于普松, 王文利

1  前言
供水管网作为城市供水的基础设施，担负着为城市居民和企、事业单位供水的重要任务，安全、优质、可靠地供水一直是供水人追求的目标。采用计算机等高科技手段对管网的压力进行实时监测早已成为现实，而且已成为现代供水企业调度的一种不可缺少的手段。近年来，由于计算机软、硬件技术的发展突飞猛进，对调度系统实时、多任务的性能要求越来越强。秦皇岛自来水总公司综合自动化系统经过多年的运行，原有监测系统的软、硬件配置已很难满足生产调度的需要，大部分设备已超过正常使用年限，可靠性、稳定性都不同程度地有所降低，系统维护量增大，为此，需对原系统进行大规模的改造和扩充，以满足现代供水企业发展的需要。从2000年开始该公司对其测控系统进行了改造，新系统除兼容原系统所有功能外，主要特点是它工作在网络环境下，通过内部的NT网络和SQL数据库平台，使监测到的数据得以共享和发布。另外，新系统还增加了系统组态和后期的数据处理、历史曲线、数据分析等功能。
2  系统的构成及功能
新建监测系统分为三层结构：调度中心、二级主站和现场RTU。
(1)  调度中心
由测控前端机、国产WSW数传电台、美国产MDS-2710数传电台、四屏显示系统、大屏幕背投、模拟屏、工程师站、报表打印及引青流量接收系统等组成。
(2)  二级主站
山海关公司和北戴河公司，它们具有相对独立的管网和监测系统，与调度中心的数据传输采用无线和有线并存的方式。
(3)  市区测点
分为水厂、测点级两种现场RTU。
①  水厂级站由研华IPC-610工控机、WSW数传电台、数据采集卡等构成。
②  测点级站分为新旧两种型号：一种是DWY-98型，由WSW数传电台、单板机等构成；另一种为新型RTU，由MDS-2710数传电台、研华ADAM4500和ADAM4017模块等构成。
新建供水管网监测和数据采集系统（Supervision Control And Data Acquisition）主体框图如图1所示。

 
图1  测控系统主体框图

新系统水厂级测点和新增测压点RTU结构如图2、图3所示。

 
图2  水厂级测点示意图

 
图3  新测点级RTU结构图

3  系统中软硬件的选择
本次系统改造在软、硬件选择方面充分考虑了与原系统的兼容性，本着充分发挥原有设备潜力，减少投资的原则，保证了系统建设效益的充分发挥。
(1)  软件选择
对于测控软件的选择，首先本着新老系统要平稳过渡的原则，其次注重软件的实用、易用和稳定性。设计人员在总结了以往运行经验并彻底分析了原软件及部分商用软件的基础上，决定以Windows98为系统平台,Visual Basic 6.0、C++、Visual C++及部分图形软件为开发工具，开发出适用于本公司的测控系统。
(2)  硬件配置
原系统中的RTU采用的是DWY-98型，主要由8098单板机和WSW数传电台构成，电台与单板机接口采用TTL标准通信。对于原系统的硬件部分，本着节约资金，物尽其用的原则，不做大的改动，只将其中水厂级测点调整为研华IPC-610工控机、宏拓PC-7488采集卡和新型WSW数传电台的构成形式，采集卡为32路光电隔离，电台与工控机采用RS-232串口通信。新增的4个测压点RTU利用研华生产的ADAM4500作为通讯控制器，ADAM4017作为数据采集器，美国MDS-2710数传电台作为数据传输工具组成。其中ADAM4500是基于PC的程序控制器，它内置ROM-DOS系统、256K的RAM和256K的ROM、具有标准的RS-232和RS-485通讯接口及看门狗定时器（WDT）等。编程工具为C及C++语言，运行程序可固化在FLASH ROM内。
新建系统的二级站改造方面，首先对山海关二级站进行了试验，其构成形式为主站、水厂内部小型SCADA系统和测压点系统。
主站采用研华IPC-610工控机、WSW数传电台、ADAM4520和天线，水厂内部SCADA系统采用RS-485工业网络，主要由ADAM4017和ADAM4520组成，通信协议转换器ADAM4520，完成RS232-RS485或RS232-RS422的双向协议转换，具有自动判断处理数据的流向等功能。它与主机串口连接，可通过主机直接向ADAM4017发布数据采集指令，采集出厂压力、清水池水位和源水流量。山海关区二级站示意图如图4所示。

 
图4  山海关区二级站示意图

4  系统的实施及主要研究内容
系统建设可分为硬件安装，软件开发和系统联调三部分。在此仅对几个测控系统建设中比较关键的问题进行重点分析。
(1)  硬件安装
硬件安装主要是公司调度中心、水厂级测压点和新增4个测压点的安装，在安装过程中遇到几个关键问题。
①  新、老WSW数传电台带宽问题
虽然是同一厂家生产，但它们属于两代产品，因国标要求的变更，造成新、老设备带宽不同，使数据无法正确传输，查清问题后，笔者与电台的生产厂家对WSW电台进行了统一的调试，使其工作在同一带宽上，保证了数据传输的正确性和稳定性。
②  调度中心与二级主站的通讯问题
由西南至东北四十余公里范围内分布着秦皇岛市的3个区，总公司所在的海港区居中，山海关公司在东北方15公里之外，由于距离、方位及山丘、建筑物阻挡的关系，直接与山海关通讯存在一定的困难，所以选择距离山海关较近的柳村水厂作为插转站，由它协调调度中心与山海关二级主站的数据接收和传送工作。
③  国产WSW数传电台与美国MDS-2710数传电台的兼容问题
系统新增测点选用的是美国MDS-2710数传电台，它采用二进制CPFSK的调制类型，而WSW数传电台采用的则是单一的调频调制类型，因调制类型不同，所以虽然它们工作在同一频率下（总公司无线频点为234.5MHz），但彼此并不能通讯。为解决此问题，可增加一块多串口卡，将不同类型的电台分别连接到不同的串口上与主机通讯，而在软件上采用分时、分段与不同电台通讯的方式，效果良好。而采用多串口卡工作的形式也解决了主机串口少的缺点，使主机与模拟屏等外设通讯更为方便、灵活。
(2)  软件编制
软件部分主要完成调度主控软件、水厂级站测点数据采集和传输软件、新增测压点（ADAM4000系列）下位机的数据采集与传输软件及山海关二级主站主控软件的编制。这里主要针对以下几点做一详细说明。
①  软件可靠性的研究
对于调度系统，对其实时性、可靠性和稳定性的要求较高。由于无线传输受到外界干扰的情况很多，更由于前端测控主机的多任务（分时段巡检、与110指挥中心和四屏显示系统实时通讯、驱动模拟屏显示、大屏幕投影演示等），所以如何保证系统的稳定性和可靠性对于调度主控软件是一个考验。笔者分别从操作系统和开发平台两方面入手，排除隐患、优化算法。由于Visual Basic的局限性，所以软件开发的过程中大量采用了WINDOWS的API函数，以增加软件的功能和性能。同时采用了CRC冗余校验、误码重发等一系列方法来增加无线数据传输的准确性和稳定性。
②  数据的共享
前端测控机负责采集、存储实时数据。为了使其它用户共享该数据以达到测控系统与OA系统有机结合的目的，这里采用技术较为成熟的SQL Server数据库为平台，将实时数据分类、定时地存入指定的数据库中，将一部分后期的数据处理工作交由SQL完成。这样，网络上的任何终端都可根据不同的权限查询、共享数据，另外，对于四屏显示系统和110指挥中心两个特殊用户，采用内部局域网络通讯方法，实时传送数据，减少了数据传输的中间环节，从而提高了数据传输的实时性和稳定性。
③  串口死机的问题
在调度主控软件开发调试的过程中，笔者发现一个令人头痛的问题，串口非周期性地停止工作。表现为电台发送、接收都正常，然而，计算机并不能收到数据。最初只有关机重启才能恢复正常。通过对16550UART收发器的详细研究发现，当发生这种情况时，线状态寄存器并未产生接收数据中断，所以，无论采用查询还是中断方式，此时都无法收到数据，针对这种现象，采用定时重置的方法，可彻底解决这一问题。
5  结语
这套系统的一期工程从设计、施工到峻工，历时8个月，完全由该公司人员自主完成，其中也确实遇到很多问题。作为一套系统应本着实用的观点，通过自己的力量建设，一方面锻炼了自己的队伍，另一方面也省去了维护、修理方面的许多问题，保证了投资的长久性和有效性。相信随着科技的发展进步，该系统的功能必将日臻完善，向着灵活型、智能型方向发展。