SCADA系统在城市供水系统中的应用

王冉　李大勇　姜福欢　周庆莲

[摘要]本文结合锦州市大凌河供水工程SCADA系统设计的实例，详细介绍了SCADA系统的配置和功能，锦州市大凌河供水项目已运行十五年之久。取得了很大的经济效益和社会效益，积累了丰富的操作使用经验，对今后设计新的给水项目具有很大的指导意义。

[关键词]SCADA系统，RTU，主机，GPRS软件

[中图分类号]TV674 [文献标识码]B [文章编号]1672-5158（2013）06-0305-02

1 前言

我们从八十年代中、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。近几年我们在哈尔滨市、大连市、鞍山市、营口市设计了十多项SCADA系统，投运后运行良好。由于锦州市大凌河供水中设计选用的SCADA系统于1994年投产以来可靠稳定运行十四年了，而且其规模也很大，所以本文重点介绍了SCADA系统在锦州大凌河供水系统中的应用，很有代表性，很有实际意义。

供水工程简介：锦州市大凌河供水工程是世界银行贷款的国家重点工程，1991年设计，1992年动工，1994年建成。供水系统包括20万吨/日生产能力的大木净水厂（包括原有13万吨/日），10万吨/日供水能力的八段加压泵站，水源地的水源井群（20口）。大木水厂离八段加压泵站有50公里，八段加压泵站离水源地井群有十几公里，水源井布置比较分散。

2、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、加压泵站和水源井群均需要安排人员值班，各处的值班人员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、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，在通讯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。

为此，对该供水工程选用了可靠先进的SCADA系统。“SCADA”的涵义为：“SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITIONSYSTEM”，中文为“监控及数据采集系统”。通讯采用有线与无线相结合。在此以前，在别的供水工程中我们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、可靠。虽然这些技术、产品当时还有。但由于：一、设备，技术落后；二、元器件不可靠；三、不兼容，不开放，不遵守国际上的通讯协议TCP/IP FTP，尤其IEEE802.3。所以在设计时不能采用。

该供水系统设计选用的是国外的SCADA系统，技术参数以美国产品为依据，通过世界银行贷款设备招标。招标来的是美国摩托罗拉公司产品，遵守IEEE802.4，无线通讯遵守IEC870.5。

该供水工程的SCADA系统是一个三级调度系统。水源井群为最下级调度；八段加压泵站、大木净水厂及原有供水厂为中间级调度；公司对这些泵站水厂为最高级别调度。

监控内容如下：

2.1 大木净水厂

2.2 八段加压泵站

2.3 水源井群

3 SCADA系统的构成及配置

SCADA系统是由远程监控站、通信系统、上位管理站及计算机网络构成。

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1000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讯协议。

3.1 远程监控站

3.2 通信系统

3.3 上位管理站

3.4 计算机网络

4、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 TasMng 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讯口。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模型的通讯协议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系统任何通讯口调出，以方便系统的调试和日常维护。

4.1 编程工具包及其功能

4.2 数据传送方式

5、系统功能及特点

5.1 系统功能

1）遥测功能：数字滤波、报警比较处理、算术与逻辑运算、流量积算和脉冲累计等。

2）数据采集和报警监视功能

3）遥控功能：PID控制、顺序控制。

4）维护功能：故障诊断、错误处理。

5）管理功能：能量计算、数据处理、画面显示、潮流预测、优化调度、趋势记录及报表打印等。

5.2 特点

1）可靠性高。

2）通信方式多，距离远。

3）组态灵活，构成扩展系统容易。

6、检测仪表

按工艺流程的要求设置了相应的检测仪表。

如上所述，所选用的仪表包括流量（电磁）、压力、佘氯、浊度、液位（超声波）、铁离子、锰离子等仪表。

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，因此检测仪表的质量也要求的高，为了SCADA系统的成功，所以设计及设备招标选用的仪表均是来自美国、英国、德国的先进可靠的智能型的检测仪表。

7、SCADA系统运行总结

当然，今日的SCADA系统不论硬件、软件，随着电子信息技术的迅猛发展均有很大进步，硬设备如CPU，存储器，硬盘等的技术指标也有很大提高，软件自诊断功能加强，所以在以后的供排水工程设计中要考虑到系统兼容性，日后可扩展性。

为了提高系统通讯的可靠性，无线通讯今后最好选用被实践证明可靠的GPRS技术。2004年设计沈阳供水项目的SCADA系统就是这样做的。随着计算机网络控制技术早已融入了变电站监控的方方面面，国内外已制造出了变电站（所）计算机监控系统及马达管理中心。2008年鞍山市供水项目SCADA系统就是这样做的。该系统是一套利用计算机网络控制技术对变电站（所）进行测控和监视的软、硬件体系。八段加压泵站、大木配水厂由于主要设备为高压电机，应使用这种系统设备最适合。该系统由综合保护器、现场总线、PLC前端机及配套软件组成，PLC由前端机控制。

通讯选用光纤，数据传播既迅速又准确（八段加压泵站至井群儒RTU）。

前端机提供网络通讯接口与监控中心或工作站连接，实现系统集中监控。前端机要遵守下行通讯协议MODBOS、上行通讯协议ICP/IPMODBOS、DC451等。

综合保护器是集保护、测量、控制、通信功能为一体的分布式微机成套保护测控装置，并有sCADA接口，采用后可省掉电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等检测仪表，并可大大减少二次接线，节省人力，减少故障点，便于检修。

最近几年尤其2004年设计的沈阳、大连、鞍山、营口等供水项目都是这样做的，在沈阳市供水项目设计的SCADA系统还考虑了上述的新理念、新技术、新设备并妥纳。

尽量采用嵌入式技术

今后尽量采用嵌入式技术，将过去的FCS、DeS、PLC、GIS、OAS办公自动化系统，所有现场测控系统及主工艺流程所引用的先进控制技术（如未来两远测，模糊神经技术在线监控的加药系统，污性物废气处理的人工智能防真闭环监控系统等等）都纳入到INTERNET+RTE+TCP/IP协议为主要模式的信息控制一体化系统中去。因为嵌入式系统是实现工业信息控制一体化不可分割的一部分。

专家们预测，到2010年是嵌入式INTERNET的时代。

总之，为了我国供水事业上新台阶，为了应对日新月异的高新技术的挑战，尤其是SCADA系统又有新技术新产品的出现，设计人员、管理人员要不断提高自身技术水平及素质。