浅谈水厂SCADA系统

SCADA (Supervisory Contro And Data Acquisition) 系统, 即数据采集与监控系统, 在电力系统、给水系统、石油、化工、汽车、机械制造等诸多领域得到了广泛的应用。S C A D A系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统, 它可以对现场的运行设备进行监视和控制, 以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

随着计算机技术的不断发展, 用户需求的不断提高, 监控系统规模越来越大, 选用的不同厂家的现场设备和系统的种类也在不断的增加, 但由于缺乏统一的标准, 开发商必须对系统的每一种设备都编写相应的驱动程序, 而且, 当硬件设备升级、修改时, 驱动程序也必须跟随修改。同时, 一个系统中如果运行不同公司的控制软件, 也存在着互冲突的风险。所以, 如何实现S C A D A系统的开放和互操作性成为非常关键的一个问题。O P C技术的出现则很好的解决了这些问题。

OPC (OLE For ProcessControl) 是针对过程控制领域的基于O L E技术的规范, O P C制定了关于数据采集、历史趋势以及事件报警等接口标准。采用O P C技术, 可以实现不同硬件产品与软件产品之间的互操作。所以, 基于OPC标准的SCADA的系统是真正开放的过程控制系统。

OPC的具体优势: (1) 采用标准的Wind o w s体系接口, 不管现场设备以何种形式存在, 客户都以统一的方式去访问, 从而实现系统的开放性, 易于实现与其它系统的接口; (2) OPC规范以OLE/DCOM为技术基础, 而OLE/DCOM支持TCP/IP等网络协议, 因此可以将各个子系统从物理上分开, 分布于网络的不同节点上; (3) 采用O P C规范, 便于系统的组态, 将系统复杂性大大简化, 可以大大缩短软件开发周期, 提高软件运行的可靠性和稳定性, 便于系统的升级与维护。

1 水厂SCADA系统

水厂S C A D A系统在产水工艺流程中, 可根据水质变化进行药剂的合理投放;根据管网压力和水位等变化, 调节水量、流速、送水泵组等。同时将水厂运行工况、运行参数、水质参数等实时送到调度室, 计算机通过基础数据分析, 从不同角度反映供水状态, 包括管网运行负荷分析、供水路径查询、厂间输水交汇点的水流动态、管网压力分布、水流方向模拟显示, 从而优化调度方式。S C A D A系统是水厂生产自动化和管理信息化的核心系统。

系统由取水泵房、反应沉淀站、加药站、滤池站、送水泵站以及各自的子站等组成。上位机采用了Siemens公司的WinCC实时信息管理平台 (2台工控机构成冗余结构) 。智能控制机则是完成系统的各个复杂控制算法的计算, 如专家系统、反馈比例系统等。取水泵站实时监测水泵、阀门等的运行状态, 并接受上位机的命令进行远程调度。加药站实时监控计量泵的运行状态, 并接收上位机传来的最佳投药量, 通过4台变频器控制4台计量泵进行药量的准确投加。反应沉淀站和滤池站实时监控反应池、沉淀池以及滤池的运行状况。二级泵房的智能调度系统是水厂SCADA系统的一个组成部分。

2 OPC技术在水厂SCADA系统中的应用

2.1 与复杂控制算法专用机实时数据交换

系统的最大特点是网络化分层结构。智能控制专用机和SCADA服务器组成Intranet网络, 通过OPC技术实时通讯。智能控制专用机从S C A D A系统获得实时水参数, 通过一定的算法得出实时最佳值, 传送至S C A D A系统, SCADA系统通过Profibus现场总线传送至子站, 控制变频器进行相应的操作。

本系统涉及到较多复杂控制算法, 如:自动投药专家系统、滤池最优控制、出水泵组的最优控制等。这些控制算法过去一般由单片机、P L C或在组态软件中编制脚本程序来完成, 这样要么力不从心, 要么较大地影响SCADA系统的实时性和稳定性。而由专用机完成复杂控制算法的计算后, 利用O P C技术动态传送至S C A D A系统, 极大的节约了S C A D A系统的资源, 保证了系统的实时性和稳定性。

2.2 与基于W e b的水厂企业信息管理系统 (MIS) 实现数据交换

水厂生产管理系统 (MIS) 系统是对水厂日常工作流程、基本业务数据信息进行维护管理、统计分析并提供辅助决策功能的系统, 其功能主要概括为业务处理、浏览查询、统计报表、定量分析、计划管理、系统维护等。该水厂的信息管理系统是基于B/S的web系统。

在本系统中, 利用OPC技术, 实现SCADA系统与M I S数据库数据交换。在现代企业中, 生产过程管理和企业日常事物管理的结合是不可分割的, 信息流的分层次流动适合于不同的管理需要, 而且地域和行政部门的分布, 在企业集团化管理的趋势下变得越来越明显, 因此现代S C A D A系统除了生产设备的分步式管理之外, 上位机系统的分布式要求变得越来越重要。评价一个S C A D A系统功能的强弱, 其网络数据库功能亦是一个重要的评价指标。系统在生产管理方面功能主要有以下几点。

(1) 实时数据的动态分析。在Web页面上, 利用O P C技术, 根据实时数据库中的数据动态生成棒图、趋势图、模拟图、开关量文本以及模拟量文本等。

(2) 信息查询。根据操作人员输入的条件, 查询有关记录。例如, 需要查询2 0 0 7年5月1日到2007年6月1日二期2#滤池反冲洗情况, 只需选择相应的滤池号、日期, 单击“查询”即可查出反冲洗开始时间、持续时间、周期、强度以及运行班组等。

(3) 利用OPC技术实现实时数据的各种形式显示和报警, 事件的处理、记录、分析。在实际应用中, OPC客户程序采用ATL模板开发成AxtiveX控件, 嵌入Web服务器的ASP页面中, OPC客户控件和Web服务器运行于同一台计算机中。O P C客户端程序封装成AxtiveX控件, 主要实现2个功能:按照O P C规范访问O P C服务器获得实时数据和作为控件嵌入A S P页面时;A S P页面上其它图表AxtiveX控件 (实时曲线控件、棒图控件) 通过访问O P C客户控件属性和方法, 获得所需实时数据库中的数据。

3 结语

在水厂SCADA系统中, OPC技术发挥着重要作用。在企业的信息集成, 包括现场设备与监控系统之间、监控系统内部各组件之间、监控系统与企业管理系统之间以及监控系统与Internet之间的信息集成, O P C作为连接件, 按一套标准的C O M对象、方法和属性, 提供了方便的信息流通和交换。无论是管理系统还是控制系统, 都可以通过O P C快速可靠的彼此交换信息。换句话说, O P C是整个水厂企业网络的数据接口规范, 提升了控制系统的功能, 增强了网络的功能, 提高了企业管理的水平, 实现了S C A D A系统的开放性。

摘要：本文阐述了某水厂SCADA系统以及OPC技术在其中的应用, 利用OPC技术, 使SCADA系统成为真正开放的过程控制与调度系统。

关键词：水厂,SCADA系统,OPC,开放