SCADA系统分析及探索

1 SCADA系统开发背景

中国是一个水资源相对匮乏的国家, 尤其在西北和东北地区:现有水资源和日常生产、生活用水的矛盾更加突出。在这一背景下, 水资源——尤其是自来水的合理开发和有效使用就成为一个非常重要的课题。

目前我国的许多城市自来水网纵横交错于地下, 部分管网已经使用50多年, 有的已有100年历史, 年久失修, 加之地面沉降、路面负荷等问题, 导致管网连接处容易出现渗漏。管网安全隐患严重, 且给水排水系统有大量设备需要管理, 为了安全稳定供水、做好用户服务工作, 使用SCADA (Super visory Control and Data Acquisition) 系统势在必行。

SCADA系统以整体信息化为出发点, 将企业运营相关的所有数据进行集中管理, 在此基础上针对自来水运营模型的要求, 统一规划, 构建管网维修、营业查收、二次加压、用户服务等专业应用系统, 形成自来水综合管理信息平台。

2 系统技术分析

SCADA技术包括计算机技术, 通讯技术、控制技术和传感技术。现对以上四种技术简要介绍如下。

2.1 计算机技术

计算机技术近来发展很快, 不断推出新技术、新产品, 帮助SCADA系统采用新观念、新技术、新产品构建系统, 实现了给水排水管理功能强大、可靠性强、有良好现场安装界面、易于操作和维护。S C A D A系统中PC机主要用做Master或称调度中心。在平台上可以完成与给排水调度相关数据采集、数据处理、数据显示和数据记录等工作, 具有良好图形化人机界面, 用于趋势分析和控制功能, 为给排水优化调度、节能降耗提供了手段。

2.2 通讯技术

通讯技术与设备选择是构建SCADA系统最丰富多彩部分, SCADA系统设计是否合理, 与通讯技术选择十分重要。网络技术LAN WAN与INTranet、基于TCP/IP计算机网络互连与扩展技术, 通过诸如网关、路由器等设施, 成为SCADA系统以上管理层部分。串行互连总线如USB实现了系统高效率的系统接口, 做到即插即用、热切换。各种测控总线标准如CAN, Dupline, 等也正不断渗透到SCADA系统中, 用于现场、仪表与智能终端之间的通讯。无线通讯如微波、卫星通讯等用于SCADA系统中的测压终端、水源井群和城市排水网的通讯中。有线通讯与光纤入户工程也将极大方便城镇给排水SCADA系统中通讯功能建设。

2.3 控制 (Control) 技术

控制设备在每一个SCADA系统中都会有若干台, 且对SCADA系统可靠性和价格影响最大。给排水SCADA系统建设形成的模式有PC+PLC模式, PC+单片机模式, 全部进口PC+RTU模式等。PLC是易安装、易编程, 可靠性高的技术产品。它提供高质量硬件、高水平系统软件平台和易学易懂应用软件平台, 应用于顺序逻辑控制和许多复杂计算方面。在给排水S C A D A系统中, 如自来水净水过程控制和自来水二级泵站多泵系统控制等方面具有优势。单片机RTU只适于做测压点终端、简单水源井控制和简单环境数据采集, 而全部进口的P C+R T U模式费用昂贵, 所以这两种应用较少。目前较多采用的为混合模式, 即PLC和单片机R T U构成混合S C A D A下位机。

2.4 传感技术

给排水SCADA系统生产现场层, 安装着许多传感器与执行机构, 完成SCADA系统生产现场数据采集与调控命令执行。传感器可分为智能型和非智能型两类。非智能型完成电量标准化信号转换和非电量理化数据向标准化电量信号转换。智能型传感器除完成上述非智能型传感器工作之外, 还具有上、下限报警设置, 数据显示, 简单数字逻辑控制, PID调节等功能。

3 系统结构分析

SCADA自动化控制系统, 主要监测分散管网测点站点、二次加压泵站运行情况、营业查收等数据。SCADA系统一般采用两级控制, 一级为SCADA系统中心控制室, 二级站点远程测控终端GPRSRTU。中心控制室负责监视、管理和控制等工作。站点GPRSRTU负责多个站点的数据采集, 无线传输、管网测点压力的自动控制、二次泵站数据监测与仪表数据传输。

对于城市自来水公司来说, SCADA系统可划分为5个组成部分:水司控制中心、水厂分控中心、管网加压站、水源井监控站和管网测压站。

4 系统实现功能

SCADA系统的功能一般包括:遥控遥测、数据处理、报警指示、自动巡检、手动采集、历史数据的存储、检索、查询打印等。其中遥控遥测是指测量各站点的状态, 通过监视各个测压点的压力, 调控供水系统的水泵的开关;测量、控制可人为干预进行, 也可根据设定进行。数据处理可存储系统各站点的工作状态信息, 并对信息进行统计处理产生各种报表输出。当监测数据量超过上、下限是启动报警指示功能。通过中心控制室可以自动巡检n个站点及二次加压泵房工作情况。必要时可以人为手动巡检n个站点, 得到监控数据并自动各运行状态数据。同时还需要做到远程诊断、远程维护、远程升级等功能。

5 开发SCADA系统的关键因素

5.1 充分利用社会资源

计算机技术与通讯技术已构成了巨大社会资源。SCADA系统建设要尽可能利用已有资源, 如PC软硬件平台、卫星通讯、广电网以及各种通讯总线、协议等, 不断发展升级PC软硬件平台, 构建SCADA调度中心。

5.2 SCADA系统集成

采用商品化产品和技术用社会化大生产方式集成SCADA系统方式, 也是构建最合理、最可靠、最廉价SCADA系统方式, 如采用通用平台组态软件, 以便于多系统互相移植与互连、升级、功能扩充, 对较复杂顺序控制应选用PLC, 但要注意该PLC要具备与上位机组态软件相适应驱动程序和适用通讯接口。

5.3 注重人才的培养及梯队的建设

加大培训力度, 在公司内部必须要建立自己的系统维护力量, 维护包括系统硬件、软件和网络平台的日常维护, 处理一般的系统故障、系统参数设置和数据库的维护和备份等。提高企业员工素质, 熟练掌握系统模块的应用, 掌握新型管理工具等。

6 结语

SCADA系统依托于高精度、智能化的一次仪表获取信息, 准确无误的通讯手段传输数据和高效快捷的计算机处理能力完全满足自来水企业的需求。在给排水行业到广泛应用, 取了良好经济效益与社会效益, 已形成了造福社会的产业规模。该技术的发展培育了给排水自动化市场, 并进一步促进了自动化产业发展。

摘要：SCADA系统在给水排水自动化技术中占有着越来越重的地位, 本文在这种技术背景下, 简要分析了SCADA系统的四种技术:计算机技术、通讯技术、控制技术和传感技术。在此基础上, 进一步分析自来水公司建立SCADA系统的结构以及需要实现的功能, 并指出建立该系统的关键因素。

关键词：SCADA技术,自动化,通讯技术,系统结构