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1 引言
西安市自來(lái)水公司現有水廠(chǎng)8座，分布在市區內，供水能力164萬(wàn)立方米/日，供水管網(wǎng)1269公里，供水面積170平方公里，供水人口227萬(wàn)人。它實(shí)行兩級生產(chǎn)調度和三級管理模式，即公司進(jìn)行一級調度，各水廠(chǎng)設立一個(gè)二級調度站，各水源地為三級管理。
2 系統結構簡(jiǎn)介
公司SCADA系統選擇兩級調度結構，即設置一個(gè)主調度中心站和幾個(gè)二級調度中心站及遠程管網(wǎng)檢測點(diǎn)。
主調度中心站是SCADA系統的管理指揮中心，設立在公司調度室，由以下硬件構成：數據庫服務(wù)器，主/備SCADA服務(wù)器，Web服務(wù)器，通訊處理器，工程師站，大屏幕顯示系統等；兩套互為熱備的SCADA服務(wù)器和兩臺MOTOROLA公司的通訊處理器MCP-T是主調度中心骨干；數據庫服務(wù)器用來(lái)運行通用數據庫管理系統和專(zhuān)用數據庫管理系統。同時(shí)主調度中心采用先進(jìn)的瀏覽器/服務(wù)器結構，配置一臺Web服務(wù)器，為自來(lái)水公司的Intranet提供Web服務(wù)，使用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器的方式輕松的了解系統信息。主調度中心的結構如圖1所示。
軟件采用Intellution公司的iFix組態(tài)軟件。主調度中心還使用美國Microsoft公司的SQL Server關(guān)系數據庫和美國Intellution公司的iHistorian實(shí)時(shí)歷史數據庫建立中心數據庫。
二級調度中心站分別設置在各水廠(chǎng)的下屬車(chē)間內，配置一臺SCADA服務(wù)器和一套RTU。遠程終端設備RTU（Remote Terminal Unit）是一種智能測控設備，它配置有數字量和模擬量的輸入/輸出模塊，能通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)電臺、專(zhuān)用線(xiàn)或調制解調器與遠方設備進(jìn)行通信，用于對遠方設備進(jìn)行監測控制，是測控系統中的關(guān)鍵設備。二級調度中心站用RTU 采集本水廠(chǎng)的數據和隸屬于本水廠(chǎng)的遠程檢測點(diǎn)的數據，監測本水廠(chǎng)的運行參數，并且把一些數據上傳到主調度中心。
遠程管網(wǎng)檢測點(diǎn)隸屬于主調度中心站，配置一套RTU。它采集本地的數據，并上傳數據到主調度中心。系統結構如圖2所示。
3 RTU的選型
本系統選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的MOSCAD系列產(chǎn)品，它有三種類(lèi)型MOSCAD，MOSCAD-L和MOSCAD-M。三種類(lèi)型的最主要區別在于可最多擴展的輸入/輸出模板數，它們最多可擴展模板數量分別為理論上240，3和1?？紤]到工程費用和系統的可擴充性，本系統根據各點(diǎn)AI、DI輸入量的多少，確定I/O模板多于3個(gè)的選擇MOSCAD，少于等于3個(gè)的選擇MOSCAD-L。MOSCAD具有適合本系統的很多特點(diǎn)，如MOSCAD采用MDLC通信協(xié)議，該通信協(xié)議是為無(wú)線(xiàn)電設備來(lái)傳輸大量數據而專(zhuān)門(mén)設計的；MOSCAD可以進(jìn)行遠程診斷和下載/上載；MOSCAD可以方便地進(jìn)行存儲/轉發(fā)。
4 RTU的通訊組網(wǎng)
本系統有60多個(gè)管網(wǎng)檢測點(diǎn)，地理位置十分分散，地域分布廣泛，適合采用無(wú)線(xiàn)通信方式。選用美國MDS公司生產(chǎn)的MDS 2710A數傳電臺，該電臺有堅固耐用，接收靈敏度高，抗干擾能力強，數據傳輸轉換時(shí)間快的優(yōu)點(diǎn)，并且該電臺提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU及PLC等數據終端連接，實(shí)現透明傳輸。系統使用的頻率為233.900MHz，以單頻半雙工的通訊方式工作，功率（0.5~5W）可調。
系統采用了輪詢(xún)與突發(fā)上傳相結合的通訊方式。主調度中心站采用MOTOROLA公司的通訊處理器MCP-T，一種用于TCP/IP協(xié)議的MDLC網(wǎng)關(guān)。主調度中心站每3min輪詢(xún)各水廠(chǎng)和遠程管網(wǎng)檢測點(diǎn)并獲得該檢測點(diǎn)的數據（每3s一個(gè)檢測點(diǎn)），不論該數據是不是發(fā)生了變化；二級調度中心站采用了現場(chǎng)接口單元（FIU）作為通信處理器和數據采集器，FIU一方面通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )響應主調度中心MCP-T的召測，上傳本廠(chǎng)的工藝參數和設備運行狀況事件，另一方面輪詢(xún)本廠(chǎng)的遠程檢測點(diǎn)，并獲得現場(chǎng)的工藝參數和設備的運行狀況。如果本廠(chǎng)檢測到的壓力、流量、液位等超過(guò)報警限值，則采用突發(fā)上傳的方式，把數據及時(shí)送給主調度中心和二級調度中心；管網(wǎng)檢測點(diǎn)響應主調度中心站的召測，把現場(chǎng)的工藝參數及設備運行情況傳送給主調度中心，如果檢測到壓力、濁度等發(fā)生了很大的變化，則采用突發(fā)上傳的方式把數據及時(shí)傳送給主調度中心。
準確、暢通的通信是SCADA系統功能實(shí)現的保障，特別是在采用無(wú)線(xiàn)通訊方式的西安市自來(lái)水公司SCADA系統中。筆者在設計階段進(jìn)行了場(chǎng)強測試，由于西安市南面、西面高，東面、北面低，而自來(lái)水公司調度室又在西安的西面這一實(shí)際情況，造成東面、北面較偏僻的水廠(chǎng)和管網(wǎng)檢測點(diǎn)的場(chǎng)強和信噪比很低，通信不能保證，這給整個(gè)系統的實(shí)施帶來(lái)困難。筆者初步確定兩種解決方案：
(1) 在自來(lái)水公司調度室架高塔，所有點(diǎn)直接和主調度中心通信；
(2) 在北面和東面選擇現有的信號比較好的管網(wǎng)檢測點(diǎn)，通過(guò)中繼的方式把數據轉發(fā)到主調度中心。
MOSCAD系列產(chǎn)品具有存儲/轉發(fā)功能，即RTU從其他RTU接收數據，把數據保存在內存中，當通道空閑時(shí)，再把數據轉發(fā)到主調度中心。任一個(gè)RTU通過(guò)正確的配置都具有存儲轉發(fā)功能，而且只需把定向天線(xiàn)換成全向天線(xiàn)，該點(diǎn)就可以成為中繼點(diǎn)。由于第二種方案費用低，組網(wǎng)靈活，本系統確定采用第二種方案。但對實(shí)時(shí)監控系統，輪詢(xún)時(shí)間是一個(gè)很重要的參數，經(jīng)過(guò)實(shí)際的應用，經(jīng)過(guò)一次中繼傳送數據的時(shí)間是沒(méi)經(jīng)過(guò)中繼傳送數據時(shí)間的1.2~1.4倍，系統輪詢(xún)時(shí)間能夠符合要求。
5 RTU的軟件設計
MOSCAD系列產(chǎn)品提供了編程工具軟件TOOLBOX，它提供了軟件診斷、通道測試、硬件測試、MDLC協(xié)議分析等功能，還提供了C TOOLKIT軟件，可以支持C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應用程序。
在本系統的程序設計中，主要有以下幾個(gè)功能模塊：
(1) 本系統采用了輪詢(xún)和突發(fā)上傳相結合的通信方式。二級調度主站每3min輪詢(xún)其所屬子站獲取數據。子站在測量數據超過(guò)臨界值時(shí)或檢測到硬件錯誤時(shí)將突發(fā)上傳。二級子站通訊模塊程序的流程圖如圖3所示。
(2) 報警記錄，事件記錄以及一些帶時(shí)標的參數都需要寫(xiě)入主調度中心的數據庫中。因此，所有的遠程管網(wǎng)檢測點(diǎn)及各水廠(chǎng)都必須有精確的時(shí)間，并能與主調度中心RTU 同步。本系統在每個(gè)整點(diǎn)時(shí)，主調度中心將對所有的RTU進(jìn)行一次時(shí)間同步。
(3) 流量累計和壓力累計及平均壓力對供水調度有重要的意義。本系統用如下方式處理：流量計每流過(guò)單位體積的水量就輸出一個(gè)脈沖信號（脈沖寬度可調），當RTU捕捉到脈沖信號，就觸發(fā)一個(gè)事件，累加相應的變量，再乘以單位流量，就是累計流量。RTU掃描一次壓力數據，就把這個(gè)壓力數據累加到一個(gè)變量上，同時(shí)壓力次數變量加一，當整點(diǎn)時(shí)求一次平均壓力，并把兩個(gè)變量清零。
6 RTU的安裝
由于RTU工作環(huán)境惡劣，為了保證RTU的正常工作，本系統對RTU的安裝采取了以下措施：
(1) 將RTU安裝在堅固的機箱內，防塵，防水。機箱表面做了良好的處理，以防生銹，腐蝕，使表面處理層牢固。
(2) 對于RTU的交流供電單元，本系統用空氣開(kāi)關(guān)進(jìn)行瞬時(shí)過(guò)載保護，短路保護等。機箱內裝接地母線(xiàn)和接地端子。
(3) 在RTU箱內設置避雷設備，如交流電源輸入避雷保護器，傳感器信號線(xiàn)避雷保護器，傳感器電源避雷保護器等。
(4) 鐵塔安裝避雷針，并敷設避雷接地網(wǎng)。避雷接地網(wǎng)接地電阻<4Ω，設備接地電阻<10Ω。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號