【文章內(nèi)容簡介】 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，但隨著現(xiàn)場設(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)場設(shè)備方便聯(lián)接，特別適于邏輯控制和計(jì)時(shí)、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)。近年來的現(xiàn)場總線技術(shù)(FCS)的發(fā)展又為單片機(jī)的應(yīng)用帶來了良好的前景，如美國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)測儀表等)，來完成SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)的現(xiàn)場數(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、簡單數(shù)字邏輯控制等功能。最新的智能傳感器大都具有某種現(xiàn)場總線功能，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)、限位開關(guān)、水位開關(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)場的布置，特別是供水管網(wǎng)中監(jiān)測點(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)長期、穩(wěn)定、可靠的工作起著至關(guān)重要的作用。（三）城市自來水SCADA系統(tǒng)的建立1城市自來水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：①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。②采用符合國際標(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。⑧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城市自來水SCADA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。但一般來說，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、自動(dòng)閥門等)、系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)組成。（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，通過集線器完成與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)視器可通過圖形用戶界面GUI(Graphical User Interface)訪問SCADA數(shù)據(jù)庫中的所有的數(shù)據(jù)，并通過報(bào)表方式最示測控信息，使用歷史數(shù)據(jù)和趨勢數(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：①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）；②對(duì)遠(yuǎn)程控制終端（RTU）進(jìn)行遙控操作，包括控制水泵的開啟、變頻調(diào)速工頻的改變、自動(dòng)閥門的開啟度、水質(zhì)控制設(shè)備等；③日常事務(wù)處理。 （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)測設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、流量監(jiān)測設(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、自動(dòng)切換開關(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。無線通訊網(wǎng)絡(luò)靈活又經(jīng)濟(jì)，隨著智能設(shè)備的開發(fā)和利用，無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)庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢看，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Internet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)①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、可靠且開放的操作系統(tǒng)。 2）選用MS SQL ，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 ②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 。（3）硬件平臺(tái) ①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)來確定。推薦選用HP服務(wù)器、IBM服務(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。 ②網(wǎng)絡(luò)管理工作站選用性能較高的商用機(jī)。 ③CIS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。 ④工作站也采用性能較高的商用機(jī)，如聯(lián)想、IBM等。 ⑤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。 ⑥網(wǎng)絡(luò)集線器，可選用DLink集線器。 ⑦網(wǎng)卡可選用DLink的10M網(wǎng)卡。 ⑧備份光盤刻錄機(jī)用于系統(tǒng)備份。 ⑨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：①服務(wù)器安裝LAN服務(wù)器防病毒軟件：②工作站安裝LAN用戶端防病毒軟件。(4)對(duì)用戶訪問服務(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：①入網(wǎng)安全性：控制哪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：②權(quán)限安全性：各用戶及工作組被授予一定權(quán)限，可以訪問哪些目錄和文件：③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；④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、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、磁盤文件和串行通信設(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。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Microsoft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)采集幾乎都采用問答(Polling)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)求以來狀態(tài)發(fā)生過變化或數(shù)據(jù)值超過一預(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)被測目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，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：①可以15min為間隔定點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，從00：00丌始至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；②RS232通信接口，通信速率≥1200 bps通信協(xié)議支持無線網(wǎng)：③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)；④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，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)。①集中式結(jié)構(gòu)終端主要功能技術(shù)指標(biāo)是：a．以30 min為問隔定點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，從oo：00開始至23：30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：b．RS232通信接口通信速率≥1200 bps，通信協(xié)議支持無線網(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．開關(guān)量輸入通道≥16路輸入，帶有光電隔離、雷擊防護(hù)；f．開關(guān)量輸出通道≥4路，帶有光電隔離、雷擊防護(hù)：g．MTBF≥lOOOOh。②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開始至23：30結(jié)束?？杀Ａ粢荒陜?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)場總線協(xié)