1  概述

    SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对远方的运行设备进行监视和控制，以实现远程控制、远程测量、远程信号和远程调节等各项功能。
    供水企业的SCADA系统通常由企业生产调度指挥中心、水厂测控站、管网RTU、有线/无线通信系统等构成；在自来水企业的产、供、销和企业管理等几大信息化块中，SCADA对下采集生产过程和管网供水的实时数据，并进行遥控遥调，将生产和供水的信息传到企业MIS（计算机内部管理信息系统）中供公司领导决策参考，因此，供水SCADA就构成了城市自来水企业生产自动化和管理信息化的核心系统。

2  系统结构

    该SCADA系统由数据监测中心（位于公司调度室）和6套基于S7-300的远程测控终端（RTU）组成，通讯组网方式为无线。6套远程测控终端分别设置在两个水源地和4个管网测压点。
中心调度室设两台上位计算机，冷备方式。两台计算机安装相同的应用软件（数据监测软件、电话录音软件等），当一台计算机故障时，另一台计算机由人工投入。考虑到系统的扩展性、灵活性以及以后与公司的MIS系统相连，这两台计算机通过集线器组成星型以太网，在集线器上留有足够的端口以备将来和其它计算机或系统连接。

图1  系统框图

说明：1#至6#监测点分别代表两个水源地和4个管网测压点。

2.3  硬件系统

(1)  中心调度室
    中心调度室硬件包括上位数据监测系统硬件、电话录音系统硬件以及其它辅助设备等组成。
?  上位数据监测：
    两台计算机冷备配置。考虑到监测系统的可靠性和灵活性，在上位计算机与各监测点RTU之间设一中心站。该中心站由一台S7-300 PLC和数传电台、电台电源、馈线及天线组成，数传电台不直接与计算机相连，而是连在PLC上，PLC与上位计算机用通讯口连接。这样做的好处是：(1) 将底层的数据采集与上层的数据监视分隔开，使系统各部分之间相对独立，提高系统的可靠性；(2) 利于扩展，组态灵活。当需要修改上位机数据监测软件或增删系统站点时，只需对中心站PLC组态既可，而不必修改数据监测点的软件，从而最大限度地保证了系统的扩展性和灵活性。
?  电话录音系统：
    配置一块电话录音卡（PCI接口，即插即用），基本配置为4路，最大可扩充到128路。
?  辅助设备：
    设一台打印机用于打印报表及其它文件，一台外置式刻录机用于备分历史数据文件。不间断电源（UPS）用来给计算机及其它辅助设备供电，保证在市电故障的情况下计算机及辅助设备能正常工作。在中心调度室放置一调度用工作台，除计算机显示器等必须放在桌面外，其余设备均可放在工作台内，保证室内的整洁。

(2)  监测点
    监测点由S7-300 PLC（包括相应的I/O卡）、数传电台、电台电源、馈线及天线、现场测量仪表等组成。每个监测点除I/O点数和仪表不一样外，其余均相同。见“系统框图”。
    现场测量仪表将被测信号（水位、压力、余氯、流量等）转换成标准的4~20mA标准电信号送给PLC，PLC将这些模拟量数据和其它开关量数据处理后，通过数传电台传到中心调度室。

2.4   软件系统

(1)  中心调度室
    中心调度室包括以下软件：
?  操作系统平台：选用当今流行的主流操作系统WINDOWS 2000。
?  上位数据监测组态软件平台：综合价格和性能两个因素考虑，选用北京三维力控科技有限公司的工控组态软件力
2.6（通用监控版）。力控是一个面向方案的HMI/SCADA平台软件，具有全面的开放性。它基于流行的32位WINDOWS平台，丰富的I/O驱动能够连接到各种现场设备。分布式实时数据库系统，可提供访问工厂和企业系统数据的一个公共入口。内置TCP/IP协议的网络服务程序，可以充分利用Intranet或Internet的网络资源。

它具有以下特点：
    (1) 数据库。内置实时数据库管理器，全屏浏览编辑，使组态过程更加方便、灵活、高效；
    (2) 报表。自由式万能报表功能，可以创建出任意类型的报表，并在报表上显示、打印任意点的实时数据及任意时刻的历史数据；
    (3) 内置数据表。具备标准关系数据库所具有的基本特征和功能，免去在向管理信息系统延伸时必须捆绑各种关系数据库所带来的麻烦；
    (4) 图形。具有渐进色、立体风格，内置丰富的图库，任意拖拽不变形；
    (5) 脚本。类BASIC脚本语言，支持分支、循环、多分支等程序结构，具有数据改变、条件、鼠标/键盘、进入/退出、计时/定时等多样的程序触发方式，提供SQL查询、设备操作、数学运算、系统信息、配方管理、字符串操作、WINDOWS控件、内置数据表等丰富的脚本函数；
    (6) 通信。全面支持OLE、ActiveX、DDE，完整的OPC Client，标准的SQL/ODBC API接口。
?  上位数据监测运行软件：
    哈尔滨金晟实业有限公司将根据用户需要，在力控2.6平台上开发满足用户要求的数据监测运行软件。
?  优化调度决策支持软件：
    该软件根据各种生产数据（出水泵工况、管网压力、管网阀门启闭历史等），建立供水调度数学模型，计算出一个最佳调度方案提供给调度人员；根据历史管网压力数据，辅助计算供水管网平差，为供水管网改造、优化提供决策支持。
?  电话录音软件：
    用于对外来电话进行录音、备份、检索等。
?  中心站PLC应用软件：
    该软件负责与各现场监测点的RTU进行通讯，接收现场的数据，处理后传到上位计算机，并同时接受上位计算机的各种指令。

(2)  监测点
    监测点软件是各RTU中PLC的应用软件，主要完成现场数据采集与处理，与中心调度室中心站通讯的任务。

3  系统功能描述

3.1  系统安全
    上位数据监测软件可设多级口令保护，系统分三个等级登录：系统维护员、调度主任、调度员。按用户要求，给不同等级登录的人员授予不同的权限。只有被授权的登录用户才能看到相应的数据和画面。

3.2  实时遥测、遥信
    本系统对水源地和测压点数据进行遥测。数据种类分为模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出和脉冲量输入五种，这些数据包括水源地和测压点上的压力信号、水源地的水位、泵出口压力、出水余氯、出水流量、泵状态等。RTU将现场采集到的数据通过无线的方式上传到中心调度室。
    系统的巡检时间以每个站3秒按6个站计算，最小为18秒。站与站之间的巡检间隔和系统总巡检时间可在计算机画面上人为设定。

3.3  数据显示及分析
    中心调度室的上位数据监测计算机将获得的各类静态信息与动态数据经分析、加工、整理以直观、动态的形式显示在画面上，配以逼真的工艺流程图，使显示画面更加形象，操作人员能快速、准确、直观地了解现场工艺流程情况，为更好地调度管网运行提供保障。

3.4  历史数据的存储、检索、查询及分析
    根据用户要求及系统需要，可对任一数据进行记录、检索、查询及分析。当历史数据库需要备份和归档时，可通过外置式光盘刻录机实现。

3.5  报表显示及打印
    系统可生成满足用户需要的各种生产情况的日月年报表，既可定时自动打印，也可以手动随时打印。

3.6  报警及分析

    (1)  报警
    系统可对水源地的机泵运行故障或异常、测压点压力超限或不足等及时报警。报警信号采用主动上报方式，优先级最高。

    (2)  报警信息分析
    报警出现时总是伴随着系统异常。对于不同的报警信息，系统能给出相应的分析（前提是必须要采集足够多的数据）。
?  机泵故障或异常：热保护继电器动作，电压、电流不足或过载。
?  管网压力超限或不足：管网中某一处出现爆管或泄露会导致管网压力迅速下降，若和管网GIS系统（地理信息系统）结合，可分析判断出具体的爆管或泄露位置，从而确定出需要关闭的阀门。当用户用水量减少时，会导致管网压力升高，这时可关闭几台机泵使压力恢复正常。

3.7  电话录音
    (1)  可实时监听每一条线路的通话内容，并可实时调节音量；
    (2)  可以根据任意给定的条件对录音、备份资料进行快速、简洁的回放查听；
    (3)  多个用户可以在多台电脑使用声卡对录音资料根据任意给定条件进行回放查听与备份；
    (4)  系统具有自动同步双备份功能，也可以通过系统手工备份到用户想要保存的目录或磁带转录；
    (5)  以完整的检测并记录所有外拨电话号码与来电显示号码；
    (6)  强大的电话管理功能，可以对所有的拨入、拨出电话进行清单列表、打印、汇总、分组等；
    (7)  系统具有自动增益功能，可以自动调节通话双方的音量，而不至于声音太小；
    (8)  所有谈话内容录为WINDOWS WAV格式，可以在任意WINDOWS电脑中播放；
    (9)  可以设置多达6个盘（可以是硬盘、分区或网络映射盘）自动循环录音；
    (10)  录音启动方式灵活，具有压控、键控、声控三种启动方式；
    (11)  录音起始时间可以灵活设置，可以是一段时间内录音，也可以是每天24小时录音；
    (12)  提供多种压缩率， 20G的硬盘最多可以保存3500多个小时；
    (13)  线路适用于电话外线、分机内线、ISDN引出的模拟线、无线对讲机的音频输出线等；
    (14)  当系统的硬盘将满时，系统将自动清除最先录音的资料，以保证系统可以常年不间断运行；
    (15)  方向判别。可以判别出呼叫方向，如呼入还是拨出；
    (16)  系统具有18种权限，可以满足不同的需要；
    (17)  报警功能。当系统出现异常时（断线等），系统会通过屏幕提示报警；
    (18)  系统具有完整的操作日志，可以记录对系统的所有操作。

3.8  网络功能
    如果需要，系统还可升级为支持Web功能、面向Intranet/Internet的应用系统。现场实时数据送到Web服务器上，以网页的形式发布，客户端只要安装浏览器软件（如IE）便可浏览相应数据，实现生产调度数据在企业范围内的共享。

4  SCADA系统的应用前景

    SCADA系统具有功能强大、运行稳定、良好的扩展性、传输距离远等优点，已广泛的应用于石油、化工、电力、水利、环保等行业。迅速发展的计算机技术又为SCADA系统新增加不少功能。我国的SCADA系统从上世纪80年代初开始起步，80年代中期微机及无线通讯在生产调度中产生实效，至今已有很大的发展。但在地区和行业中发展极不平衡，已运行的SCADA系统在行业中占的比重甚少，与发达国家还有很大的差距。因此优化经济调度的SCADA系统越来越受到各行各业的重视。