SCADA系统在水司中的应用

摘要：本文主要介绍了烟台开发区自来水公司供水调度SCADA系统中的监控中心系统构成、现场监控终端的构成、监控中心与现场终端的通信方式及为水司带来的效益。

关键词：SCADA 供水管网 端站 RTU

中图分类号：TV文献标识码： A

烟台开发区自来水公司担负着全区自来水的生产供应及全区供水管网的施工、维护、管理的重任。其供水水源点多，供水状况较为复杂，面对不断增长的用户和管网设备数量，原有监控系统覆盖面窄，电子设备老化严重，已不能满足日益发展的供水新趋势。为进一步提高企业的现代化管理水平，提升企业的服务水平、供水保障能力，实现企业的管理目标，烟台开发区自来水公司通过招标方式，新建供水调度中心SCADA系统，实时监测全区主干网的水压、水量、水质，及时监管供水管网运行状态。

该系统由调度中心和各终端两部分组成，系统将终端自动采集的数据和调度监控机的各项命令通过不同通信网络进行传输，以实现数据采集和调度功能。同时，将数据深加工，形成图像，上报公司领导，供公司决策使用。该数据采集与监控系统能够实时监控整个开发区供水管网压力、流量、余氯、浊度，调度控制有关加压泵的启停，调控各水源的分配比例，使系统在保障供水压力的前提下，可靠高效地运行，实现安全生产和科学调度。

一、监控中心的系统构成

调度中心配置服务器一台，操作员站两台，互为热备，GPS卫星时钟一台。服务器通过无线信道，与各水源、测压测流点的远程监控终端机通讯，具有实时采集服务器、数据存储服务器功能，兼做WEB服务器。数据服务器将实时采集服务器送达实时数据进行分析、运算、归类等处理，建立相应的数据库，经局域网向操作员工作站及其他客户端提供系统运行数据，并接受来自人机会话界面的各类操作命令、系统管理指令等。WEB服务器功能是供局域网或外网的授权用户访问，客户端以标准浏览器的方式读取各种实时数据及历史数据。

两台主机作为操作员站互为热备用，能进行无缝自动切换，保证主备机数据的一致性，一台机器停用时不影响系统运行；同时具备手工切换的能力，完成先生监视画面，发出声光报警，打印报表等功能。

GPS时钟接受卫星对时信号，可以同时跟踪10-12颗卫星，输出与UTC时间高度同步的标、分、时等脉冲信息，以及标准的北京时间，为SCADA系统提供高精度的时源，保证系统时间一致。

二、现场监控终端的构成

现场监控终端共30个，3座泵站、1个净水厂、2个地下水供水源，其余均匀分布在全区各重点管网末梢，这些端站一方面采集现场有关数据，另一方面与监控中心通讯，执行有关命令。为保障该系统的可靠性、稳定性，采用应用成熟的设备作为远程测控终端机RTU。现场监控终端由GPRS DTU、采集模块、AI防雷器、电源模块、蓄电池、电源防雷等构成。

端站监控模块选用东方电子IDC400系列RTU，实时采集各站的压力、流量等数值及报警信号等，并通过GPRS无线网络等，把数据上传到调度中心，并接受调度中心下发的命令。

各端站的终端采集模块、电源模块、蓄电池布置在尘密机箱内，GPRS DTU终端等其他设备也放置在机箱内。

机箱的布置留有扩展余地且方便维护、检修，布线通过走线槽，线缆的直观部位打标记符号以便于查找，箱下端安装接地母线。机箱选用全钢结构，具有良好的支撑度和密封度，充分考虑室外长期运行的防水、防尘、夏日高温曝晒的情形，保证良好，保护箱内设备。

端站机箱配置防盗告警和交流失电告警，由门磁开关和警笛组成。当门被打开时，门磁开关动作，产生DI信号接入RTU，产生报警信号。交流电源失点后，DI信号接入RTU，主动报警到调度中心。配备蓄电池，确保市电断电后RTU可正常工作12小时。

三、监控中心与现场终端之间的通信

目前全部30个端站，地理分布范围广、终端数量多，且不要求非常高的实时性，所以均采用GPRS通讯方式。在端站RTU处配置GPRS DTU，把采集的经打包处理的数据均送到调度中心前置服务器，服务器进行解包分配处理，供SCADA使用。

采用先进成熟的GPRS DTU模块为远程数传模块，依托稳定、可靠的中国移动GPRS网络，在保证数据传输的及时、准确的前提下，将系统运行费用也降低到了最低；通讯链路由专业的运营商来维护，避免了用户在使用监测系统的同时，还需要耗费很大精力去维护通讯线路等问题；节约了用户的初期建设投资和运行维护费用。

TCP/IP数据传输的过程可分为三个阶段：首先连接建立阶段，一般来说DTU主动向数据中心发起连接，根据通信双方的IP地址和端口号，经过三次握手过程，建立起了一个Socket连接。其次是数据收发阶段，当一条连接建立之后，就可在这条连接上进行数据收发了。连接建立后，数据中心和DTU串口之间相当于一条透明通道，数据中心服务器和串口上挂接的职能设备，按照约定的协议即可交换数据。最后是连接释放阶段，当一条连接上的所有数据都已经收发完成，不再需要这条连接时，就可以把连接给挂断。

1、主动上报与问答式相结合传输模式

正常情况下，调度中心对各站数据采用等时全召唤，定时问取个端站的数据。在DTU发起并成功建立对数据中心的连接后，系统自动保活链路，在链路不释放的情况下，保活包把GGSN的出口网关地址送给数据中心，数据中心通过出口网关连接到端站DTU。各端站收到数据召唤请求后，把本站的数据回答给调度中心。这样的好处是可以方便控制全网的数据收发间隔，根据需要加大或减小对全网书记的召唤间隔，既满足了数据短时间内的较高刷新率，又保证了平时网络较低的负担。

2、滑动窗口机制

通信链路建立后，数据中心自动维护一个可滑动时间窗口，此窗口的大小基于消息机制控制，正常通信时维持标准窗口大小。故障时或接收到调整参数后，时间窗口可自动改变大小，以新的时间间隔获取端站数据。故障结束后或接收到新的调整参数后，窗口恢复为标准大小或新的大小。此机制保证了系统的通信灵活性和较好的适应性。

四、科技投入带来的效益

该系统升级后涵盖了整个开发区的供水主干管网，能够实时反映全区的供水状况，运行稳定可靠，保障了开发区的供水质量；通过合理调配水源，最大限度地减低供水损耗，降低生产成本；实时监控数据提高了工作效率，给公司带来了可观的社会效益和经济效益。

参考文献：

（1）王华忠. 监控与数据采集(SCADA)系统及其应用(第2版). 电子工业出版社.

（2）中国城镇供水协会. 供水调度工. 中国建材工业出版社.