1  概述

    SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統即數據采集與監視控制系統，是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對遠方的運行設備進行監視和控制，以實現遠程控制、遠程測量、遠程信號和遠程調節等各項功能。
    供水企業的SCADA系統通常由企業生產調度指揮中心、水廠測控站、管網RTU、有線/無線通信系統等構成；在自來水企業的產、供、銷和企業管理等幾大信息化塊中，SCADA對下采集生產過程和管網供水的實時數據，并進行遙控遙調，將生產和供水的信息傳到企業MIS（計算機內部管理信息系統）中供公司領導決策參考，因此，供水SCADA就構成了城市自來水企業生產自動化和管理信息化的核心系統。

2  系統結構

    該SCADA系統由數據監測中心（位于公司調度室）和6套基于S7-300的遠程測控終端（RTU）組成，通訊組網方式為無線。6套遠程測控終端分別設置在兩個水源地和4個管網測壓點。
中心調度室設兩臺上位計算機，冷備方式。兩臺計算機安裝相同的應用軟件（數據監測軟件、電話錄音軟件等），當一臺計算機故障時，另一臺計算機由人工投入。考慮到系統的擴展性、靈活性以及以后與公司的MIS系統相連，這兩臺計算機通過集線器組成星型以太網，在集線器上留有足夠的端口以備將來和其它計算機或系統連接。

圖1  系統框圖

說明：1#至6#監測點分別代表兩個水源地和4個管網測壓點。

2.3  硬件系統

(1)  中心調度室
    中心調度室硬件包括上位數據監測系統硬件、電話錄音系統硬件以及其它輔助設備等組成。
?  上位數據監測：
    兩臺計算機冷備配置。考慮到監測系統的可靠性和靈活性，在上位計算機與各監測點RTU之間設一中心站。該中心站由一臺S7-300 PLC和數傳電臺、電臺電源、饋線及天線組成，數傳電臺不直接與計算機相連，而是連在PLC上，PLC與上位計算機用通訊口連接。這樣做的好處是：(1) 將底層的數據采集與上層的數據監視分隔開，使系統各部分之間相對獨立，提高系統的可靠性；(2) 利于擴展，組態靈活。當需要修改上位機數據監測軟件或增刪系統站點時，只需對中心站PLC組態既可，而不必修改數據監測點的軟件，從而最大限度地保證了系統的擴展性和靈活性。
?  電話錄音系統：
    配置一塊電話錄音卡（PCI接口，即插即用），基本配置為4路，最大可擴充到128路。
?  輔助設備：
    設一臺打印機用于打印報表及其它文件，一臺外置式刻錄機用于備分歷史數據文件。不間斷電源（UPS）用來給計算機及其它輔助設備供電，保證在市電故障的情況下計算機及輔助設備能正常工作。在中心調度室放置一調度用工作臺，除計算機顯示器等必須放在桌面外，其余設備均可放在工作臺內，保證室內的整潔。

(2)  監測點
    監測點由S7-300 PLC（包括相應的I/O卡）、數傳電臺、電臺電源、饋線及天線、現場測量儀表等組成。每個監測點除I/O點數和儀表不一樣外，其余均相同。見“系統框圖”。
    現場測量儀表將被測信號（水位、壓力、余氯、流量等）轉換成標準的4~20mA標準電信號送給PLC，PLC將這些模擬量數據和其它開關量數據處理后，通過數傳電臺傳到中心調度室。

2.4   軟件系統

(1)  中心調度室
    中心調度室包括以下軟件：
?  操作系統平臺：選用當今流行的主流操作系統WINDOWS 2000。
?  上位數據監測組態軟件平臺：綜合價格和性能兩個因素考慮，選用北京三維力控科技有限公司的工控組態軟件力
2.6（通用監控版）。力控是一個面向方案的HMI/SCADA平臺軟件，具有全面的開放性。它基于流行的32位WINDOWS平臺，豐富的I/O驅動能夠連接到各種現場設備。分布式實時數據庫系統，可提供訪問工廠和企業系統數據的一個公共入口。內置TCP/IP協議的網絡服務程序，可以充分利用Intranet或Internet的網絡資源。

它具有以下特點：
    (1) 數據庫。內置實時數據庫管理器，全屏瀏覽編輯，使組態過程更加方便、靈活、高效；
    (2) 報表。自由式萬能報表功能，可以創建出任意類型的報表，并在報表上顯示、打印任意點的實時數據及任意時刻的歷史數據；
    (3) 內置數據表。具備標準關系數據庫所具有的基本特征和功能，免去在向管理信息系統延伸時必須捆綁各種關系數據庫所帶來的麻煩；
    (4) 圖形。具有漸進色、立體風格，內置豐富的圖庫，任意拖拽不變形；
    (5) 腳本。類BASIC腳本語言，支持分支、循環、多分支等程序結構，具有數據改變、條件、鼠標/鍵盤、進入/退出、計時/定時等多樣的程序觸發方式，提供SQL查詢、設備操作、數學運算、系統信息、配方管理、字符串操作、WINDOWS控件、內置數據表等豐富的腳本函數；
    (6) 通信。全面支持OLE、ActiveX、DDE，完整的OPC Client，標準的SQL/ODBC API接口。
?  上位數據監測運行軟件：
    哈爾濱金晟實業有限公司將根據用戶需要，在力控2.6平臺上開發滿足用戶要求的數據監測運行軟件。
?  優化調度決策支持軟件：
    該軟件根據各種生產數據（出水泵工況、管網壓力、管網閥門啟閉歷史等），建立供水調度數學模型，計算出一個最佳調度方案提供給調度人員；根據歷史管網壓力數據，輔助計算供水管網平差，為供水管網改造、優化提供決策支持。
?  電話錄音軟件：
    用于對外來電話進行錄音、備份、檢索等。
?  中心站PLC應用軟件：
    該軟件負責與各現場監測點的RTU進行通訊，接收現場的數據，處理后傳到上位計算機，并同時接受上位計算機的各種指令。

(2)  監測點
    監測點軟件是各RTU中PLC的應用軟件，主要完成現場數據采集與處理，與中心調度室中心站通訊的任務。

3  系統功能描述

3.1  系統安全
    上位數據監測軟件可設多級口令保護，系統分三個等級登錄：系統維護員、調度主任、調度員。按用戶要求，給不同等級登錄的人員授予不同的權限。只有被授權的登錄用戶才能看到相應的數據和畫面。

3.2  實時遙測、遙信
    本系統對水源地和測壓點數據進行遙測。數據種類分為模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出和脈沖量輸入五種，這些數據包括水源地和測壓點上的壓力信號、水源地的水位、泵出口壓力、出水余氯、出水流量、泵狀態等。RTU將現場采集到的數據通過無線的方式上傳到中心調度室。
    系統的巡檢時間以每個站3秒按6個站計算，最小為18秒。站與站之間的巡檢間隔和系統總巡檢時間可在計算機畫面上人為設定。

3.3  數據顯示及分析
    中心調度室的上位數據監測計算機將獲得的各類靜態信息與動態數據經分析、加工、整理以直觀、動態的形式顯示在畫面上，配以逼真的工藝流程圖，使顯示畫面更加形象，操作人員能快速、準確、直觀地了解現場工藝流程情況，為更好地調度管網運行提供保障。

3.4  歷史數據的存儲、檢索、查詢及分析
    根據用戶要求及系統需要，可對任一數據進行記錄、檢索、查詢及分析。當歷史數據庫需要備份和歸檔時，可通過外置式光盤刻錄機實現。

3.5  報表顯示及打印
    系統可生成滿足用戶需要的各種生產情況的日月年報表，既可定時自動打印，也可以手動隨時打印。

3.6  報警及分析

    (1)  報警
    系統可對水源地的機泵運行故障或異常、測壓點壓力超限或不足等及時報警。報警信號采用主動上報方式，優先級最高。

    (2)  報警信息分析
    報警出現時總是伴隨著系統異常。對于不同的報警信息，系統能給出相應的分析（前提是必須要采集足夠多的數據）。
?  機泵故障或異常：熱保護繼電器動作，電壓、電流不足或過載。
?  管網壓力超限或不足：管網中某一處出現爆管或泄露會導致管網壓力迅速下降，若和管網GIS系統（地理信息系統）結合，可分析判斷出具體的爆管或泄露位置，從而確定出需要關閉的閥門。當用戶用水量減少時，會導致管網壓力升高，這時可關閉幾臺機泵使壓力恢復正常。

3.7  電話錄音
    (1)  可實時監聽每一條線路的通話內容，并可實時調節音量；
    (2)  可以根據任意給定的條件對錄音、備份資料進行快速、簡潔的回放查聽；
    (3)  多個用戶可以在多臺電腦使用聲卡對錄音資料根據任意給定條件進行回放查聽與備份；
    (4)  系統具有自動同步雙備份功能，也可以通過系統手工備份到用戶想要保存的目錄或磁帶轉錄；
    (5)  以完整的檢測并記錄所有外撥電話號碼與來電顯示號碼；
    (6)  強大的電話管理功能，可以對所有的撥入、撥出電話進行清單列表、打印、匯總、分組等；
    (7)  系統具有自動增益功能，可以自動調節通話雙方的音量，而不至于聲音太小；
    (8)  所有談話內容錄為WINDOWS WAV格式，可以在任意WINDOWS電腦中播放；
    (9)  可以設置多達6個盤（可以是硬盤、分區或網絡映射盤）自動循環錄音；
    (10)  錄音啟動方式靈活，具有壓控、鍵控、聲控三種啟動方式；
    (11)  錄音起始時間可以靈活設置，可以是一段時間內錄音，也可以是每天24小時錄音；
    (12)  提供多種壓縮率， 20G的硬盤最多可以保存3500多個小時；
    (13)  線路適用于電話外線、分機內線、ISDN引出的模擬線、無線對講機的音頻輸出線等；
    (14)  當系統的硬盤將滿時，系統將自動清除最先錄音的資料，以保證系統可以常年不間斷運行；
    (15)  方向判別。可以判別出呼叫方向，如呼入還是撥出；
    (16)  系統具有18種權限，可以滿足不同的需要；
    (17)  報警功能。當系統出現異常時（斷線等），系統會通過屏幕提示報警；
    (18)  系統具有完整的操作日志，可以記錄對系統的所有操作。

3.8  網絡功能
    如果需要，系統還可升級為支持Web功能、面向Intranet/Internet的應用系統。現場實時數據送到Web服務器上，以網頁的形式發布，客戶端只要安裝瀏覽器軟件（如IE）便可瀏覽相應數據，實現生產調度數據在企業范圍內的共享。

4  SCADA系統的應用前景

    SCADA系統具有功能強大、運行穩定、良好的擴展性、傳輸距離遠等優點，已廣泛的應用于石油、化工、電力、水利、環保等行業。迅速發展的計算機技術又為SCADA系統新增加不少功能。我國的SCADA系統從上世紀80年代初開始起步，80年代中期微機及無線通訊在生產調度中產生實效，至今已有很大的發展。但在地區和行業中發展極不平衡，已運行的SCADA系統在行業中占的比重甚少，與發達國家還有很大的差距。因此優化經濟調度的SCADA系統越來越受到各行各業的重視。