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1 引言
西安市自來水公司現(xiàn)有水廠8座，分布在市區(qū)內(nèi)，供水能力164萬立方米/日，供水管網(wǎng)1269公里，供水面積170平方公里，供水人口227萬人。它實行兩級生產(chǎn)調(diào)度和三級管理模式，即公司進行一級調(diào)度，各水廠設(shè)立一個二級調(diào)度站，各水源地為三級管理。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介
公司SCADA系統(tǒng)選擇兩級調(diào)度結(jié)構(gòu)，即設(shè)置一個主調(diào)度中心站和幾個二級調(diào)度中心站及遠程管網(wǎng)檢測點。
主調(diào)度中心站是SCADA系統(tǒng)的管理指揮中心，設(shè)立在公司調(diào)度室，由以下硬件構(gòu)成：數(shù)據(jù)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(tǒng)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(diào)度中心骨干；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用來運行通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和專用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。同時主調(diào)度中心采用先進的瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，配置一臺Web服務(wù)器，為自來水公司的Intranet提供Web服務(wù)，使用戶可以通過瀏覽器的方式輕松的了解系統(tǒng)信息。主調(diào)度中心的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
軟件采用Intellution公司的iFix組態(tài)軟件。主調(diào)度中心還使用美國Microsoft公司的SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫和美國Intellution公司的iHistorian實時歷史數(shù)據(jù)庫建立中心數(shù)據(jù)庫。
二級調(diào)度中心站分別設(shè)置在各水廠的下屬車間內(nèi)，配置一臺SCADA服務(wù)器和一套RTU。遠程終端設(shè)備RTU（Remote Terminal Unit）是一種智能測控設(shè)備，它配置有數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出模塊，能通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線電臺、專用線或調(diào)制解調(diào)器與遠方設(shè)備進行通信，用于對遠方設(shè)備進行監(jiān)測控制，是測控系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。二級調(diào)度中心站用RTU 采集本水廠的數(shù)據(jù)和隸屬于本水廠的遠程檢測點的數(shù)據(jù)，監(jiān)測本水廠的運行參數(shù)，并且把一些數(shù)據(jù)上傳到主調(diào)度中心。
遠程管網(wǎng)檢測點隸屬于主調(diào)度中心站，配置一套RTU。它采集本地的數(shù)據(jù)，并上傳數(shù)據(jù)到主調(diào)度中心。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3 RTU的選型
本系統(tǒng)選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的MOSCAD系列產(chǎn)品，它有三種類型MOSCAD，MOSCAD-L和MOSCAD-M。三種類型的最主要區(qū)別在于可最多擴展的輸入/輸出模板數(shù)，它們最多可擴展模板數(shù)量分別為理論上240，3和1。考慮到工程費用和系統(tǒng)的可擴充性，本系統(tǒng)根據(jù)各點AI、DI輸入量的多少，確定I/O模板多于3個的選擇MOSCAD，少于等于3個的選擇MOSCAD-L。MOSCAD具有適合本系統(tǒng)的很多特點，如MOSCAD采用MDLC通信協(xié)議，該通信協(xié)議是為無線電設(shè)備來傳輸大量數(shù)據(jù)而專門設(shè)計的；MOSCAD可以進行遠程診斷和下載/上載；MOSCAD可以方便地進行存儲/轉(zhuǎn)發(fā)。
4 RTU的通訊組網(wǎng)
本系統(tǒng)有60多個管網(wǎng)檢測點，地理位置十分分散，地域分布廣泛，適合采用無線通信方式。選用美國MDS公司生產(chǎn)的MDS 2710A數(shù)傳電臺，該電臺有堅固耐用，接收靈敏度高，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換時間快的優(yōu)點，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(shù)據(jù)終端連接，實現(xiàn)透明傳輸。系統(tǒng)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(diào)。
系統(tǒng)采用了輪詢與突發(fā)上傳相結(jié)合的通訊方式。主調(diào)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(diào)度中心站每3min輪詢各水廠和遠程管網(wǎng)檢測點并獲得該檢測點的數(shù)據(jù)（每3s一個檢測點），不論該數(shù)據(jù)是不是發(fā)生了變化；二級調(diào)度中心站采用了現(xiàn)場接口單元（FIU）作為通信處理器和數(shù)據(jù)采集器，FIU一方面通過無線網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)主調(diào)度中心MCP-T的召測，上傳本廠的工藝參數(shù)和設(shè)備運行狀況事件，另一方面輪詢本廠的遠程檢測點，并獲得現(xiàn)場的工藝參數(shù)和設(shè)備的運行狀況。如果本廠檢測到的壓力、流量、液位等超過報警限值，則采用突發(fā)上傳的方式，把數(shù)據(jù)及時送給主調(diào)度中心和二級調(diào)度中心；管網(wǎng)檢測點響應(yīng)主調(diào)度中心站的召測，把現(xiàn)場的工藝參數(shù)及設(shè)備運行情況傳送給主調(diào)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(shù)據(jù)及時傳送給主調(diào)度中心。
準確、暢通的通信是SCADA系統(tǒng)功能實現(xiàn)的保障，特別是在采用無線通訊方式的西安市自來水公司SCADA系統(tǒng)中。筆者在設(shè)計階段進行了場強測試，由于西安市南面、西面高，東面、北面低，而自來水公司調(diào)度室又在西安的西面這一實際情況，造成東面、北面較偏僻的水廠和管網(wǎng)檢測點的場強和信噪比很低，通信不能保證，這給整個系統(tǒng)的實施帶來困難。筆者初步確定兩種解決方案：
(1) 在自來水公司調(diào)度室架高塔，所有點直接和主調(diào)度中心通信；
(2) 在北面和東面選擇現(xiàn)有的信號比較好的管網(wǎng)檢測點，通過中繼的方式把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到主調(diào)度中心。
MOSCAD系列產(chǎn)品具有存儲/轉(zhuǎn)發(fā)功能，即RTU從其他RTU接收數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中，當通道空閑時，再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到主調(diào)度中心。任一個RTU通過正確的配置都具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，而且只需把定向天線換成全向天線，該點就可以成為中繼點。由于第二種方案費用低，組網(wǎng)靈活，本系統(tǒng)確定采用第二種方案。但對實時監(jiān)控系統(tǒng)，輪詢時間是一個很重要的參數(shù)，經(jīng)過實際的應(yīng)用，經(jīng)過一次中繼傳送數(shù)據(jù)的時間是沒經(jīng)過中繼傳送數(shù)據(jù)時間的1.2~1.4倍，系統(tǒng)輪詢時間能夠符合要求。
5 RTU的軟件設(shè)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語言開發(fā)應(yīng)用程序。
在本系統(tǒng)的程序設(shè)計中，主要有以下幾個功能模塊：
(1) 本系統(tǒng)采用了輪詢和突發(fā)上傳相結(jié)合的通信方式。二級調(diào)度主站每3min輪詢其所屬子站獲取數(shù)據(jù)。子站在測量數(shù)據(jù)超過臨界值時或檢測到硬件錯誤時將突發(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標的參數(shù)都需要寫入主調(diào)度中心的數(shù)據(jù)庫中。因此，所有的遠程管網(wǎng)檢測點及各水廠都必須有精確的時間，并能與主調(diào)度中心RTU 同步。本系統(tǒng)在每個整點時，主調(diào)度中心將對所有的RTU進行一次時間同步。
(3) 流量累計和壓力累計及平均壓力對供水調(diào)度有重要的意義。本系統(tǒng)用如下方式處理：流量計每流過單位體積的水量就輸出一個脈沖信號（脈沖寬度可調(diào)），當RTU捕捉到脈沖信號，就觸發(fā)一個事件，累加相應(yīng)的變量，再乘以單位流量，就是累計流量。RTU掃描一次壓力數(shù)據(jù)，就把這個壓力數(shù)據(jù)累加到一個變量上，同時壓力次數(shù)變量加一，當整點時求一次平均壓力，并把兩個變量清零。
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(tǒng)對RTU的安裝采取了以下措施：
(1) 將RTU安裝在堅固的機箱內(nèi)，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(tǒng)用空氣開關(guān)進行瞬時過載保護，短路保護等。機箱內(nèi)裝接地母線和接地端子。
(3) 在RTU箱內(nèi)設(shè)置避雷設(shè)備，如交流電源輸入避雷保護器，傳感器信號線避雷保護器，傳感器電源避雷保護器等。
(4) 鐵塔安裝避雷針，并敷設(shè)避雷接地網(wǎng)。避雷接地網(wǎng)接地電阻<4Ω，設(shè)備接地電阻<10Ω。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號