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雷景峰，王  強(qiáng)，陶  濤

1  前言

    SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)技術(shù)即遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，是集計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)以及測量技術(shù)于一體的先進(jìn)技術(shù)，其組成的SCADA系統(tǒng)可完成遠(yuǎn)距離現(xiàn)場設(shè)備的無線監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、傳輸和分布式管理的任務(wù)，特別適用于所監(jiān)控的設(shè)備分布面廣，采用有線方式難以傳送信號數(shù)據(jù)的場所[1]。目前，SCADA系統(tǒng)在城鎮(zhèn)和企業(yè)供水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制以及過程控制領(lǐng)域正處于深入研究、廣泛應(yīng)用階段。本文通過對某一工程設(shè)計的分析，全面介紹企業(yè)供水管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)。

2  工程概況

    山西某集團(tuán)公司是一個大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)（以下簡稱G企業(yè)）。G企業(yè)管網(wǎng)系統(tǒng)中，給水管道總長為280多公里，排水管道總長為190多公里，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，以及當(dāng)?shù)卣馔５叵滤匆院B(yǎng)地下水的政策的實施，G企業(yè)將采用黃河水作水源，深井水源作事故水源備用。同時，G企業(yè)根據(jù)“增鋼不增水”的原則，對供排水管網(wǎng)進(jìn)行改造。改造后的管網(wǎng)系統(tǒng)能實現(xiàn)分質(zhì)供水，分質(zhì)排水。

由于現(xiàn)行的管理技術(shù)與手段落后，多年來沒有進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，設(shè)計和擴(kuò)建改造前未進(jìn)行科學(xué)的水力計算和優(yōu)化，技改的資金投入也不足，致使部分管道長期工作在不經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下，管網(wǎng)流量和水壓分布不合理，或用水的水量、水壓和水質(zhì)要求難以滿足，或造成水量和能量浪費(fèi)，部分管道甚至年久失修，漏失嚴(yán)重或爆管機(jī)率高，直接影響供水質(zhì)量和可靠性。

目前G企業(yè)將建設(shè)年產(chǎn)200萬噸不銹鋼項目，對管網(wǎng)自動化控制、信息化管理提出更高的要求：
(1)  能在調(diào)度室內(nèi)對各測點的工藝參數(shù)集中檢測，并用數(shù)字顯示、連續(xù)監(jiān)測和自動記錄，合理進(jìn)行調(diào)度，提高供水可靠性，減少水量損耗，節(jié)約能源；
(2)  檢測速度很快，幾秒鐘內(nèi)即可發(fā)出警報，以便迅速采取措施，避免發(fā)生事故；
(3)  能代替值班人員抄表和檢查設(shè)備，為自動操作創(chuàng)造條件。
為了達(dá)到上述目標(biāo)，筆者采用了供水管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)方案。

3  供水SCADA技術(shù)方案分析

3.1  方案一：GPRS（通用無線分組業(yè)務(wù)）技術(shù)方案

    基于GPRS技術(shù)方案的系統(tǒng)組成如圖1所示，管網(wǎng)監(jiān)控點的數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS模塊接入GSM網(wǎng)，然后通過電信部門和GPRS服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絿H互聯(lián)網(wǎng)，再通過項目部內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)接入進(jìn)入SCADA數(shù)據(jù)服務(wù)器。

圖1  基于GPRS技術(shù)的系統(tǒng)組成方案

    作為備用方式，管網(wǎng)監(jiān)控點的數(shù)據(jù)也可通過GSM/GPRS模塊以短信息的方式發(fā)出，通過電信部門的SMS服務(wù)器發(fā)送到與SCADA數(shù)據(jù)服務(wù)器連接和GSM/GPRS模塊，再送到SCADA數(shù)據(jù)服務(wù)器。

    使用專用接入點方案需要申請一個固定的專用IP地址，各設(shè)備之間的通訊就可以直接進(jìn)行，這種方式稱為虛擬專網(wǎng)方式。采用這種方式，各終端設(shè)備（如RTU、PLC等）通過工業(yè)級GPRS模塊連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡(luò)中的SGSN、GGSN以TCP/IP方式通過防火墻連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器。該方式適用于終端設(shè)備數(shù)目眾多、每個終端設(shè)備的通訊流量都比較大的場合。

    使用CMNET接入點方式時，GPRS設(shè)備無需擁有固定的IP地址，各設(shè)備之間的通訊不是直接進(jìn)行，而是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)中的SGSN、GGSN連接到互聯(lián)網(wǎng)，而且必須使用一個被稱為DASN的設(shè)備做地址解析。該方式適合于每個終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸量不大的情況。筆者選用CMNET接入點方式，能滿足企業(yè)管網(wǎng)的需求。

    另外，借助公用網(wǎng)（GSM、Internet）的數(shù)據(jù)通信能力，不但減少對通信設(shè)施的維護(hù)管理，且通信方式更標(biāo)準(zhǔn)化，效率更高（通過蜂窩技術(shù)降低發(fā)射功率和提高帶寬），SCADA系統(tǒng)將來可以方便地擴(kuò)展到城市其它區(qū)域，也可以隨著公用網(wǎng)技術(shù)的提高不斷升級，且每個點每年費(fèi)用只有200元左右（按每個點每分鐘發(fā)送4個16bit數(shù)據(jù)計算）。

3.2  方案二：無線數(shù)傳電臺方案

    案與基于GPRS技術(shù)的方案之不同在于無線通信的方式，無線數(shù)傳電臺工作在一個專用的頻率點，通過點對點或點對多點之間的數(shù)據(jù)傳輸。各管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳電臺及定向天線定向發(fā)送，由安裝在調(diào)度中心鐵塔上全向天線接收后，通過連接于SCADA數(shù)據(jù)服務(wù)器的無線數(shù)傳電臺送入數(shù)據(jù)服務(wù)器中，如圖2所示。

圖2  基于無線數(shù)傳電臺的系統(tǒng)組成方案

3.3  方案比較

以上兩個方案的差別在于管網(wǎng)監(jiān)測點與SCADA數(shù)據(jù)服務(wù)器的通信方式不同，兩種方案的比較如表1。

表1  GPRS與無線數(shù)傳電臺通信方案比較

    從表1可以看出，基于GPRS技術(shù)的通信方案具有明顯的優(yōu)勢，目前GPRS/CDMA技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用正在不斷普及，電信部門也將更加重視和支持該技術(shù)的應(yīng)用，采用GPRS技術(shù)方案。

4  供水SCADA系統(tǒng)硬件組成

如圖1，基于GPRS技術(shù)的供水SCADA系統(tǒng)主要由調(diào)度中心、遠(yuǎn)程監(jiān)控站和通訊系統(tǒng)組成。

4.1  調(diào)度中心與遠(yuǎn)程監(jiān)控站

    調(diào)度中心采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使用的協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，保證局域網(wǎng)的安全性。包括的硬件有：SCADA數(shù)據(jù)及WEB服務(wù)器、調(diào)度員工作站微機(jī)、控制微機(jī)、Ethernet交換機(jī)、7m×3m定制的大屏幕投影儀、UPS系統(tǒng)及其他一些必需的外用設(shè)備。

    調(diào)度中心每天24小時收集并保存來自各個管網(wǎng)監(jiān)控站的信息，通過調(diào)度中心的軟件，可以做日志、報表、趨勢分析等，當(dāng)緊急情況發(fā)生時，系統(tǒng)自動報警，調(diào)度員站根據(jù)實際情況，發(fā)出控制信號傳遞到遠(yuǎn)程監(jiān)控站，達(dá)到控制目的?！?/FONT>