自來(lái)水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共40頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上（2011屆） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 名 稱:自來(lái)水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 （SCADA）系統(tǒng) 學(xué) 院 （部）：電氣與信息工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師姓名： 職稱 最終成績(jī)?cè)u(píng)定： 2011 年 月摘要隨著我國(guó)城市建設(shè)的加快，管網(wǎng)越來(lái)與龐大，分散，作為城市極為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)對(duì)供水系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控及信息化建設(shè)都具有相當(dāng)重要的意義。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)是采集各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析匯總等處理。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給出報(bào)警信息或向站點(diǎn)發(fā)出控制命令，控制站點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行。論文在了解實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（

2、SCADA）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)、監(jiān)控狀態(tài)的收集進(jìn)行計(jì)算處理，并且從數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史中獲取的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水網(wǎng)管的智能化控制。充分運(yùn)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段，通過(guò)對(duì)SCADA系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，完成一個(gè)具有先進(jìn)性、高可靠性、經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：SCADA, 數(shù)據(jù)采集，監(jiān)控，設(shè)計(jì)ABSTRACTAlong with the construction speed quickly of our city, the pipe line network is more huge anddispersion. As an extremely important infra

3、structure, strengthen to optimize pipe line network and the information-based construction is very important.The SCADA system is to collect each sites data information ,store it and stattools. according to data analysis, And then give a Alarm information or send out a Control Commands to site timely

4、 to contral the site Operation of equipment.This paper is based on the SCADA system,Collect real time data and supervise data to calculate or process. And then acquire available clue from the history in the database of experience, make an excellent optimized decision. Implement intelligent control o

5、f water pipe network, make themost of the modern information technique, through Hardware and software design of the SCADA system to implement a advanced ,high reliability and economic system design.KEY WORDS: SCADA, Data acquisition，Supervisory control，Design目錄一 緒論 （一）SCADA系統(tǒng)概述1 1 SCADA系統(tǒng)組成及工作.1 2 S

6、CADA系統(tǒng)的功能.2 （二）本課題研究的背景、內(nèi)容及意義.5二 自來(lái)水SCADA系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （一）自來(lái)水SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析及監(jiān)控站點(diǎn)組成.7 （二）自來(lái)水SCADA系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ).11 （三）城市自來(lái)水SCADA系統(tǒng)的建立.14 1 城市自來(lái)水SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則.14 2 城市自來(lái)水SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).14 3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).15 4 數(shù)據(jù)采集、控制和調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì).17 5 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì).22 6 自來(lái)水SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù).23 7 供水SCADA系統(tǒng)的防雷保護(hù).24三 自來(lái)水廠SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 （一）引言.26 （二）系統(tǒng)總體方案.26 （三）系統(tǒng)構(gòu)成及功能描述.

7、28 （四）訪問(wèn)和保護(hù)信息系統(tǒng)安全.33 （五）結(jié)束語(yǔ).34四 結(jié)論.35五 參考文獻(xiàn).36六 致謝.37專心-專注-專業(yè)一 緒論（一） SCADA系統(tǒng)概述。SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，它是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。1 SCADA系統(tǒng)組成及工作原理。SCAD

8、A系統(tǒng)作為生產(chǎn)過(guò)程和事物管理自動(dòng)化最為有效的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)之一，它包含兩個(gè)層次的含義：一是分步式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是通常所說(shuō)的下位機(jī)；另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機(jī)HMI（Human Machine Interface）系統(tǒng)。下位機(jī)一般意義上通常指硬件層上的，即各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如各種RTU、 FTU、PLC及各種智能控制設(shè)備，等等。這些智能采集設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程和事物管理的設(shè)備或儀表相結(jié)合，實(shí)時(shí)感知設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)特定數(shù)字通信或數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳遞到HMI系統(tǒng)中；在必要的時(shí)候，這些智能系統(tǒng)也可以向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)。上位機(jī)HMI系統(tǒng)在

9、接受這些信息后，以適當(dāng)?shù)男问饺缏曇?、圖形、圖象等方式顯示給用戶，以達(dá)到監(jiān)視的目的，同時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，告知用戶設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)（報(bào)警、正常或報(bào)警恢復(fù)），這些處理后的數(shù)據(jù)可能會(huì)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺(tái)上，還可能與別的系統(tǒng)（如MIS，GIS）結(jié)合形成功能更加強(qiáng)大的系統(tǒng)；HMI還可以接受操作人員的指示，將控制信號(hào)發(fā)送到下位機(jī)中，以達(dá)到控制的目的。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。在供水系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量系統(tǒng)的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)

10、行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為供水系統(tǒng)不可缺少的工具。它對(duì)提高管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì) 效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。在SCADA 系統(tǒng)投入運(yùn)用后，提高了輸配管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性、有著潛在的社會(huì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減輕了管理人員工作負(fù)擔(dān)。是實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化、管理信息化的軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)采用兩級(jí)控制，如圖1所示。一級(jí)是 SCADA 控制中心，監(jiān)測(cè)分布在管網(wǎng)上的各個(gè)測(cè)量點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)采集分析，負(fù)責(zé)監(jiān)視、管理和控制、統(tǒng)計(jì)輸出等工作。通過(guò)控制中心，可實(shí)時(shí)得到整個(gè)地區(qū)的城市供水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、

11、大用戶用水工況，分析歷史數(shù)據(jù)，判斷管網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，支持管網(wǎng)輸配調(diào)度和管理。 二級(jí)為管網(wǎng)測(cè)量點(diǎn) RTU(遠(yuǎn)終端單元)，實(shí)施遠(yuǎn)距離監(jiān)控，將管道的壓力、流量、設(shè)備運(yùn)行工況、現(xiàn)場(chǎng)水泄漏的值等有關(guān)信息發(fā)送回控制中心，即使掉電也能將信息短期儲(chǔ)存以便補(bǔ)發(fā)。控制中心與管網(wǎng)測(cè)量點(diǎn)間采用多種傳輸方式，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全的供水目標(biāo)并創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，建立開(kāi)放性好、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)的供水監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。 圖1 SCADA系統(tǒng)2 SCADA 系統(tǒng)的功能。SCADA 系統(tǒng)得基本功能包括功能性、安全性、維護(hù)性和實(shí)用性。（1）功能性SCADA 系統(tǒng)的功能性可簡(jiǎn)單定義：在一定運(yùn)行時(shí)間下，一套 SCADA系統(tǒng)

12、所有功能實(shí)現(xiàn)的百分度：功能性(%)=硬件、軟件、通信的實(shí)現(xiàn)情況/系統(tǒng)所有設(shè)計(jì)功能的總合。硬件的功能，主要根據(jù)所選控制器、執(zhí)行單元、儀器儀表和通信設(shè)備性能而定。在行業(yè)的硬件設(shè)備的選型幾乎是系統(tǒng)配套，而主流的 SCADA 系統(tǒng)集成商對(duì)硬件的選型更是各不相同，最終用戶對(duì)硬件選型上基本上被系統(tǒng)集成商所左右，用戶缺乏自主性。在具體功能性的實(shí)現(xiàn)上，配套的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)構(gòu)建周期短，硬件設(shè)備間配合性更好。缺點(diǎn)是性價(jià)比不高，維修零配件必須指定專用設(shè)備，維護(hù)性差，甚至整體更換。軟件功能的功能與配套的硬件設(shè)備密切相關(guān)，分開(kāi)說(shuō)硬件和軟件哪個(gè)功能更好是不科學(xué)的。SCADA系統(tǒng)的軟件功能的核心在于集成技術(shù)人員對(duì)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

13、、基本功能的調(diào)查度及對(duì)相關(guān)接口的實(shí)現(xiàn)方法。針對(duì)具體的 SCADA 系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員、工程技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)用戶需要不斷地進(jìn)行交流和討論，只有將系統(tǒng)的目的完全了解、熟悉、掌握之后，才能將功能做得更加完善。通信功能主要突出安全可靠的特點(diǎn)。在不同工作層面的網(wǎng)絡(luò)通信，與硬件設(shè)備、管理要求、現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)等密切相關(guān)。采用不同的通信方式、加密認(rèn)證技術(shù)，是系統(tǒng)通信功能實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)內(nèi)容，如作為監(jiān)視層的人機(jī)界面，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的刷新率不可能低5 秒；作為控制層的操作響應(yīng)不能大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最長(zhǎng)時(shí)間10等。（2）安全性SCADA 系統(tǒng)的安全性是功能實(shí)現(xiàn)的保證，安全性和可靠性并沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分。安全性更注重?cái)?shù)據(jù)的秘密性、完整性和不易受外部

14、攻擊，可靠性更側(cè)重于系統(tǒng)的連續(xù)工作時(shí)間和對(duì)于突發(fā)事件的處理。由于現(xiàn)場(chǎng)大部分過(guò)程控制器都具有網(wǎng)絡(luò)通訊能力，這就使得網(wǎng)絡(luò)接口的安全顯得格外重要?，F(xiàn)代 SCADA 系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)的連續(xù)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，冗余是必不可少的。在冗余的本地局域網(wǎng)中，如果其中一個(gè)操作站通信發(fā)生故障，網(wǎng)絡(luò)上其它的操作站可進(jìn)行無(wú)縫連接。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，核心工作站通常都設(shè)計(jì)成兩套，在某一個(gè)操作站的硬件或應(yīng)用程序出問(wèn)題時(shí)，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)可立即接管正在處理的運(yùn)行過(guò)程，提高系統(tǒng)的安全性。熱冗余中，在并行處理的方式下的兩套服務(wù)器，每臺(tái)設(shè)備接收和處理相同的信息。當(dāng)處于熱冗余的服務(wù)器檢測(cè)到正在運(yùn)行設(shè)備的發(fā)生故障后，立即接管控制權(quán)力并將冗余狀態(tài)變

15、為運(yùn)行狀態(tài)。故障監(jiān)測(cè)和切換過(guò)程的時(shí)間通常在微秒級(jí)，過(guò)程處理和數(shù)據(jù)采集與在同一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行性能幾乎沒(méi)有差別。（3）維護(hù)性可維護(hù)性是 SCADA 系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)中又一重要因素。如果一個(gè) SCADA 系統(tǒng)具有良好而實(shí)用的診斷工具，在硬件或軟件的故障檢測(cè)中，維護(hù)和維修時(shí)間都可降到最低。根據(jù)不同行業(yè)（如供水系統(tǒng)）SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用重點(diǎn)，制定科學(xué)的、切合實(shí)際的診斷方法來(lái)保證系統(tǒng)可維護(hù)性是十分必要的。可維護(hù)性也包括了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。系統(tǒng)的擴(kuò)展性指的是增加新點(diǎn)、功能或設(shè)備等，同時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求的停工時(shí)間。特定系統(tǒng)的擴(kuò)展性主要由現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)主要包括以下方面： 可用物理空間的擴(kuò)展 各種類型內(nèi)存容

16、量的擴(kuò)展 處理容量和處理數(shù)據(jù)的擴(kuò)展 硬件點(diǎn)數(shù)、軟件及協(xié)議的可擴(kuò)展性 總線長(zhǎng)度、連接點(diǎn)和數(shù)據(jù)量的擴(kuò)展 例行程序、地址、標(biāo)志及緩沖容量的擴(kuò)展 由于數(shù)據(jù)量增加而造成掃描周期延長(zhǎng)的延展性（4）實(shí)用性SCADA 系統(tǒng)的實(shí)用性，定義為在功能性、安全性和維護(hù)性滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的情況下。系統(tǒng)的整體性價(jià)比，也是系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)的重要內(nèi)容。可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、地理范圍、生產(chǎn)流程要求、系統(tǒng)硬件/ 軟件、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)安全性要求、維護(hù)周期要求等方面綜合考慮。從應(yīng)用范圍來(lái)說(shuō)，有專業(yè) SCADA 系統(tǒng)、專業(yè)應(yīng)用。在常規(guī)性建設(shè)中，實(shí)用性表現(xiàn)較為明顯。如在水處理系統(tǒng)中，系統(tǒng)應(yīng)用可根據(jù)地理環(huán)境、采集和控制點(diǎn)的數(shù)量、控制器的運(yùn)行要求等，

17、需進(jìn)行全面考察和探究。在系統(tǒng)選型上，更注意功能的實(shí)現(xiàn)，采用什么樣的應(yīng)用軟件能全面實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的所有功能。不同的 SCADA 系統(tǒng)應(yīng)用重點(diǎn)是有差異的。系統(tǒng)信息完整、效率較高、及時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)成為管網(wǎng)調(diào)度不可缺少的工具。四個(gè)基本功能之間的關(guān)系如圖1.2 所示圖1.2功能性是系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)建設(shè)的根本目的，它需要其它特性的強(qiáng)有力支持及系統(tǒng)人員的不斷完善健全。安全性是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的保障和生命力所在。 維護(hù)性是系統(tǒng)的長(zhǎng)期、連續(xù)運(yùn)行的源泉。 實(shí)用性是一套 SCADA 系統(tǒng)基礎(chǔ)效益和建設(shè)基石。 成熟的 SCADA 系統(tǒng)在技術(shù)和管理上不斷完善，不

18、斷發(fā)展。本課題要將 SCADA 應(yīng)用在自來(lái)水的管網(wǎng)的管理上，對(duì)水資源的配給做出優(yōu)化調(diào)度，并且對(duì)管網(wǎng)的突發(fā)意外事件做出決策。（二） 本課題研究的背景、內(nèi)容及意義1 選題背景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在世界范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并取得了飛速的發(fā)展。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展的今天，電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和大力倡導(dǎo)工業(yè)自動(dòng)化，已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。面對(duì)城市建設(shè)的快速發(fā)展，供水行業(yè)已充分認(rèn)識(shí)到：對(duì)城市自來(lái)水管網(wǎng)系統(tǒng)，必須采用現(xiàn)代化的管理手段，對(duì)其進(jìn)行高效地管理，使管理由經(jīng)驗(yàn)型管理向科學(xué)型管理轉(zhuǎn)變，大力節(jié)約水資源，改善面向社會(huì)的服務(wù)水平。利用計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)，對(duì)城市自來(lái)水行業(yè)進(jìn)行企業(yè)現(xiàn)代

19、化改造，是保證 企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化，并與國(guó)際接軌的重要舉措。自來(lái)水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)，城市供配水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）為背景進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其主要任務(wù)有：對(duì)現(xiàn)行的城市供配水管網(wǎng)各功能子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查研究，并進(jìn)行系統(tǒng)需求分析；地理信息系統(tǒng)（GIS）為工具，建立城市供配水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)該供配水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行系統(tǒng)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)；建立新系統(tǒng)的日常運(yùn)行機(jī)制，頒布新系統(tǒng)的管理與維護(hù)法規(guī)；通過(guò) SCADA 系統(tǒng)，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)水資源的配給做出優(yōu)化調(diào)度。國(guó)外如美國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家從八十年代就開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)水廠進(jìn)行控制，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步完善，它的自動(dòng)控制和

20、管理達(dá)到了較高水平。 我國(guó)各地的自來(lái)水廠的設(shè)備大多比較陳舊，自動(dòng)化程度較低，對(duì)供水管網(wǎng)采用人工巡檢的方式。由于有的水廠、檢測(cè)點(diǎn)、小井地處偏遠(yuǎn)且相距較遠(yuǎn)，職工的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。在管理上不能及時(shí)處理出現(xiàn)的情況，不能及時(shí)對(duì)爆管、泄露等問(wèn)題及時(shí)做出反應(yīng)，容易造成供水不足及冒漾，造成服務(wù)質(zhì)量下降和水資源的浪費(fèi)。2選題意義人們的生活離不開(kāi)自來(lái)水，而供水管網(wǎng)承擔(dān)著將自來(lái)水從水廠輸送到千家萬(wàn)戶的重任，把供水管網(wǎng)稱作城市的生命線一點(diǎn)也不為過(guò)。目前，城市內(nèi)所有供水管網(wǎng)都已連成蜘蛛狀的環(huán)狀管網(wǎng)，遍布在城區(qū)各個(gè)角落，環(huán)環(huán)相通的供水管網(wǎng)，不僅均衡了地區(qū)服務(wù)壓力，而且使市區(qū)的所有水廠縮小了供水半徑 有效的實(shí)施對(duì)置互補(bǔ)供水。

21、面對(duì)著如此龐大而復(fù)雜的供水管網(wǎng)，自來(lái)水集團(tuán)始終在圍繞節(jié)字做文章，在管網(wǎng)的管理、養(yǎng)護(hù)、維修、監(jiān)控、及優(yōu)化調(diào)度方面采取了一系列行之有效的措施，不斷提高供水管網(wǎng)運(yùn)行的安全保障度。進(jìn)一步探索管網(wǎng)的分區(qū)域管理模式、加強(qiáng)對(duì)管網(wǎng)區(qū)域漏失控制的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市供水管網(wǎng)科學(xué)化、規(guī)范化的動(dòng)態(tài)管理，努力降低管網(wǎng)漏損率。所謂區(qū)域，對(duì)于現(xiàn)行的整個(gè)城市水源的調(diào)度管理，每個(gè)水廠、一次水井就是一個(gè)區(qū)域；對(duì)于全國(guó)的水資源管理，每個(gè)城市就是一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。自來(lái)水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)目標(biāo)是對(duì)城市的管網(wǎng)的監(jiān)控、用水量的預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)的采集及對(duì)水源做出優(yōu)化調(diào)度。而本課題的意義是對(duì)全國(guó)的水資源優(yōu)化配給、調(diào)度提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為建設(shè)資源節(jié)約型、

22、環(huán)境友好型社會(huì)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。2 選題內(nèi)容本課題的主要內(nèi)容：1）通過(guò)對(duì)相關(guān)質(zhì)料的閱讀，了解自來(lái)水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）的基本結(jié)構(gòu)組成以及工作原理。2）SCADA系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與比較。3）自來(lái)水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件、硬件的設(shè)計(jì)4）系統(tǒng)的部分調(diào)試。二 自來(lái)水SCADA系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（一）自來(lái)水SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析及監(jiān)控站點(diǎn)組成1自來(lái)水SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析（1）總體結(jié)構(gòu)城市自來(lái)水SCADA系統(tǒng)可劃分為5個(gè)組成部分：水司控制中心、水廠分控中心、管網(wǎng)測(cè)壓站、管網(wǎng)加壓站和水源井監(jiān)控站。 一個(gè)自來(lái)水公司下屬可能有多個(gè)水廠，一個(gè)自來(lái)水廠又有多個(gè)工藝過(guò)程，同時(shí)又負(fù)責(zé)多個(gè)管網(wǎng)測(cè)壓站、管網(wǎng)加壓站和水源

23、井監(jiān)控站的管理。如果將系統(tǒng)的所有信息都直接傳送到水司控制中心，由水司完成整個(gè)系統(tǒng)的控制是不合理的。因此就需要建立多個(gè)水廠分控中心，在水廠內(nèi)建立多個(gè)監(jiān)控分站和自來(lái)水取水、供水監(jiān)控站點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)信息的逐級(jí)傳輸和系統(tǒng)的分級(jí)控制。 圖2.1 自來(lái)水SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖水廠分控中心對(duì)水廠的生產(chǎn)及各站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，它是系統(tǒng)的信息采集和控制中心。水廠分控中心采集各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析匯總或打印等處理。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給出報(bào)警信息或向站點(diǎn)發(fā)出控制命令，控制站點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行。水廠分控中心還需將匯總數(shù)據(jù)傳送到水司控制中心，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度和管理。在水廠內(nèi)部根據(jù)生產(chǎn)管理的要求、生產(chǎn)工藝流

24、程的復(fù)雜程度、信息量的大小和控制設(shè)備的多少來(lái)劃分水廠監(jiān)控分站，如：取水泵房分站、反應(yīng)沉淀池分站、濾站、送水泵房分站或水廠配電室分站等。每一個(gè)監(jiān)控分站采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息并上傳至水廠分控中心，同時(shí)接受水廠分控中心發(fā)出的控制命令，控制現(xiàn)場(chǎng)的各種工業(yè)設(shè)備。除此之外，每一個(gè)監(jiān)控分站都具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，它們即可由水廠分控中心控制，也可獨(dú)立工作脫離系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)的取水和供水管網(wǎng)監(jiān)控站點(diǎn)也是如此。由于系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信息的逐級(jí)傳輸和系統(tǒng)的逐級(jí)控制，各個(gè)站點(diǎn)又具有獨(dú)立的工作能力，因此系統(tǒng)的靈活性和可靠性將大大提高。同時(shí)這種方式也適合于自來(lái)水行業(yè)現(xiàn)行的管理模式。（2）通信方式SCADA系統(tǒng)一般采用無(wú)線傳輸方式來(lái)完成整個(gè)

25、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，使用的設(shè)備為無(wú)線電臺(tái)。無(wú)線傳輸一般采用主從應(yīng)答方式，即主站利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下達(dá)命令，從站接收到命令后，執(zhí)行相應(yīng)操作，產(chǎn)生回應(yīng)?；貞?yīng)可以為數(shù)據(jù)，也可以為系統(tǒng)信息。如前所述，城市自來(lái)水公司生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）包括：水司控制中心、多個(gè)水廠分控中心、多個(gè)水廠監(jiān)控分站、多個(gè)水源井監(jiān)控站、多個(gè)管網(wǎng)加壓站和多個(gè)管網(wǎng)測(cè)壓站。除一個(gè)水廠內(nèi)各監(jiān)控分站較為集中外，其它監(jiān)控站點(diǎn)均散布在城市的各個(gè)區(qū)域。因此通訊系統(tǒng)應(yīng)考慮城市地形、地貌的影響。正是由于自來(lái)水SCADA系統(tǒng)既有集中，又有分散的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中亦采用劃分區(qū)域、有線無(wú)線結(jié)合的通信策略。具體做法是：以一個(gè)水廠為一個(gè)通信區(qū)域，水

26、廠分控中心為通信控制中心；水廠內(nèi)部各監(jiān)控站點(diǎn)與水廠分控中心采用有線通信方式（RS485），也可以采用無(wú)線通訊方式（電臺(tái)）；水廠管轄下的取水、供水管網(wǎng)監(jiān)控站點(diǎn)與水廠分控中心采用無(wú)線通信方式（電臺(tái)）；水廠分控中心與水司控制中心之間采用聯(lián)網(wǎng)通信方式（微波、光纜、衛(wèi)星、無(wú)線電、租用電話線等）。 圖2.2 SCADA系統(tǒng)通信方式（3）基本組成單元RTU（遠(yuǎn)程測(cè)控終端）是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元，采集、控制和通信是他所具有的基本功能。對(duì)于具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)的企業(yè)，其SAS/SCADA系統(tǒng)的建立，離不開(kāi)承上啟下的RTU產(chǎn)品。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不同，RTU也有不同形式的構(gòu)成與特點(diǎn)。 以城市自來(lái)水公

27、司為例，城市供水綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的SCADA系統(tǒng)，必須具備并且非常重要的一個(gè)功能就是：實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)遍布于全市的自來(lái)水管網(wǎng)的壓力變化情況，另外還可能監(jiān)測(cè)流量、余氯和濁度三個(gè)數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用于管網(wǎng)測(cè)壓的RTU產(chǎn)品就是為此目的而設(shè)計(jì)的。由于管網(wǎng)測(cè)壓工藝簡(jiǎn)單、無(wú)須控制、散布廣泛，因此就要求此類RTU產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。水廠生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，采集控制點(diǎn)較多，因此也需要有功能較為強(qiáng)大RTU產(chǎn)品來(lái)支持。一般來(lái)說(shuō)，此類RTU產(chǎn)品應(yīng)具有多種類型的信號(hào)輸入，具有強(qiáng)大的軟件支持，具有梯形圖、C語(yǔ)言等編程能力，可支持PID等多種控制算法，可實(shí)現(xiàn)有線或無(wú)線通信方式。在很多場(chǎng)合還需要它具有監(jiān)視和

28、操作功能。只有這樣，才能夠滿足不同水廠、不同工藝、不同用戶的要求。下面將以SuperERTU為例說(shuō)明城市供水SCADA系統(tǒng)中監(jiān)控站點(diǎn)的組成。2 監(jiān)控站點(diǎn)組成（1）水廠監(jiān)控分站水廠監(jiān)控分站有：?jiǎn)蜶TU（SRC）、多RTU（SRRC）、多RTU級(jí)連（SRTRC）等多種組成形式。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)實(shí)際情況和用戶要求選擇。單RTU方式（SRC）此種組成方式是：信號(hào)（Signal）RTU分控中心（Center）的結(jié)構(gòu)形式。即監(jiān)控分站的所有采集及控制信號(hào)全部連接到一個(gè)RTU上，再通過(guò)RS485線將采集數(shù)據(jù)傳送到水廠分控中心。監(jiān)控分站的全部采集控制工作由一個(gè)RTU來(lái)完成。其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2.3。優(yōu)點(diǎn)：使用的

29、RTU少。缺點(diǎn)：RTU結(jié)構(gòu)龐大，需要有大量的輸入輸出接口，需要完成大量的采集控制功能；采集控制過(guò)于集中，可靠較性差；需要使用大量的信號(hào)電纜，施工較為困難。此方式適用于規(guī)模較小，采集控制現(xiàn)場(chǎng)距離觀測(cè)室較近，不需要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視的監(jiān)控分站。 圖2.3 水廠監(jiān)控分站 SRC結(jié)構(gòu)圖多RTU方式（SRRC）此種組成方式是：信號(hào)（Signal）多個(gè)RTU分控中心（Center）的結(jié)構(gòu)形式。即對(duì)監(jiān)控分站的采集控制信號(hào)加以分類，并分別連接到不同的RTU上，再通過(guò)RS485線將采集數(shù)據(jù)傳送到水廠分控中心。監(jiān)控分站的采集控制工作由多個(gè)RTU來(lái)完成。其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2.4。優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)RTU的規(guī)模較??；采集控制功能分散到不同的

30、RTU上，可靠性高。缺點(diǎn)：使用的RTU較多；需要使用大量的信號(hào)電纜，施工較為困難。此方式適用于易劃分功能，規(guī)模較小，采集控制現(xiàn)場(chǎng)距離觀測(cè)室較近，不需要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視的監(jiān)控分站。圖2.4 水廠監(jiān)控分站SRRC結(jié)構(gòu)圖當(dāng)水廠監(jiān)控分站與水廠分控中心之間采用無(wú)線方式通信時(shí)，可選擇監(jiān)控區(qū)域內(nèi)某一RTU作為數(shù)據(jù)與電臺(tái)連接，由它提供數(shù)據(jù)通信通道。 在以上各種結(jié)構(gòu)中，觀測(cè)室可以是無(wú)人職守的。（2）供水管網(wǎng)壓力監(jiān)控站分站結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要以管線壓力檢測(cè)為主。檢測(cè)RTU可留有備分檢測(cè)接口，用于流量、余氯和濁度三個(gè)信息的采集。站點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2.5圖2.5供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)分站結(jié)構(gòu)圖 （3）供水管網(wǎng)中途加壓監(jiān)控分站供水管網(wǎng)中途

31、加壓監(jiān)控分站結(jié)構(gòu)與水廠送水泵房監(jiān)控分站結(jié)構(gòu)類似。 (4) 水源井監(jiān)控分站水源井監(jiān)控分站包括采集和控制兩部分內(nèi)容。RTU通過(guò)變送器采集信號(hào)，通過(guò)啟動(dòng)箱控制潛水泵的啟停，通過(guò)三通閥控制水流流向。（二）自來(lái)水SCADA系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)SCADA系統(tǒng)是建立在3C+S(Communication Control Sensor)基礎(chǔ)上。SCADA吸引應(yīng)用的不斷發(fā)展和普及，得益于其基礎(chǔ)技術(shù)3C+S近年來(lái)的快速發(fā)展。全面了解這些基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展，將有利于SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用水平的提高與發(fā)展。1計(jì)算機(jī)技術(shù)近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，功能強(qiáng)大和運(yùn)行速度更快的硬件技術(shù)，不斷更新的視窗操作系統(tǒng)Windows軟件平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)

32、技術(shù)的迅猛發(fā)展，支持著大型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)處理功能，可以承擔(dān)處理大型的控制和信息處任務(wù)。功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得計(jì)算機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，更為構(gòu)建功能強(qiáng)大的SCADA系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。在SCADA系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)主要做Master或調(diào)度中心。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多廠家都推出了機(jī)遇Windows的forSCADA的組態(tài)軟件。如WondWare的InTouch，西門(mén)子公司的WinCC,澳大利亞的CiTech，MEIG D Interlution 公司的FIX等。這些軟件平臺(tái)上可以完成給水調(diào)度相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，提供了于多種PLC或其他智能設(shè)備通訊的驅(qū)動(dòng)程序，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE等功能，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處

33、理，數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)記錄等工作，具有良好的圖形化人機(jī)調(diào)度，節(jié)能降耗提供了盡善盡美的手段。計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能為城市供水的多級(jí)SCADA調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)和水廠生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，供水企業(yè)管理系統(tǒng)的一體化提供了有利的條件。2通訊(Communication)技術(shù)通訊技術(shù)與設(shè)備的選擇是構(gòu)建SCADA系統(tǒng)最豐富多彩的部分，SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，通訊技術(shù)的選擇十分重要。根據(jù)前面提到SCADA系統(tǒng)分為四層，所以，通訊技術(shù)可分為三個(gè)層次：信息與管理層的通訊。這是計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與擴(kuò)展，獲得遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)。將SCADA系統(tǒng)聯(lián)入Internet，不但可以享受公共網(wǎng)絡(luò)的廉價(jià)服務(wù)，而且可以將控制與

34、管理信息漫游到全世界，實(shí)現(xiàn)全球資源共享。控制層的通訊。即控制設(shè)備與計(jì)算機(jī)、或控制設(shè)備之間的通訊。這些通訊多采用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控總線技術(shù)，要根據(jù)控制設(shè)備的選型確定通訊協(xié)議，也要求控制設(shè)備選型盡量統(tǒng)一，以便于維護(hù)管理。設(shè)備底層的通訊。即監(jiān)測(cè)儀表、執(zhí)行設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表、人機(jī)界面等的通訊。底層設(shè)備數(shù)字化，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電流或電壓信號(hào)模擬信號(hào)連接。數(shù)字化設(shè)備之間的通訊多采用串行通訊，如RS232C、RS480、RS422等，而通用串行總線USB(Universal Serial Bus)是近期推出的高效率、即插即用、熱切換的接口通訊協(xié)議，具有良好的應(yīng)用前景。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式，通訊可分為有線通訊和無(wú)線通訊兩大類

35、。選擇不同的傳輸方式，對(duì)通訊可靠性和通訊成本有顯著影響。無(wú)線通訊技術(shù)包括微波通訊、短波通訊、雙向無(wú)線尋呼等，應(yīng)用較多的是超短波200MHz的通訊。當(dāng)前正在發(fā)展的雙向無(wú)線尋呼為構(gòu)成供水SCADA系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)、井群等通訊將會(huì)有十分重要的作用，是一種既可靠又廉價(jià)的通訊手段。有線通訊可以利用公共數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行，或通過(guò)電話、電力線路進(jìn)行載波通訊，但成本非常高，維護(hù)也比較困難，只有在短距離且可靠性要求非常高情況下采用。3控制(Control)技術(shù)控制設(shè)備為SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)，主要指遠(yuǎn)方終端RTU和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控智能裝置，也可以是專用的RTU、智能儀表和智能控制器以及PLC系統(tǒng)等統(tǒng)稱下位控制單元?？刂圃O(shè)備是城市

36、供水管網(wǎng)調(diào)度執(zhí)行系統(tǒng)的重要組成部分，并對(duì)SCADA系統(tǒng)的可靠性和價(jià)格影響相當(dāng)大。目前常用的控制設(shè)備有工控機(jī)(IPC)、遠(yuǎn)方終端(RTU)、可編程邏輯控制器(PLC)、單片機(jī)、智能設(shè)備等多種類型。IPC的軟硬件與普通計(jì)算機(jī)相同，其本質(zhì)還是計(jì)算機(jī)，具有大容量和高速數(shù)據(jù)處理能力，其軟件十分豐富，有理想的界面。目前在供水SCADA系統(tǒng)中應(yīng)用還不多見(jiàn)，但隨著現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化及與控制設(shè)備通訊連接技術(shù)(如USB)的發(fā)展，IPC的應(yīng)用可能會(huì)不斷增加。PLC是嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易安裝、易編程、高可靠性的技術(shù)產(chǎn)品。它提供高質(zhì)量的硬件、高水平的系統(tǒng)軟件平臺(tái)和易學(xué)易懂的應(yīng)用軟件，能與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備方便聯(lián)接，特別適于邏輯控制和計(jì)時(shí)

37、、計(jì)數(shù)等，多數(shù)產(chǎn)品還適用于復(fù)雜計(jì)算和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。PLC -般用于構(gòu)建供水SCADA的調(diào)度執(zhí)行系統(tǒng)，特別是泵站的控制。RTU是介于IPC與PCL之間的產(chǎn)品，它既有IPC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，又具備PLC方便可靠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口，特別是遠(yuǎn)程通訊能力比較強(qiáng)。RTU適于在供水SCADA系統(tǒng)中完成較大型的或遠(yuǎn)程的控制任務(wù)。單片機(jī)是一種廉價(jià)的控制設(shè)備，在追求低成本的情況下，單片機(jī)構(gòu)成供水SCADA系統(tǒng)下位機(jī)已成為主流。單片機(jī)有許多系列，品種豐富，但在使用前都必須經(jīng)過(guò)二次，丌發(fā)，需要邏輯設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、通訊協(xié)議設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)等。單片機(jī)主要用于供水SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集或設(shè)備控制任務(wù)。近年來(lái)的現(xiàn)

38、場(chǎng)總線技術(shù)(FCS)的發(fā)展又為單片機(jī)的應(yīng)用帶來(lái)了良好的前景，如美國(guó)ECHELON公司設(shè)計(jì)的神經(jīng)元芯片，可以解決復(fù)雜的通訊控制任務(wù)，使得控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建得以簡(jiǎn)化，成本也大為降低。4傳感(Sensor)技術(shù)在供水SCADA系統(tǒng)中，為了了解各水廠的工作狀況和供水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，必須安裝著許多傳感器(壓力變送器、流量變送器、電量變送器、水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀表等)，來(lái)完成SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集任務(wù)。傳感器可分為智能型和非智能型兩類。非智能型完成電量的標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)轉(zhuǎn)換和非電量的理化數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)化電量信號(hào)轉(zhuǎn)換。智能型傳感器除完成上述非智能型傳感器的工作之外，還具有上、下限報(bào)警設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、簡(jiǎn)單數(shù)字邏輯控制等功能

39、。最新的智能傳感器大都具有某種現(xiàn)場(chǎng)總線功能，可以與SCADA的上位計(jì)算機(jī)或下位控制單元通訊，構(gòu)成SCADA系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。在城市供水SCADA系統(tǒng)中需要傳感的參數(shù)主要有：壓力、流量、水質(zhì)（包括余氯、濁度、色度、水溫、電導(dǎo)率等）、水位、濕度、電壓、電流、功率、功率因素以及接近丌關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、水位開(kāi)關(guān)、繼電器、變頻調(diào)速器等。傳感器在SCADA系統(tǒng)中的數(shù)量相對(duì)較多，種類也較大。傳感器在各工作現(xiàn)場(chǎng)的布置，特別是供水管網(wǎng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置合理與否，不僅影響SCADA系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用，而且影響系統(tǒng)對(duì)管網(wǎng)的調(diào)度效果以及供水服務(wù)質(zhì)量。因此，傳感器的選擇、可靠性、布置位置，對(duì)SCADA系統(tǒng)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的工作

40、起著至關(guān)重要的作用。（三）城市自來(lái)水SCADA系統(tǒng)的建立1城市自來(lái)水SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則要實(shí)現(xiàn)城市供水“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全”的目標(biāo)并創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，建立的供水SCADA監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)必須具有開(kāi)放性好、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)等的特點(diǎn)。為保證供水SCADA系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，一般遵循下列總體設(shè)計(jì)原則：采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化的計(jì)算機(jī)硬件產(chǎn)品。采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的成熟可靠的軟件產(chǎn)品。軟件要具有良好的模塊化以及標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)接口，便于組成各種規(guī)模的系統(tǒng)及產(chǎn)品和技術(shù)的更新?lián)Q代。采用智能化自控設(shè)備，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞的快速、準(zhǔn)確、有效、完整。2城市自來(lái)水SCAD

41、A系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)城市的供水SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨城市供水特點(diǎn)、城市規(guī)模、企業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件等情況的不同而有所區(qū)別。但一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)SCADA系統(tǒng)由中心控制室、遠(yuǎn)程終端RTU(remove terminal unit)(包括水廠、泵站、管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)閥門(mén)等)、系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.6所示。（1）中心控制室調(diào)度中心主控臺(tái)是系統(tǒng)的控制中心，用無(wú)線通信的方式司各終端組成一對(duì)多點(diǎn)的星型網(wǎng)絡(luò)，兩臺(tái)互為熱備份工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)完成數(shù)據(jù)通信，通過(guò)集線器完成與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)視器可通過(guò)圖形用戶界面GUI(Graphical User Interface)訪問(wèn)SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有的數(shù)

42、據(jù)，并通過(guò)報(bào)表方式最示測(cè)控信息，使用歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)數(shù)據(jù)。利用大屏幕投影儀，應(yīng)用高清晰度的圖形實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)視。所有的報(bào)警事件均能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)在線自動(dòng)打印，并附有時(shí)間標(biāo)簽、報(bào)警原因以及受影響區(qū)域的用戶清單。調(diào)度中心的主要任務(wù)是：實(shí)時(shí)顯示、查詢各泵站的狀態(tài)信息和管網(wǎng)狀態(tài)信息（包括壓力、流量、水質(zhì)等）；對(duì)遠(yuǎn)程控制終端（RTU）進(jìn)行遙控操作，包括控制水泵的開(kāi)啟、變頻調(diào)速工頻的改變、自動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)啟度、水質(zhì)控制設(shè)備等；日常事務(wù)處理。 圖2.6城市自來(lái)水SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（2）遠(yuǎn)程終端（RTU）設(shè)備遠(yuǎn)程終端（RTU）設(shè)備主要包括兩部分內(nèi)容：一是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主要有壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、流量監(jiān)

43、測(cè)設(shè)備和其它設(shè)備狀態(tài)傳感器；一是遠(yuǎn)程控制設(shè)備，主要有變頻器、自動(dòng)閥門(mén)、自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)、水質(zhì)控制設(shè)備以及制水控制設(shè)備等。（3）系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊主要是指RTU(數(shù)據(jù)采集和控制)與中心控制室之間的通訊。目前SCADA系統(tǒng)的通訊方式主要有兩種：有線和無(wú)線。有線網(wǎng)絡(luò)傳送抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，穩(wěn)定性好，但成本高、維護(hù)困難以及靈活性差。無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)靈活又經(jīng)濟(jì)，隨著智能設(shè)備的開(kāi)發(fā)和利用，無(wú)線通訊傳輸方式將成為最主要和最有效的數(shù)據(jù)傳輸控制方式。（4）企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)在企業(yè)內(nèi)部建立個(gè)局域網(wǎng)，使中心控制室和各工作站相聯(lián)，為供水調(diào)度、數(shù)據(jù)查詢、在線監(jiān)控、處理日常事務(wù)等服務(wù)。根據(jù)需要，從邏輯結(jié)構(gòu)上網(wǎng)絡(luò)可分為：供水監(jiān)控與調(diào)度

44、系統(tǒng)；辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS）；地理信息系統(tǒng)(GIS)；業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)等幾大部分。企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)向上可以與Internet相聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)資源共享。3網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（1）概述網(wǎng)絡(luò)是城市供水SCADA系統(tǒng)重要組成部分之一，也是關(guān)鍵的部分，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)合理與否，直接影響到系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可采用客戶機(jī)服務(wù)器模式(Client/Server)，同傳統(tǒng)的文件服務(wù)器和主機(jī)終端模式相比，整個(gè)系統(tǒng)中服務(wù)器和客戶機(jī)的工作負(fù)荷分配合理，大大減少網(wǎng)絡(luò)通信量同時(shí)從網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)看，客戶機(jī)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性與成熟性是比較理想的選擇。網(wǎng)絡(luò)以SWITCH為核心，拓樸結(jié)構(gòu)為星型，并留有In

45、ternet接口。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以服務(wù)器和交換機(jī)為核心構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)信息中心，主干網(wǎng)帶寬為IOOM或更高，子網(wǎng)帶寬為10M或更高。各子系統(tǒng)可分別通過(guò)集線器(HUB)以100M或者更高的帶寬上聯(lián)至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。（2）軟件平臺(tái)服務(wù)器軟件平臺(tái)1）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)選用微軟公司的Windows 2000 Server，它集Windows與其作系統(tǒng)（如UNIX，VMS）的技術(shù)為一體，是客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的高性能、可靠且開(kāi)放的操作系統(tǒng)。 2）選用MS SQL Server7.0作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用于為網(wǎng)絡(luò)前端的各種應(yīng)用提供包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和操作在內(nèi)的各種事務(wù)處理服務(wù)3）郵件服務(wù)器選用MS Exchange Server 6

46、.0工作站軟件平臺(tái) 1）客戶機(jī)操作系統(tǒng)選擇Windows 98/me/2000 Professional/xp中文版。 2）各工作站安裝Office 2000或更高版本的中文軟件，進(jìn)行文字輸入、編輯、制表等辦公自動(dòng)化工作。 3）客戶機(jī)安裝MS Exchange Client軟件和OUTLOOK 2000，瀏覽器選用Internet Explorer 5.0或更高版本。（3）硬件平臺(tái) 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)的核心，所有工作站都共享其上的數(shù)據(jù)。它的性能好壞直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用效果，因此選用一臺(tái)高性能的專用服務(wù)器，其具體型號(hào)要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中連接的工作站點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)確定。推薦選用HP服務(wù)器、IBM服

47、務(wù)器、聯(lián)想服務(wù)器。同型服務(wù)器共二臺(tái)，一臺(tái)作為主域控制器，另一臺(tái)作為備份域控制器。 網(wǎng)絡(luò)管理工作站選用性能較高的商用機(jī)。 CIS工作站選用性能較高的商用機(jī)，用于圖形數(shù)據(jù)的錄入與編輯。 工作站也采用性能較高的商用機(jī)，如聯(lián)想、IBM等。 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，要求有12個(gè)以上lO/l OOM以太網(wǎng)端口，一個(gè)擴(kuò)展端口 一個(gè)互連端口。 網(wǎng)絡(luò)集線器，可選用D-Link集線器。 網(wǎng)卡可選用D-Link的10M網(wǎng)卡。 備份光盤(pán)刻錄機(jī)用于系統(tǒng)備份。 每臺(tái)服務(wù)器配備1000VA的UPS -臺(tái)，每臺(tái)工作站分別配備500VA的LipS一臺(tái)。（4）網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì) (1)容錯(cuò)設(shè)計(jì) Vrfiridows 2000 Server以域管理

48、作為網(wǎng)絡(luò)的管理核心，因此，為了保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，在主域控制器(PDC)之外，設(shè)一個(gè)備份域控制器(BDC)，保證網(wǎng)絡(luò)正常登錄和管理。(2)備份設(shè)計(jì)任何措施的容錯(cuò)技術(shù)都不是萬(wàn)能的，為防止網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓，進(jìn)行數(shù)據(jù)各份，定時(shí)將服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)用光盤(pán)進(jìn)行備份。(3)網(wǎng)絡(luò)防病毒設(shè)計(jì)為了保證網(wǎng)絡(luò)不受侵犯，確保數(shù)據(jù)安全，采取如下措施：服務(wù)器安裝LAN服務(wù)器防病毒軟件：工作站安裝LAN用戶端防病毒軟件。(4)對(duì)用戶訪問(wèn)服務(wù)器權(quán)限限制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理模式采用小組集中管理，系統(tǒng)管理員擁有最高權(quán)限，用戶按工作性質(zhì)分成若干小組，并授予各自負(fù)責(zé)范圍內(nèi)的系統(tǒng)管理權(quán)限：系統(tǒng)管理員對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行以下幾個(gè)方面的控制：入網(wǎng)安全性：控制哪

49、些用戶可以登錄到服務(wù)器并獲取網(wǎng)絡(luò)資源?？刂朴脩舻卿洉r(shí)間和指定工作站：權(quán)限安全性：各用戶及工作組被授予一定權(quán)限，可以訪問(wèn)哪些目錄和文件：屬性安全性：決定一文件或目錄是否可以查看、共享、修改和刪除；服務(wù)器安全性：控制對(duì)服務(wù)器控制臺(tái)許可操作的限制。 4數(shù)據(jù)采集、控制和調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）調(diào)度系統(tǒng)的軟件平臺(tái)早期調(diào)度系統(tǒng)主站軟件多數(shù)在DOS環(huán)境下開(kāi)發(fā)，目前主要以基于WINDOWS平臺(tái)的調(diào)度軟件。WINDOWS環(huán)境能夠提供三種重要且最基本的服務(wù)。一是執(zhí)行基本的輸入輸出功能，負(fù)責(zé)與鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、磁盤(pán)文件和串行通信設(shè)備打交道，其110函數(shù)遠(yuǎn)比DOS豐富。其次是內(nèi)存管理，允許程序動(dòng)態(tài)申請(qǐng)和釋放內(nèi)存

50、。第三是支持多任務(wù)，即允許兩個(gè)或多個(gè)程序共享CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備。因此WINDOWS平臺(tái)具有不同于其它操作環(huán)境的特點(diǎn)，例如：支持多任務(wù)、應(yīng)用程序間具有一致的用戶界面、任務(wù)間可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件交換和文件共享，提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)、對(duì)象的連接和嵌入OLE( Object Linking and Embedding)三種基本的數(shù)據(jù)交換方法。就目前計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，64位基于圖形搶先式多任務(wù)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的應(yīng)用將成為主流。它具備聯(lián)網(wǎng)功能，可配備各種性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)工作站，使計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度和管理成為可能，為以PC機(jī)為基礎(chǔ)的SCADA系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)展前景。其中Microsof

51、t公司推出的Windows NT和Windows 2000應(yīng)為首選軟件運(yùn)行平臺(tái)。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為普遍的三大計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是Novell Net Ware、Windows NT和UNIX作為調(diào)度系統(tǒng)微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，建議采用Novell Net Ware或Windows NT，因在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間可實(shí)現(xiàn)信息交換。在Windows NT和UNIX網(wǎng)上采用的是TCP/IP協(xié)議，而在Novell網(wǎng)上同時(shí)采用IPX/ SPX和TCP/IP協(xié)議。（2）遠(yuǎn)程終端(RTU)的建立1數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程終端(RTU)實(shí)時(shí)地或周期性地從RTU中采集數(shù)據(jù)是SCADA系統(tǒng)的最基本功能。在城市供水調(diào)度系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集幾乎都采用問(wèn)答(Pol

52、ling)運(yùn)行方式。RTU有兩種可選用的響應(yīng)方式：第一種方式是發(fā)送所需點(diǎn)或點(diǎn)集的實(shí)際值或狀態(tài)值。另一種方式是僅發(fā)送前一次查詢請(qǐng)求以來(lái)狀態(tài)發(fā)生過(guò)變化或數(shù)據(jù)值超過(guò)一預(yù)定定義的增量變化范圍的點(diǎn)或點(diǎn)集。調(diào)度系統(tǒng)宣采用第二種方式，此方式的優(yōu)點(diǎn)是減少了主站處理過(guò)程中的時(shí)間。通信線路的平均負(fù)荷也比第一種方式要小。數(shù)據(jù)采集功能具體要求應(yīng)包括：能對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)，RTU遠(yuǎn)程組態(tài)，校核因傳送所引進(jìn)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，能進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，提供自動(dòng)補(bǔ)漏數(shù)據(jù)的措施，自動(dòng)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)。(1)管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端城市管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端要求采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。主要功能技術(shù)指標(biāo)如下：可以15min為間隔定點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，從00：00丌始至

53、23：45結(jié)束。內(nèi)存容量應(yīng)當(dāng)可保留三天內(nèi)數(shù)據(jù)，采用電池后備；RS232通信接口，通信速率1200 bps通信協(xié)議支持無(wú)線網(wǎng)：模擬量分辨率8位，一路差分兩路單端輸入，帶有雷擊防護(hù)；平均故障間隔時(shí)間MTBF(Mean Time Between Failure)10000 h。對(duì)于加壓站、井群應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，須有管網(wǎng)終端擴(kuò)展參數(shù)輸入和遙控輸出功能。(2)水廠數(shù)據(jù)采集終端水廠終端監(jiān)測(cè)的對(duì)象是物理原始數(shù)據(jù)，變化比較緩慢，但數(shù)據(jù)量比較龐大，且分布廣泛。有兩種應(yīng)用方案：一種是采用集中式結(jié)構(gòu)，另一種是集散式結(jié)構(gòu)。集中式結(jié)構(gòu)終端主要功能技術(shù)指標(biāo)是：a以30 min為問(wèn)隔定點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，從oo：00開(kāi)始至23：30結(jié)束。

54、內(nèi)存容量應(yīng)當(dāng)可保留三天內(nèi)數(shù)據(jù)，采用電池后備：bRS232通信接口通信速率1200 bps，通信協(xié)議支持無(wú)線網(wǎng)；c模擬量分辨率8位，輸入通道16路差分(32路單端)輸入，帶光電隔離、雷擊防護(hù)：d脈沖量輸入通道16路輸入，帶有光電隔離、雷擊防護(hù)；e開(kāi)關(guān)量輸入通道16路輸入，帶有光電隔離、雷擊防護(hù)；f開(kāi)關(guān)量輸出通道4路，帶有光電隔離、雷擊防護(hù)：gMTBFlOOOOh。集散式結(jié)構(gòu)終端主要功能技術(shù)指標(biāo)如下：a全圖形化WINDOWS人機(jī)界面，帶有實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核；b具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)顯示、背景圖形、數(shù)據(jù)處理、報(bào)表、通信方式、用戶授權(quán)等各個(gè)功能的組態(tài)：系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)可以動(dòng)態(tài)交換；c以30min為間隔定點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，從00：00開(kāi)始至23：30結(jié)束。可保留一年內(nèi)數(shù)據(jù)；d。RS232通信接口，通信速率1200bps通信協(xié)議支持CAN或LON等現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，帶光電隔離、雷擊防護(hù)：支持NOVELL、NT網(wǎng)絡(luò)。2控制遠(yuǎn)程終端(RTU)控制遠(yuǎn)程終端(RTU)是指操作遠(yuǎn)距離設(shè)備運(yùn)行的執(zhí)行設(shè)備。這個(gè)過(guò)程包括：被控設(shè)備的選擇以及執(zhí)行操作指令。正確的選擇和操作是供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度和供水安全的關(guān)鍵。因此需采用選擇一確認(rèn)選擇一操作前校核的操作步驟?？刂七h(yuǎn)程終端(RTU)主要包括：自動(dòng)閥門(mén)、水質(zhì)控制設(shè)備、水泵站（一泵站、二泵站及加壓泵站）等。(1)泵站