雷景峰，王  強，陶  濤

1  前言

    SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)技術(shù)即遠程監控和數據采集技術(shù)，是集計算機與網(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系統可完成遠距離現場(chǎng)設備的無(wú)線(xiàn)監控、數據采集、傳輸和分布式管理的任務(wù)，特別適用于所監控的設備分布面廣，采用有線(xiàn)方式難以傳送信號數據的場(chǎng)所[1]。目前，SCADA系統在城鎮和企業(yè)供水管網(wǎng)的數據采集、監視控制以及過(guò)程控制領(lǐng)域正處于深入研究、廣泛應用階段。本文通過(guò)對某一工程設計的分析，全面介紹企業(yè)供水管網(wǎng)SCADA系統。

2  工程概況

    山西某集團公司是一個(gè)大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)G企業(yè)）。G企業(yè)管網(wǎng)系統中，給水管道總長(cháng)為280多公里，排水管道總長(cháng)為190多公里，隨著(zhù)生產(chǎn)規模的擴大，以及當地政府封停地下水水源以涵養地下水的政策的實(shí)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(shí)，G企業(yè)根據“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)系統能實(shí)現分質(zhì)供水，分質(zhì)排水。

由于現行的管理技術(shù)與手段落后，多年來(lái)沒(méi)有進(jìn)行統一規劃，設計和擴建改造前未進(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(cháng)期工作在不經(jīng)濟的狀態(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(mǎn)足，或造成水量和能量浪費，部分管道甚至年久失修，漏失嚴重或爆管機率高，直接影響供水質(zhì)量和可靠性。

目前G企業(yè)將建設年產(chǎn)200萬(wàn)噸不銹鋼項目，對管網(wǎng)自動(dòng)化控制、信息化管理提出更高的要求：
(1)  能在調度室內對各測點(diǎn)的工藝參數集中檢測，并用數字顯示、連續監測和自動(dòng)記錄，合理進(jìn)行調度，提高供水可靠性，減少水量損耗，節約能源；
(2)  檢測速度很快，幾秒鐘內即可發(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備，為自動(dòng)操作創(chuàng )造條件。
為了達到上述目標，筆者采用了供水管網(wǎng)SCADA系統方案。

3  供水SCADA技術(shù)方案分析

3.1  方案一：GPRS（通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)）技術(shù)方案

    基于GPRS技術(shù)方案的系統組成如圖1所示，管網(wǎng)監控點(diǎn)的數據通過(guò)GSM/GPRS模塊接入GSM網(wǎng)，然后通過(guò)電信部門(mén)和GPRS服務(wù)器將數據傳輸到國際互聯(lián)網(wǎng)，再通過(guò)項目部?jì)炔烤W(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)網(wǎng)接入進(jìn)入SCADA數據服務(wù)器。

圖1  基于GPRS技術(shù)的系統組成方案

    作為備用方式，管網(wǎng)監控點(diǎn)的數據也可通過(guò)GSM/GPRS模塊以短信息的方式發(fā)出，通過(guò)電信部門(mén)的SMS服務(wù)器發(fā)送到與SCADA數據服務(wù)器連接和GSM/GPRS模塊，再送到SCADA數據服務(wù)器。

    使用專(zhuān)用接入點(diǎn)方案需要申請一個(gè)固定的專(zhuān)用IP地址，各設備之間的通訊就可以直接進(jìn)行，這種方式稱(chēng)為虛擬專(zhuān)網(wǎng)方式。采用這種方式，各終端設備（如RTU、PLC等）通過(guò)工業(yè)級GPRS模塊連接到GPRS網(wǎng)絡(luò )，并經(jīng)過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )中的SGSN、GGSN以TCP/IP方式通過(guò)防火墻連接到數據服務(wù)器。該方式適用于終端設備數目眾多、每個(gè)終端設備的通訊流量都比較大的場(chǎng)合。

    使用CMNET接入點(diǎn)方式時(shí)，GPRS設備無(wú)需擁有固定的IP地址，各設備之間的通訊不是直接進(jìn)行，而是通過(guò)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(gè)被稱(chēng)為DASN的設備做地址解析。該方式適合于每個(gè)終端設備數據傳輸量不大的情況。筆者選用CMNET接入點(diǎn)方式，能滿(mǎn)足企業(yè)管網(wǎng)的需求。

    另外，借助公用網(wǎng)（GSM、Internet）的數據通信能力，不但減少對通信設施的維護管理，且通信方式更標準化，效率更高（通過(guò)蜂窩技術(shù)降低發(fā)射功率和提高帶寬），SCADA系統將來(lái)可以方便地擴展到城市其它區域，也可以隨著(zhù)公用網(wǎng)技術(shù)的提高不斷升級，且每個(gè)點(diǎn)每年費用只有200元左右（按每個(gè)點(diǎn)每分鐘發(fā)送4個(gè)16bit數據計算）。

3.2  方案二：無(wú)線(xiàn)數傳電臺方案

    案與基于GPRS技術(shù)的方案之不同在于無(wú)線(xiàn)通信的方式，無(wú)線(xiàn)數傳電臺工作在一個(gè)專(zhuān)用的頻率點(diǎn)，通過(guò)點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)之間的數據傳輸。各管網(wǎng)監控點(diǎn)數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳電臺及定向天線(xiàn)定向發(fā)送，由安裝在調度中心鐵塔上全向天線(xiàn)接收后，通過(guò)連接于SCADA數據服務(wù)器的無(wú)線(xiàn)數傳電臺送入數據服務(wù)器中，如圖2所示。

圖2  基于無(wú)線(xiàn)數傳電臺的系統組成方案

3.3  方案比較

以上兩個(gè)方案的差別在于管網(wǎng)監測點(diǎn)與SCADA數據服務(wù)器的通信方式不同，兩種方案的比較如表1。

表1  GPRS與無(wú)線(xiàn)數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)域的應用正在不斷普及，電信部門(mén)也將更加重視和支持該技術(shù)的應用，采用GPRS技術(shù)方案。

4  供水SCADA系統硬件組成

如圖1，基于GPRS技術(shù)的供水SCADA系統主要由調度中心、遠程監控站和通訊系統組成。

4.1  調度中心與遠程監控站

    調度中心采用以太網(wǎng)結構，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數據及WEB服務(wù)器、調度員工作站微機、控制微機、Ethernet交換機、7m×3m定制的大屏幕投影儀、UPS系統及其他一些必需的外用設備。

    調度中心每天24小時(shí)收集并保存來(lái)自各個(gè)管網(wǎng)監控站的信息，通過(guò)調度中心的軟件，可以做日志、報表、趨勢分析等，當緊急情況發(fā)生時(shí)，系統自動(dòng)報警，調度員站根據實(shí)際情況，發(fā)出控制信號傳遞到遠程監控站，達到控制目的?！?/FONT>