于普松, 王文利

1  前言
供水管網(wǎng)作為城市供水的基礎設施，擔負著(zhù)為城市居民和企、事業(yè)單位供水的重要任務(wù)，安全、優(yōu)質(zhì)、可靠地供水一直是供水人追求的目標。采用計算機等高科技手段對管網(wǎng)的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監測早已成為現實(shí)，而且已成為現代供水企業(yè)調度的一種不可缺少的手段。近年來(lái)，由于計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，對調度系統實(shí)時(shí)、多任務(wù)的性能要求越來(lái)越強。秦皇島自來(lái)水總公司綜合自動(dòng)化系統經(jīng)過(guò)多年的運行，原有監測系統的軟、硬件配置已很難滿(mǎn)足生產(chǎn)調度的需要，大部分設備已超過(guò)正常使用年限，可靠性、穩定性都不同程度地有所降低，系統維護量增大，為此，需對原系統進(jìn)行大規模的改造和擴充，以滿(mǎn)足現代供水企業(yè)發(fā)展的需要。從2000年開(kāi)始該公司對其測控系統進(jìn)行了改造，新系統除兼容原系統所有功能外，主要特點(diǎn)是它工作在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，通過(guò)內部的NT網(wǎng)絡(luò )和SQL數據庫平臺，使監測到的數據得以共享和發(fā)布。另外，新系統還增加了系統組態(tài)和后期的數據處理、歷史曲線(xiàn)、數據分析等功能。
2  系統的構成及功能
新建監測系統分為三層結構：調度中心、二級主站和現場(chǎng)RTU。
(1)  調度中心
由測控前端機、國產(chǎn)WSW數傳電臺、美國產(chǎn)MDS-2710數傳電臺、四屏顯示系統、大屏幕背投、模擬屏、工程師站、報表打印及引青流量接收系統等組成。
(2)  二級主站
山海關(guān)公司和北戴河公司，它們具有相對獨立的管網(wǎng)和監測系統，與調度中心的數據傳輸采用無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)并存的方式。
(3)  市區測點(diǎn)
分為水廠(chǎng)、測點(diǎn)級兩種現場(chǎng)RTU。
①  水廠(chǎng)級站由研華IPC-610工控機、WSW數傳電臺、數據采集卡等構成。
②  測點(diǎn)級站分為新舊兩種型號：一種是DWY-98型，由WSW數傳電臺、單板機等構成；另一種為新型RTU，由MDS-2710數傳電臺、研華ADAM4500和ADAM4017模塊等構成。
新建供水管網(wǎng)監測和數據采集系統（Supervision Control And Data Acquisition）主體框圖如圖1所示。

 
圖1  測控系統主體框圖

新系統水廠(chǎng)級測點(diǎn)和新增測壓點(diǎn)RTU結構如圖2、圖3所示。

 
圖2  水廠(chǎng)級測點(diǎn)示意圖

 
圖3  新測點(diǎn)級RTU結構圖

3  系統中軟硬件的選擇
本次系統改造在軟、硬件選擇方面充分考慮了與原系統的兼容性，本著(zhù)充分發(fā)揮原有設備潛力，減少投資的原則，保證了系統建設效益的充分發(fā)揮。
(1)  軟件選擇
對于測控軟件的選擇，首先本著(zhù)新老系統要平穩過(guò)渡的原則，其次注重軟件的實(shí)用、易用和穩定性。設計人員在總結了以往運行經(jīng)驗并徹底分析了原軟件及部分商用軟件的基礎上，決定以Windows98為系統平臺,Visual Basic 6.0、C++、Visual C++及部分圖形軟件為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)出適用于本公司的測控系統。
(2)  硬件配置
原系統中的RTU采用的是DWY-98型，主要由8098單板機和WSW數傳電臺構成，電臺與單板機接口采用TTL標準通信。對于原系統的硬件部分，本著(zhù)節約資金，物盡其用的原則，不做大的改動(dòng)，只將其中水廠(chǎng)級測點(diǎn)調整為研華IPC-610工控機、宏拓PC-7488采集卡和新型WSW數傳電臺的構成形式，采集卡為32路光電隔離，電臺與工控機采用RS-232串口通信。新增的4個(gè)測壓點(diǎn)RTU利用研華生產(chǎn)的ADAM4500作為通訊控制器，ADAM4017作為數據采集器，美國MDS-2710數傳電臺作為數據傳輸工具組成。其中ADAM4500是基于PC的程序控制器，它內置ROM-DOS系統、256K的RAM和256K的ROM、具有標準的RS-232和RS-485通訊接口及看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）等。編程工具為C及C++語(yǔ)言，運行程序可固化在FLASH ROM內。
新建系統的二級站改造方面，首先對山海關(guān)二級站進(jìn)行了試驗，其構成形式為主站、水廠(chǎng)內部小型SCADA系統和測壓點(diǎn)系統。
主站采用研華IPC-610工控機、WSW數傳電臺、ADAM4520和天線(xiàn)，水廠(chǎng)內部SCADA系統采用RS-485工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，主要由ADAM4017和ADAM4520組成，通信協(xié)議轉換器ADAM4520，完成RS232-RS485或RS232-RS422的雙向協(xié)議轉換，具有自動(dòng)判斷處理數據的流向等功能。它與主機串口連接，可通過(guò)主機直接向ADAM4017發(fā)布數據采集指令，采集出廠(chǎng)壓力、清水池水位和源水流量。山海關(guān)區二級站示意圖如圖4所示。

 
圖4  山海關(guān)區二級站示意圖

4  系統的實(shí)施及主要研究?jì)热?BR>系統建設可分為硬件安裝，軟件開(kāi)發(fā)和系統聯(lián)調三部分。在此僅對幾個(gè)測控系統建設中比較關(guān)鍵的問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析。
(1)  硬件安裝
硬件安裝主要是公司調度中心、水廠(chǎng)級測壓點(diǎn)和新增4個(gè)測壓點(diǎn)的安裝，在安裝過(guò)程中遇到幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
①  新、老WSW數傳電臺帶寬問(wèn)題
雖然是同一廠(chǎng)家生產(chǎn)，但它們屬于兩代產(chǎn)品，因國標要求的變更，造成新、老設備帶寬不同，使數據無(wú)法正確傳輸，查清問(wèn)題后，筆者與電臺的生產(chǎn)廠(chǎng)家對WSW電臺進(jìn)行了統一的調試，使其工作在同一帶寬上，保證了數據傳輸的正確性和穩定性。
②  調度中心與二級主站的通訊問(wèn)題
由西南至東北四十余公里范圍內分布著(zhù)秦皇島市的3個(gè)區，總公司所在的海港區居中，山海關(guān)公司在東北方15公里之外，由于距離、方位及山丘、建筑物阻擋的關(guān)系，直接與山海關(guān)通訊存在一定的困難，所以選擇距離山海關(guān)較近的柳村水廠(chǎng)作為插轉站，由它協(xié)調調度中心與山海關(guān)二級主站的數據接收和傳送工作。
③  國產(chǎn)WSW數傳電臺與美國MDS-2710數傳電臺的兼容問(wèn)題
系統新增測點(diǎn)選用的是美國MDS-2710數傳電臺，它采用二進(jìn)制CPFSK的調制類(lèi)型，而WSW數傳電臺采用的則是單一的調頻調制類(lèi)型，因調制類(lèi)型不同，所以雖然它們工作在同一頻率下（總公司無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)為234.5MHz），但彼此并不能通訊。為解決此問(wèn)題，可增加一塊多串口卡，將不同類(lèi)型的電臺分別連接到不同的串口上與主機通訊，而在軟件上采用分時(shí)、分段與不同電臺通訊的方式，效果良好。而采用多串口卡工作的形式也解決了主機串口少的缺點(diǎn)，使主機與模擬屏等外設通訊更為方便、靈活。
(2)  軟件編制
軟件部分主要完成調度主控軟件、水廠(chǎng)級站測點(diǎn)數據采集和傳輸軟件、新增測壓點(diǎn)（ADAM4000系列）下位機的數據采集與傳輸軟件及山海關(guān)二級主站主控軟件的編制。這里主要針對以下幾點(diǎn)做一詳細說(shuō)明。
①  軟件可靠性的研究
對于調度系統，對其實(shí)時(shí)性、可靠性和穩定性的要求較高。由于無(wú)線(xiàn)傳輸受到外界干擾的情況很多，更由于前端測控主機的多任務(wù)（分時(shí)段巡檢、與110指揮中心和四屏顯示系統實(shí)時(shí)通訊、驅動(dòng)模擬屏顯示、大屏幕投影演示等），所以如何保證系統的穩定性和可靠性對于調度主控軟件是一個(gè)考驗。筆者分別從操作系統和開(kāi)發(fā)平臺兩方面入手，排除隱患、優(yōu)化算法。由于Visual Basic的局限性，所以軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中大量采用了WINDOWS的API函數，以增加軟件的功能和性能。同時(shí)采用了CRC冗余校驗、誤碼重發(fā)等一系列方法來(lái)增加無(wú)線(xiàn)數據傳輸的準確性和穩定性。
②  數據的共享
前端測控機負責采集、存儲實(shí)時(shí)數據。為了使其它用戶(hù)共享該數據以達到測控系統與OA系統有機結合的目的，這里采用技術(shù)較為成熟的SQL Server數據庫為平臺，將實(shí)時(shí)數據分類(lèi)、定時(shí)地存入指定的數據庫中，將一部分后期的數據處理工作交由SQL完成。這樣，網(wǎng)絡(luò )上的任何終端都可根據不同的權限查詢(xún)、共享數據，另外，對于四屏顯示系統和110指揮中心兩個(gè)特殊用戶(hù)，采用內部局域網(wǎng)絡(luò )通訊方法，實(shí)時(shí)傳送數據，減少了數據傳輸的中間環(huán)節，從而提高了數據傳輸的實(shí)時(shí)性和穩定性。
③  串口死機的問(wèn)題
在調度主控軟件開(kāi)發(fā)調試的過(guò)程中，筆者發(fā)現一個(gè)令人頭痛的問(wèn)題，串口非周期性地停止工作。表現為電臺發(fā)送、接收都正常，然而，計算機并不能收到數據。最初只有關(guān)機重啟才能恢復正常。通過(guò)對16550UART收發(fā)器的詳細研究發(fā)現，當發(fā)生這種情況時(shí)，線(xiàn)狀態(tài)寄存器并未產(chǎn)生接收數據中斷，所以，無(wú)論采用查詢(xún)還是中斷方式，此時(shí)都無(wú)法收到數據，針對這種現象，采用定時(shí)重置的方法，可徹底解決這一問(wèn)題。
5  結語(yǔ)
這套系統的一期工程從設計、施工到峻工，歷時(shí)8個(gè)月，完全由該公司人員自主完成，其中也確實(shí)遇到很多問(wèn)題。作為一套系統應本著(zhù)實(shí)用的觀(guān)點(diǎn)，通過(guò)自己的力量建設，一方面鍛煉了自己的隊伍，另一方面也省去了維護、修理方面的許多問(wèn)題，保證了投資的長(cháng)久性和有效性。相信隨著(zhù)科技的發(fā)展進(jìn)步，該系統的功能必將日臻完善，向著(zhù)靈活型、智能型方向發(fā)展。