【正文】 來水的供需平衡，并將自來水輸送至各供應(yīng)點(diǎn)。(2)自來水輸送的調(diào)度管理安全性、可靠性。其原則和技術(shù)措施如下:采用client/server結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、易于擴(kuò)充。關(guān)鍵設(shè)備和場所采用冗余設(shè)計(jì)，確保自來水輸配管網(wǎng)安全可靠的運(yùn)行。系統(tǒng)的管理與操作既可在控制中心實(shí)現(xiàn)，又可在現(xiàn)場直接操作，確保系統(tǒng)具有優(yōu)秀安全的可控性能。(3)方案設(shè)計(jì)采用有效的系統(tǒng)容錯(cuò)功能，確保系統(tǒng)在高度可靠的前提下運(yùn)行，杜絕管網(wǎng)出現(xiàn)失控狀態(tài)。（三）系統(tǒng)構(gòu)成及功能描述1 控制中心 (1) 功能描述控制中心主要是對整個(gè)自來水管網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度并對工藝對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及對工藝過程和重要設(shè)備進(jìn)行控制，制定輸送計(jì)劃、計(jì)量管理等。控制中心的操作人員通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作員工作站所提供的各站工藝過程的壓力、溫度、流量、液位信號及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，完成對整個(gè)輸配管網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)控和調(diào)度管理。系統(tǒng)具有靈活、易于學(xué)習(xí)和操作的人機(jī)界面，開放型的歷史數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使其在投產(chǎn)后能夠提供給用戶一個(gè)良好的開發(fā)及使用環(huán)境，其主要功能如下:工藝流程的動(dòng)態(tài)顯示。下達(dá)調(diào)度和操作命令。報(bào)警顯示、管理以及事件的查詢、打印。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、歸檔、管理以及趨勢顯示。歷史數(shù)據(jù)的管理、存貯。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成和打印。流量計(jì)算、管理。控制權(quán)限的確定。實(shí)現(xiàn)與企業(yè)信息管理系統(tǒng)(MIS)、ERP、等系統(tǒng)的連接和數(shù)據(jù)交換。實(shí)現(xiàn)與上級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信及數(shù)據(jù)共享。 (2) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備配置控制中心是自來水輸配管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的控制中樞，整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)最集中的地方，也是被認(rèn)為安全性要求最高的地方，該系統(tǒng)的方案充分考慮了這一要求。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按C/S結(jié)構(gòu)配置，操作員工作站均作為局域網(wǎng)上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，共享服務(wù)器的資源。(SCADA)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖控制中心經(jīng)硬件防火墻、網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備接入移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)與水廠分控中心、管網(wǎng)測壓站、管網(wǎng)加壓站和水源井監(jiān)控站的RTU控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連，構(gòu)成SCADA系統(tǒng)的無線GPRS通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊協(xié)議采用工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP，通訊接口為RJ45。SCADA實(shí)時(shí)服務(wù)器SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器是上位監(jiān)控軟件Wincc服務(wù)器端的運(yùn)行平臺(tái)，負(fù)責(zé)處理、存儲(chǔ)、管理從輸配管網(wǎng)各站點(diǎn)控制系統(tǒng)傳送來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)又為網(wǎng)絡(luò)中的其它服務(wù)器和工作站提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。作為控制網(wǎng)絡(luò)上的I/O Server、Alarm Server、Trend Server、Report Server，SCADA實(shí)時(shí)服務(wù)器是本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，它將擔(dān)負(fù)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集散地，因此具有十分重要的地位。SCADA實(shí)時(shí)服務(wù)器采用中文版Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，安裝運(yùn)行德國西門子公司的著名上位監(jiān)控軟件Wincc ，軟件注冊點(diǎn)數(shù)為64K點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是整個(gè)SCADA系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，也是數(shù)據(jù)庫管理軟件的運(yùn)行平臺(tái)。本方案采用微軟公司的大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2000作為SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要任務(wù)是完成SCADA系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理，并向網(wǎng)絡(luò)中的工作站和上層信息管理系統(tǒng)(MIS、ERP)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，它提供與其他系統(tǒng)連接的標(biāo)準(zhǔn)軟件接口(如SQL、OLE DB、ODBC)和硬件接口。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上運(yùn)行中文版Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，安裝運(yùn)行中文版Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫管理軟件。歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為一個(gè)數(shù)據(jù)源存在，其重要性在系統(tǒng)中不言而喻，為保證數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的安全，本方案采用專門的企業(yè)級數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，該服務(wù)器具備優(yōu)良的處理性能和可靠性能。操作員工作站操作員工作站是操作員與控制中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)接口，它在控制中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中作為客戶機(jī)，操作員通過它可以詳細(xì)了解有關(guān)自來水輸配管網(wǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并下達(dá)調(diào)度控制指令。操作員工作站通過以太網(wǎng)與SCADA服務(wù)器互連并交換信息。系統(tǒng)中配置3臺(tái)操作員工作站，選用Dell OptiPlex系列工作站。打印機(jī)控制中心配備1臺(tái)高速激光打印機(jī)，選用HP公司LJ5100系列，直接聯(lián)接在網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)中的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)均可通過網(wǎng)絡(luò)訪問打印機(jī)。網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備包括交換機(jī)、路由器、防火墻等設(shè)備。這些設(shè)備對于保障控制中心內(nèi)部局域網(wǎng)和控制中心與外部網(wǎng)絡(luò)間的正常通訊起著關(guān)鍵性的作用。為保證控制中心局域網(wǎng)絡(luò)的高速、穩(wěn)定、可靠的通信，本方案采用帶有千兆上行鏈路的3Com SuperStack 3 Baseline 10/100交換機(jī)作為調(diào)度控制中心的局域網(wǎng)的交換設(shè)備。該交換機(jī)提供24個(gè)10/100端口和2個(gè)10/100/1000上行鏈路端口，交換機(jī)的所有端口上提供完全無阻塞性能、自動(dòng)協(xié)商功能、IEEE 。它使用方便，可實(shí)現(xiàn)即插即用操作，采用先進(jìn)的交換特性，可輕松地適應(yīng)大規(guī)模企業(yè)局域網(wǎng)的需要，同時(shí)將千兆技術(shù)集成到網(wǎng)絡(luò)中。為保證控制中心網(wǎng)絡(luò)的信息與數(shù)據(jù)安全性，方案中在控制中心配置一套硬件防火墻用來隔離中心網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)。選用美國NetScreen公司的防火墻產(chǎn)品來提供一套完整的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案，該防火墻具有獨(dú)特的專用集成電路(ASIC)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并且集成了實(shí)施監(jiān)控、VPN和流量管理功能，它采用的許多專用及獨(dú)到的技術(shù)可滿足網(wǎng)速提升和應(yīng)用的需求。2 遠(yuǎn)程站點(diǎn)所有遠(yuǎn)程站點(diǎn)均裝有獨(dú)立的DRD2型 RTU控制系統(tǒng)，就地的RTU控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不會(huì)防礙控制中心與其它場站通訊。正常情況，遠(yuǎn)程站點(diǎn)的RTU控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，并通過通信系統(tǒng)與控制中心建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。當(dāng)通訊出現(xiàn)故障時(shí)，RTU控制系統(tǒng)將保持現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)行狀態(tài)，并存儲(chǔ)所有的數(shù)據(jù)。所有存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均帶有時(shí)間標(biāo)簽。通訊恢復(fù)后，DRD2型 RTU控制系統(tǒng)將自動(dòng)上傳這些數(shù)據(jù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。3 GPRS無線通訊系統(tǒng)由于監(jiān)控站點(diǎn)均散布在城市的各個(gè)區(qū)域，采用有線方式傳送現(xiàn)場數(shù)據(jù)的難度很大，而GPRS網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面廣、通訊速率高、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢，因此該系統(tǒng)采用GPRS無線通訊方式。GPRS(General Packet Radio Service)是中國移動(dòng)推出的通用無線分組業(yè)務(wù)，提供端對端的、廣域的無線IP連接，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、實(shí)時(shí)在線、按流量計(jì)費(fèi)、高速傳輸(最高可達(dá)115kbps)等特點(diǎn)。，某自來水公司的服務(wù)器通過專線連接到中國移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)，擁有固定IP地址，現(xiàn)場RTU采用GPRS方式與中國移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)相連，采集數(shù)據(jù)并直接與自來水公司的服務(wù)器通訊，完成數(shù)據(jù)傳送。這里介紹的方案是采用內(nèi)置的GPRS通訊模塊的RTU來完成調(diào)壓站的數(shù)據(jù)采集，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至控制中心的前置處理器。數(shù)據(jù)傳輸是雙向、實(shí)時(shí)的。通訊協(xié)議為具有國際通用性、開放性的TCP/IP協(xié)議?？刂浦行耐ㄟ^一條2m專線接入移動(dòng)公司GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，雙方互連路由器之間采用私有IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。移動(dòng)公司為客戶分配專門的APN，實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)連接。所有GPRS終端均在一個(gè)專網(wǎng)內(nèi)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、時(shí)延小、安全性高。 無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖4 SCADA系統(tǒng)軟件系統(tǒng)所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)均采用Microsoft Windows 2000中文版操作系統(tǒng)軟件，上位監(jiān)控軟件采用德國西門子公司的Wincc軟件平臺(tái)。歷史數(shù)據(jù)庫采用中文版Microsoft SQL Server 2000軟件。(1) 操作系統(tǒng)軟件Windows 2000中文版操作系統(tǒng)軟件提供了一個(gè)快速、高效的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前廣泛應(yīng)用的操作系統(tǒng)平臺(tái)。服務(wù)器采用中文版Windows 2000操作系統(tǒng)軟件，各工作站采用中文版 Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)軟件。(2) Wincc SCADA軟件平臺(tái)上位機(jī)監(jiān)控軟件采用德國西門子公司的Wincc軟件平臺(tái)。Wincc作為西門子公司享譽(yù)世界的工業(yè)自動(dòng)化軟件，在各工業(yè)過程控制領(lǐng)域發(fā)揮其自身的作用。Wincc可通過優(yōu)化工廠操作降低成本。Wincc具有全開放式結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有靈活性、可靠性、伸縮性以及快速安裝和易于管理的性能。Wincc的組態(tài)及歸檔數(shù)據(jù)存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)可用標(biāo)準(zhǔn)工具如ODBC和SQL等讀出。很多標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用如Microsoft_Excel等可以和Wincc并行運(yùn)行，同時(shí)可通過DDE裝載過程數(shù)據(jù)。5 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)服務(wù)器中，由上位監(jiān)控軟件Wincc來管理，歷史數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，歷史數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Microsoft公司的SQL Server 2000軟件。（四）訪問和保護(hù)信息系統(tǒng)安全1 上位監(jiān)控系統(tǒng)安全策略SCADA系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的安全策略利用了Windows 2000操作系統(tǒng)和Wincc應(yīng)用程序的雙重安全功能，Windows 2000在操作系統(tǒng)的層面上管理操作員用戶或網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)管理人員的登錄，而Wincc通過設(shè)置用戶權(quán)限方法在應(yīng)用程序?qū)用鎸Σ僮鲉T的操作權(quán)限進(jìn)行控制，保證正常操作，禁止越權(quán)。數(shù)據(jù)庫的安全性對于企業(yè)來說至關(guān)重要，本系統(tǒng)中所指的安全性主要是指只允許具有數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的用戶登錄SQL Server，并訪問數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)庫對象實(shí)施各種權(quán)限范圍內(nèi)的操作，同時(shí)要拒絕所有的非授權(quán)用戶的非法操作。SQL Server 2000的安全性管理是建立在認(rèn)證(Authentication)和訪問許可(Permission)兩者機(jī)制上的，是指來確定登錄SQL Server的用戶的登錄帳號和密碼是否正確，并以此來驗(yàn)證其是否具有連接SQL Server的權(quán)限，但是通過認(rèn)證并不代表能夠訪問SQL Server中的數(shù)據(jù)，用戶只有在獲取訪問數(shù)據(jù)庫的權(quán)限后才能夠?qū)Ψ?wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)限許可下的各種操作，這種用戶訪問數(shù)據(jù)庫權(quán)限的設(shè)置是通過用戶帳號來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)在SQL Server中角色替代了用戶組將大大簡化安全性管理。2 網(wǎng)絡(luò)信息安全策略網(wǎng)絡(luò)信息安全是保障SCADA系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)重要條件，必須基于以下幾方面的考慮:(1) 身份驗(yàn)證身份驗(yàn)證負(fù)責(zé)確認(rèn)申請網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的人，對用戶進(jìn)行驗(yàn)證。為了得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，用戶必須輸入網(wǎng)絡(luò)登陸ID和密碼，以供安全服務(wù)器進(jìn)行身份驗(yàn)證。(2) 授權(quán)身份驗(yàn)證可確定該用戶是否具有訪問網(wǎng)絡(luò)資源的資格，而授權(quán)規(guī)定了訪問資源后該用戶的操作權(quán)限。授權(quán)對于不同的用戶是不同的，這取決于用戶的工作職責(zé)。(3) 審核為了有效地分析網(wǎng)絡(luò)的安全性并且對安全事件做出響應(yīng)，本系統(tǒng)采取有效的方式進(jìn)行采集網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)數(shù)據(jù)。審核數(shù)據(jù)包括用戶所做的試圖通過身份驗(yàn)證和獲得授權(quán)的嘗試，同時(shí)還包括對用戶所作的改變訪問權(quán)限嘗試的記錄，并且審核日志中的所有數(shù)據(jù)均帶有時(shí)間標(biāo)簽。(4) 數(shù)據(jù)加密加密是一個(gè)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的過程，目的是為了防止目標(biāo)接受權(quán)限以外的用戶讀取數(shù)據(jù)。加密設(shè)備在把數(shù)據(jù)放入網(wǎng)絡(luò)之前先對其進(jìn)行加密，解密設(shè)備則在把數(shù)據(jù)傳送到應(yīng)用程序之前先對其進(jìn)行解密。路由器、服務(wù)器及終端設(shè)備均可以作為加密和解密設(shè)備。SCADA軟件本身采用專門的工業(yè)通訊協(xié)議，具有解密、加密功能。加密是一個(gè)非常有效的安全部件，它提供了數(shù)據(jù)的保密性，同時(shí)也可以用來確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送者的身份。(5) 數(shù)據(jù)過濾包在路由器和交換機(jī)上建立數(shù)據(jù)包過濾器，從而接受或拒絕來自特定地址或服務(wù)器的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包過濾器擴(kuò)充了身份驗(yàn)證和授權(quán)的機(jī)制，能夠保護(hù)網(wǎng)絡(luò)資源免受越權(quán)使用、盜用、破壞和服務(wù)攻擊。(6) 防火墻防火墻是在兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊界處用來加強(qiáng)安全策略的一個(gè)系統(tǒng)或若干系統(tǒng)的組合。本系統(tǒng)在控制中心與電信公網(wǎng)的入口配置NetScreen硬件防火墻以保證網(wǎng)絡(luò)安全。(7) 入侵檢測入侵檢測是指對網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和對數(shù)據(jù)的分析，以發(fā)現(xiàn)潛在的薄弱環(huán)節(jié)和正在進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)攻擊。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，授權(quán)用戶在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的越權(quán)操作可被實(shí)時(shí)地檢測到并立即被阻止。對于企圖闖入網(wǎng)絡(luò)的外部入侵也可采用同樣的方式處理。（五）結(jié)束語本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案特別適合大型的自來水管網(wǎng)或天然氣管網(wǎng)輸配的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)。由于監(jiān)控站點(diǎn)均散布在城市的各個(gè)區(qū)域，有線方式傳送現(xiàn)場數(shù)據(jù)的難度大，因此大都采用GPRS網(wǎng)絡(luò)無線通訊方式，具有覆蓋面廣、通訊速率高、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢。
結(jié)論論文主要對城市自來水SCADA系統(tǒng)進(jìn)行了解，分析研究 ，到最后的設(shè)計(jì) 。在先了解認(rèn)識(shí)了自來水的SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，再通過一些質(zhì)料文獻(xiàn)的幫助下，進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究和探討 ，在設(shè)計(jì)方面根據(jù)自身的認(rèn)識(shí)和參照文獻(xiàn)的情況下，力爭使方案設(shè)計(jì)具有一定的先進(jìn)性，實(shí)用性 和社會(huì)意義由于SCADA系統(tǒng)的復(fù)雜性，供水SCADA設(shè)計(jì)是一個(gè)大型、多元、多約束、復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題。 該課題涉及水利、信息管理、計(jì)算機(jī)控制、信息通信等多個(gè)學(xué)科，并且數(shù)目龐大的約束方?jīng)Q定了給水 。SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量大，因此在各個(gè)方面可進(jìn)一步改進(jìn)。 最后，本文實(shí)證分析所需的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)必須來自一手資料，但由于時(shí)間、人力和物力等各方面的限制，這些數(shù)據(jù)的獲得沒有完全按照規(guī)范進(jìn)行操作，這決定了其最終的評價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況可能有一定的偏差因此本文提出的一些設(shè)計(jì)方法還需要在進(jìn)一步接受實(shí)踐檢驗(yàn)，以不斷更新和完善。本文以上這些缺陷和不足，正是本人以后努力豐富自身知識(shí)和能力，以繼續(xù)深入研究的重要方向。參考文獻(xiàn)[1] [M] .北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003[2] [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002 [3] [M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2005．[4] (美).(Bud)(GPRS)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，20