包在PC 机上运行，通过终端适配电缆将计算机RS485串口与SCADA RTU 相连。

编程工具软件包用于配置RTU 系统，创建相应的应用程序。

（2）SCADA RTU 编程步骤应用编程工具软件包对RTU 的编程要经过4个步骤：站点配置，网络配置，RTU 应用程序和下载。

（3）数据库的概念RTU 数据库收集了所有的当地的变量：输入量、输出量、计算值、参数，以及通过通信链路收到的变量。

这些变量以各种各样表格的形式出现，用户最多可自定义110个数据表。

（4）梯度语言SCADA 系统中，用户以梯度语言来编辑想让RTU 进行的处理。

（5）数据传送方式通常的SCADA 系统的数据采集方式是单一地采用定时轮询方式来完成的，即调度主机（即MOPS/MOPSZ ）在固定的时间中对各点数据进行扫描采集。

这种方式要求的硬件比较简单，只要通信公司监控中心RTU01RTU07RTU001RTU102通道是畅通的，就可以确保得到系统中所有远程站点的实时条件或数值。

所以很多SCADA系统用这种简单的主机/附机的轮询原理来采集数据。

定时轮询的数据采集方式比较适合的是量值变化缓慢的情况，在数据变化大，实时性要求高的场合，这种方式就难以适应，未为本工程采用。

本工程SCADA系统提供了多种的数据传送方式，可以适应用户的不同要求。

这些方式包括：中心－RTU数据传送、中心－RTU广播方式、RTU事件报告（Event/Burst）和RTU－RTU通信。

尤其是新开放的分析软件有很大优点。

致力于对用户数据的深度挖掘，致力于信息的WEB化、无线化和智能化，推出了面对供水、污水、燃气、水利、环保、电力等行业SCADA系统的B/S结构和C/S结构的分析软件。

系统支持实时画面定义、菜单自定义和报表自定义等，并具有强大的报警、分析等功能。

系统具备实时数据显示、GIS图显示、历史数据分析、实时报警、事件管理、调度管理等功能。

系统具备与GIS系统、建模系统及办公OA系统等的数据接口。

2. 远程监控站分两种，一种是监测点用，另一种是水厂大型泵站用，即PLC加上GPRS Modem型。

采用美国摩托罗拉SCADA系统的远程终端单元——RTU。

该单元组态很灵活，既可组态成现场监控站，也可组态成主/次通信控制器。

单元采用组件结构，全天候机箱，无人值守。

其配置为：每站一个或几个机箱，每箱除必备的公共组件——电源组件、中央处理组件、通信组件（有线或无线通信组件）外，还可安装通信控制组件及所需的输入/输出（I/O）组件（模拟量输入组件，模拟量输出组件，数字量输入组件和数字量输出组件等）。

对于系列Ⅰ，每个RTU可安装13个I/O组件，用于井群。

而系列Ⅱ，则一个RTU最多可安装36个I/O组件，用于配水厂。

报警功能：改变开关量状态报警（如上升沿报警和下降沿报警）、模拟量上下限报警（如供水管网压力报警）、流量报警（如瞬时流量过大和过小报警）、并以短信和电话的形式通知负责人，同时可设置4个报警电话号码和2个IP（域名）地址。

系统采用移动或联通的GSM/GPRS/CDMA通信平台，具有不受地理限制、稳定、可靠及成本低等优点。

数据定时保存，时间间隔可设置（1 min～1天），最多可保存一年的历史数据，用户可以模糊查询有效期内的历史数据。

数据定时上传，为满足不同客户可同时设置4个总台电话号码和2个IP（GPRS）地址，上发时间间隔可独立设置1 min～1天。

支持UDP和TCP通信方式。

系统具有智能纠错能力，对设置位数、设置范围、格式有错的都会提示，并指出出错的指令。

一条短信包含多个时间段的数据，节约了数据费用。

拥有LCD显示功能，可进行键盘操作，菜单参数设置，参数查询和历史数据查询，同时显示实时数据。

与普通手机有好的短信互动，并密码验证，所有数据参数都可通过短信设置。

可与上位机（PC机）实现数据交换，设置参数和查看数据。

短信和GPRS数据包发送计数器，便于用户了解话费余额。

通信方式：GSM短消息（SMS），GPRS。

保护等级IP68，防水防潮，电源可用锂电池。

3. 通信系统COMM_DAT是一款运行在Windows操作系统上的通信及数据处理服务软件。

COMM_DAT由通信平台、数据处理平台和系统组态平台组成，具有良好的人机界面，简单易用。

COMM_DAT集成了强大的通信功能，可以支持串口、TCP、UDP及DDE等各种通信方式，可以自由定义对各种协议的解析。

COMM_DAT继承了强大的数据处理功能，提供给客户端DDE、SOCKET等各种方式的实时数据传输和自由选择存盘间隔的历史数据，提供对RTU站点、RTU参数及报警限值的定义。