摘  要：本文結合沈陽市經濟技術開發區供水工程SCADA系統設計的實例，詳細介紹了SCADA系統的配置和功能。該供水項目運行已近十年，取得了很大的經濟效益和社會效益，積累了豐富的操作使用經驗，對今后設計新的給水項目具有廣泛的參考價值。
關鍵詞：SCADA系統；RTU；主機；GPRS軟件
中圖分類號：       文獻標識碼：
The Application of SCADA System in Shenyang water Supply System
Gao Weiming[1]  Liu Xiaoqian[2]  Zeng Guangrong[1]  Zuo Hongsheng[1]  Zhao Haidong[1]
 [1]China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute       
[2] KUNMING Survey and Prosecution Company of China Non-ferrous Metal

Abstract: According to the design example of SCADA system design of Shenyang economic and technological development zone water source project, this paper introduced the setting and function characteristic of process control system.. After 15 years running ,this project to be proved is economical and also got a great social benefits, accumulated rich operation and using experience. And it will have great guiding meaning for next step construction projects.
Key words: Supervisory Control And DATA Acquisition system, Remot Terminal Unit, Master Computer General Packet Service Ridiao Software.
1 前言
    從上世紀六十年代開始，在哈爾濱、沈陽、大連、鞍山、四平、佳木斯、錦州等城市的十幾項供水工程中，先后選用了各種型號的四遙設備（遙控、遙調、遙測、遙訊），八十年代中、后期選用了國內、國外的SCADA系統設備，zui早使用單線遙控技術，后來采用功能組的遙控設備，近十幾年選用成套的SCADA系統。要求四遙的水平迅速提高，SCADA監控設備也不斷更新換代。由于沈陽市經濟技術開發區供水工程中設計選用的SCADA系統于2000年投產以來可靠穩定地運行近十年，而且其規模也較大，故本文重點介紹了SCADA系統在沈陽市經濟技術開發區供水工程系統中的應用。
2 供水工程簡介及對自動化控制的要求
    沈陽市經濟技術開發區供水工程于1998年設計，1999 年建設，2000年投產。供水系統包括10萬噸/日生產能力的凈水廠，水源地的水源井群（20口），水源井布置比較分散。
   該供水系統規模大，供水范圍廣，由于提供城市大部分的生產及生活用水，因此可靠性要求高，按傳統的管理方式設計，凈水廠和水源井群均需要安排人員值班，各處的值班人員保持經常的，才能了解各處的泵的運行狀態、出水壓力、機溫、水位、流量等參數。一旦泵或儀表出現故障，派人馬上維修。這種管理方法不可靠，在通訊不暢或陰雨天經常會出現各種事故，造成停止供水；工人的勞動強度大，責任重；技術落后，嚴重制約了供水系統的科學化、現代化。
    為此，選用了可靠*的SCADA系統（即監控與數據采集系統），其數據通訊采用有線與無線相結合。在此以前，在別的供水工程中曾經設計選用過單線遙控，功能組件的四遙系統，以單片機為基礎的四遙系統，但均不理想、可靠。雖然這些技術、產品當時還有。但由于其設備，技術落后，元器件不可靠，不兼容，不開放，不兼容上的通訊協議TCP/IP FTP，尤其IEEE802.3，所以在設計時不能采用。
    該供水工程的SCADA系統是一個三級調度系統。水源井群為zui下級調度；凈水廠為中間級調度；公司對這些泵站水廠為zui別調度。
監控內容如下：
2.1凈水廠
 包括4臺主水泵及配套0.4KV電機運行、停止操作及運行、停止、故障狀態量檢測，出口電動蝶閥開、關、停操作及閥開、閥關、故障狀態量檢測，每臺10KV高壓電機機溫、電流、有功，主水泵出口壓力、流量，全廠總進水鐵離子、錳離子，清水池水位，全廠總出水流量（三個）壓力、濁度、余氯，加氯系統氣體流量、漏氯。10KV高壓柜的高壓開關的斷/合狀態、事故報警、電壓、電流及進線的有功/有功電度、無功/無功電度、功率因數、頻率等模擬量參數。
2.2水源井群
 包括16臺潛水泵及配套380V低壓電機的運行/停止操作及運行、停止、故障狀態檢測，低壓主回路合/斷操作狀態檢測。每臺380V電機機溫、電流、電壓、有功、無功，每臺水泵的出口壓力、流量，每口井的水位等模擬量參數。
 按工藝流程的要求設置了相應的檢測儀表。
 如上所述，所選用的儀表包括流量（電磁）、壓力、余氯、濁度、液位（超聲波）、鐵離子、錳離子等儀表。
 另外，自動加氯系統提供了漏氯、氯氣氣體流量，自動加氯機閥位等。
 不容忽視的事實是，電氣設備提供的開關量是可靠的，因此檢測儀表的質量也要求的高，為了SCADA系統的成功，所以設計及設備招標選用的儀表均是來自美國、英國、德國的*可靠的智能型的檢測儀表。
 該系統可支持單層網到復雜的遞階多級網。每級zui多可支持240個遠程監控站或1000個站。監控范圍可從幾公里到幾百公里（加中繼站）。監控點數從幾百點到幾千點。而且該系統遵循通訊協議。
3.1 遠程監控站
    采用美國摩托羅拉SCADA系統的遠程終端單元——RTU。該單元組態很靈活，既可組態成現場監控站，也可組態成主/次通信控制器。單元采用組件結構，全天候機箱，無人值守。其配置為：每站一個或幾個機箱，每箱除*的公共組件——電源組件，*處理組件，通信組件（有線或無線通信組件）外，還可安裝通信控制組件及所需的輸入/輸出（I/O）組件（模擬量輸入組件，模擬量輸出組件，數字量輸入組件和數字量輸出組件等等）。對于系列I，每個RTU可安裝13個I/O組件，用于井群。而系列II，則一個RTUzui多可安裝36個I/O組件，用于配水廠。
3.2 通信系統及計算機網絡
    由美國摩托羅拉公司的RTU組態而成通信控制器，再配上無線通信組件（外連式無線電臺，頻率可根據用戶要求設定）與一體化的調制解調器（Modem）相連（井群），或者是選用有線通信組件與調制解調器相連，或者直接用串行通信口（RS485）進行通信。公司對于泵站及配水廠其構成形式為1：N。
   選用工業微機，配上監視控制及數據采集與管理軟件。
   該網絡是在上位管理站用以太網，共享管理站的數據，進行多級管理。
3.3 SCADA系統的軟件系統
SCADA系統中的軟件是基于面向對象的多任務執行系統（MTE：Multi Tasking Executive system）設計而成的。當SCADA的RTU冷啟動時自動支持不同的硬件模塊和用戶設置的不同的通訊口。這樣所有RTU可以使用一個標準的軟件包滿足不同的應用需要。SCADA系統中的軟件支持基于OSI模型的通訊協議MDLC。該協議將網絡分成7個連續的層次，每層均為其相鄰高層提供一個基本的服務和支持。
SCADA系統中的RTU軟件提供下列功能：
——可以將應用程序分成zui多可達5個優先級別，以提高系統效率；
——提供對用戶數據表和梯形圖的實時監視和調試；
——RTU上電時執行上次RTU掉電時執行的任務；
——隨時檢測軟件和硬件故障；
——所有軟硬件的錯誤信息存儲在錯誤登錄器中，可在SCADA系統任何通訊口調出，以方便系統的調試和日常維護。
該工程SCADA系統提供了多種的數據傳送方式，可以適應用戶的不同要求。這些方式包括：中心-RTU數據傳送、中心-RTU廣播方式、RTU事件報告（Event/Burst）和RTU-RTU通訊。
4 系統功能及特點
4.1 系統功能
4.1.1 遙測功能：數字濾波、報警比較處理、算術與邏輯運算、流量積算和脈沖累計等。
4.1.2 數據采集和報警監視功能：
    數據采集系統zui基本也是占用機時比重zui大的部分。采集、報警、監視內容為凈水廠的4臺主水泵及配套0.4KV電機運行、停止、故障狀態量，出口電動蝶閥開、關、故障狀態量等。
    前置機顯示器長期在線顯示各被測量的實時值，每組泵手動/自動轉換開關的位置、各水泵的運行狀態等。后臺機彩色顯示器可顯示工藝流程圖和配電系統圖等。各圖在相應位置顯示被測參數的實時值。中心控制室的工作人員可以通過顯示器了解整個給水系統的生產情況和各種工藝、電氣設備的運行狀態。
4.1.3 遙控功能：PID控制、順序控制。
    當現場控制臺上手動/自動轉換開關處于手動位置時，該組泵處于常規操作狀態。計算機系統只對其進行數據采集，不作任何控制。當手動/自動轉換開關處于自動位置時，常規按扭操作不起作用，計算機系統以兩種方式對其進行控制：a）自動方式：根據水池的水位，控制相應水泵電機的啟停。即超過水位下限開泵，超過水位上限停泵。水泵出口電動蝶閥是調節型的，實現PID控制。b）計算機手動方式：操作值班人員通過后臺機鍵盤控制水泵機組的啟停。以上兩種控制方式均有兩個制約條件：（1）該組水泵所處清水池水位超過極限值；（2）向該組水泵電機供電的母線段三相電壓均處于正常范圍。兩個條件缺一不可，在控制指令發出后5秒鐘（躲開電機啟動時間）計算機系統檢測反饋信號（電機電流），對控制命令的有效性進行確認。
4.1.4 維護功能：故障診斷、錯誤處理。
   維護功能的故障診斷、錯誤處理是靠遙訊功能保障的。所謂遙訊功能是無線數傳機的通話功能來實現的。由于數傳機工作在半雙工狀態，所以通話時，不能進行數據傳送。這種功能主要用于系統調試和檢修。
4.1.5  管理功能：能量計算、數據處理、畫面顯示、潮流預測、優化調度、趨勢記錄及報表打印等。
   管理工作大致可以分為四類即：校時；數據處理；事故處理；圖表生成。
4.2 特點
4.2.1 可靠性高。
   遠程監控站（RTU）可無人值守、采用全天候機箱，能在惡劣環境下連續可靠工作。
   RTU可由交流/直流/太陽能等方式供電。站內配有后備電池。當主電源斷電后可供電大約20天。對外提供24VDC隔離輸出。
   RTU采用組件結構，每個組件有鋁屏蔽外殼，能抗電氣干擾。
4.2.2 通信方式多，距離遠。
   通信有無線通信、有線通信（公用線/線——2/4線）和串行口通信（RS-485）。本身帶有調制解調器（Modem）。幾種通信方式可在系統中混合使用。
通信距離可從幾公里到幾百公里（加中繼站）。
4.2.3 組態靈活，構成擴展系統容易。
    RTU可靈活組態成現場（外圍）站或通信控制器（MRTU/IRTU），構成1：N或1：M：N系統。組態可在本地（便攜機）或遠端（管理機）進行。
5 SCADA系統運行總結
 沈陽市經濟技術開發區供水工程中的SCADA系統投產運行近十年，運行穩定、可靠，做到了生產管理科學化、現代化，減員增效，工人操作維修方便。設備*，培養了一批懂技術會管理的人才。
 當然，今日的SCADA系統不論硬件、軟件，隨著電子信息技術的迅猛發展均有很大進步，硬設備如CPU,存儲器,硬盤等的技術指標也有很大提高，軟件自診斷功能加強，所以在以后的供排水工程設計中要考慮到系統的兼容性與可擴展性。
 為了提高系統通訊的可靠性，無線通訊今后選用被實踐證明可靠的GPRS技術。隨著計算機網絡控制技術早已融入了變電站監控的方方面面，國內外已制造出了變電站（所）計算機監控系統。
前端機提供網絡通訊接口與監控中心或工作站連接，實現系統集中監控。前端機要遵守下行通訊協議MODBUS、上行通訊協議ICP/IP MODBUS、DC451等。
綜合保護器是集保護、測量、控制、通信功能為一體的分布式微機成套保護測控裝置，并有SCADA接口，采用后可省掉電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數等檢測儀表，并可大大減少二次接線，節省人力，減少故障點，便于檢修。

作者簡介
高偉明（1982-），男，中國市政工程東北設計研究院設計一所工程師。曾參與東北地區多項污水處理工程和給水工程的電氣設計工作。