SCADA系统在大伙房水库输水工程（二期）的应用评价

张 弛

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166）

SCADA系统在大伙房水库输水工程（二期）的应用评价

张 弛

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166）

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA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。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。文章介绍了大伙房水库输水工程（二期）SCADA系统的基本组成及应用情况，CCU、LCU、RTU等自控设备在该项目中的应用，并分析了上位机系统、PLC控制网的组成，讨论了SCADA系统在该项目中实用的程度。

大伙房水库输水工程；SCADA系统；通信系统；上位机系统；下位机系统；监控

0 引 言

大伙房水库输水工程（二期）主要是从大伙房水库进行引水，通过隧洞与管道，利用封闭供水的形式，向沈阳、抚顺、鞍山、辽阳、盘锦、营口这6个城市进行供水，由于系统在运行时工况比较复杂，对控制的要求非常高。

为更好的实现工程全线设备的自动监测与控制，保证系统运行稳定而可靠，从计算机数据的采集与SCADA系统作用分析、SCADA系统的结构组成、SCADA系统系统总体结构及功能、通讯网络构成、上位机系统、下位机PLC监控系统等方面进行了分析。SCADA系统建成后可以帮助大伙房水库输水工程运行管理提供科学技术手段。

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。

1 大伙房水库输水工程（二期）SCADA系统作用分析

SCADA系统在大伙房水库输水工程（二期）中占有重要的地位，管理沿线输水管道的各阀门开关和开度控制、设备监控、数据同步传输记录，监控管道沿线及各管理处系统运行状况。

各管理处的站内控制系统作为自动控制系统的现场控制单元，除完成对所处管理处的监控任务外，同时负责将有关信息传送给沈阳调度控制中心（或备用调度中心）并接受和执行其下达的命令，并将所有的数据记录储存。

SCADA系统主要监控与调节对象包括取水口快速闸门、取水口破冰系统、电动蝶阀、调流阀、液控缓闭蝶阀、加压泵、加氯、电气开关站设备、柴油发电机组及输水工艺特性参数等［1］。

2 大伙房水库输水工程（二期）SCADA系统结构组成

大伙房水库输水工程（二期）的SCADA系统采用三级监控结构：调度中心控制级、调度分中心控制级、现地控制单元。按地点可划分为9套子系统（大连、本溪支线自负盈亏，不列入讨论）：调度中心、备调中心、取水头部、抚顺、沈阳1、沈阳2、辽阳、鞍山、营盘。

3 大伙房水库输水工程（二期）SCADA系统总体构成与功能

大伙房水库输水工程（二期）的SCADA系统调度中心主控级由数据库服务器、应用服务器、通信服务器、磁盘阵列、操作员工作站、维护工作站、报警工作站、网关机等设备组成。主要完成数据采集与处理、控制命令下发、图形显示、历史数据管理、系统外部通信等功能［2］。结构图如下：

图1 大伙房水库输水工程（二期）SCADA系统结构图

SCADA系统调度分中心主控级主要由操作员工作站、报警工作站、通信工作站等构成，主要完成数据采集与处理、控制命令下发、图形显示、系统外部通信等功能。结构图如下：

图2 SCADA系统调度中心结构图

SCADA系统现地控制单元由CCU、LCU及RTU构成。其中CCU是中央控制单元，LCU是CCU的一个远程I／O单元即现地控制单元，RTU是远程测控终端。主要完成数据采集与处理、设备控制与调节、与主控级通信、智能设备数据通信等功能。

调度中心主控级、调度分中心主控级、现地控制单元的控制优先级是现地控制单元最高、调度分中心其次、调度中心最低。

4 大伙房水库输水工程（二期）SCADA通讯网络系统构成与功能

大伙房水库输水工程（二期）的SCADA系统通讯网络采用开放式、分层、分布式网络结构并由3层组成。

1）第一层：调度中心与取水头分中心、鞍山加压泵站及各配水战分中心间的通讯，采用冗余以太网通讯网络。

这一层通讯网络及相关设备主要由光缆、路由器、交换机、网闸、服务器、磁盘阵列、工作站、网关机等设备组成。完成数据采集与处理、控制命令下发、图形显示、历史数据管理、经济运行等高级应用、系统外部通信等功能。

2）第二层：各分中心内现地控制单元与本中心监控计算机之间的通讯。各调度分中心主控级与现地控制单元CCU采用冗余以太网进行通信。

这一层通讯网络及线管设备主要由双绞线、交换机、服务器、工作站等计算机设备组成。同时也可以完成数据采集与处理、控制命令下发、图形显示、经济运行、系统外部通信等功能。

3）第三层：各现场主控单元（CCU）与现场控制单元（LCU）、远程采集单元（RTU）、现场设备、传感器、控制器之间的通讯，采用ControlNet现场总线、DF1或Modbus通信方式。

这一层通讯网络及线管设备由同轴电缆、通信电缆、网关设备及CCU／LCU／RTU组成。主要完成数据采集与处理、设备控制与调节、与主控级通信、智能设备数据通信等功能。

5 大伙房水库输水工程（二期）SCADA上位机系统

大伙房水库输水工程（二期）的SCADA上位机系统软件方面选用的是NC2000监控系统，上位机画面主要用于全线或局部阀门、泵组等设备的联动控制和监视，也可用于对单个设备设施的运行监视和控制［3］。

工程在硬件方面为了可靠性使用双以太网，上位机上配备2块网卡，重要的上位机采用双机配置、主备运行，以保证工作的稳定性。当任意一条组合正常工作的条件下，操作员站可以对过程控制PLC系统的所有数据实施监控，同时主备调控中心也可以实现对站场的监控。

SCADA系统上位机主要实现功能：

1）数据采集和处理。

2）安全运行监视及事件报警。

3）故分析处理。

4）系统与GPS时钟同步。

5）语音报警。

6）趋势分析及事故追忆。

7）实时控制与调节。

8）运行参数统计记录与生产管理。

9）人机接口。

10）数据通信。

11）系统自诊断与冗余切换。

12）软件开发与维护。

13）运行及操作指导。

14）事件、事故及故障打印功能。

15）培训功能。

6 大伙房水库输水工程（二期）SCADA下位机系统

大伙房水库输水工程（二期）的SCADA系统的下位机系统按“无人值班，少人值守”的设计原则进行［4］。

工程LCU的核心PLC监控系统选用了Rock-WellAutomation（罗克韦尔自动化公司）的ABControl-Logix控制器及相关控制系统。该产品是该制造商目前在技术和性能上最高档次的产品，也是行业内公认最为强大的控制器产品之一。

工程 PLC使用编程软件是 RSLogix5000。以ControlLogix控制器为核心，ContolNet现场总线、双机双网冗余网络构建的控制系统，具有高度的可靠性和安全性，局部故障不会影响现场设备的正常运行。

SCADA系统的下位机系统主要通过触摸屏来完成下位机系统的人机交互功能。触摸屏主要实现对开入、开出、模入、模出、温度、交采量的监视，以及对电动蝶阀、调流阀、泵组与快速门的开、关、停、紧停、快关（快速门）和设置开度（调流阀）等控制操作。

7 结 语

计算机技术的发展，是一种必然的趋势，其系统的开放性和可扩充性能够适应各地不同和不断变化的生产要求。因而在大伙房水库输水工程（二期）中引入SCADA系统，不但提高了工作效率和管理水平，降低了运行成本，而且减少了人为和意外因素造成的不良影响，保证了输水工作安全、优质、经济地运行，并确实的达到了无人值班，少人值守的设计目标。

［1］戴娜，罗招贵，周林虎，吴迪 .大伙房长距离输水工程SCADA系统设计［J］.水电自动化与大坝监测，2010，34（02）：80－84.

［2］霍宁，钱江.水电厂监控常用远动通信协议分析［J］.水电自动化与大坝监测，2006，30（02）：1－5.

［3］胡顺彬，陈琦.基于S7－200PLC的水电站辅机自动化监控系统设计和实现［J］.水利科技与经济，2005，11（10）：602－603.

［4］王彤，刘大庆，蔡新.大伙房水库输水应急入连工程信息化自动化系统构建［J］.水利建设与管理，2012（S1）：21－22.

TP274；TV672

B

1007－7596（2014）08－0091－03

2014－04－09

张弛（1983－），男，辽宁沈阳人，助理工程师，研究方向为施工技术。