基于無線通訊的分布式的SCADA系統(tǒng)——WSCADA 2000

　　SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。WSCADA 2000是wireless_based的分布式的SCADA系統(tǒng)，它集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場測控功能和DCS系統(tǒng)的信息共享和組網(wǎng)通信能力的兩大優(yōu)點(diǎn), 其突出特點(diǎn)是信道配置為無線通信系統(tǒng), 性能價(jià)格比很高, 適于地域廣闊的應(yīng)用環(huán)境的無線通信系統(tǒng)。


　　 WSCADA 2000將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、通信技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，既具有強(qiáng)大的現(xiàn)場測控功能，又具有極強(qiáng)的組網(wǎng)通信能力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測和遙控功能，它為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制提供了最基本的平臺(tái)。下面以一個(gè)應(yīng)用于某城市供水調(diào)度系統(tǒng)為例，扼要地說明一下WSCADA 2000的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用推廣前景等。


　　一、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)


　　（一） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)


　　 在現(xiàn)代水廠自動(dòng)化解決方案中，無線數(shù)據(jù)采集、傳輸是由專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)來完成的。主控站的上位機(jī)運(yùn)行工業(yè)組態(tài)軟件，通過數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)之間以隨機(jī)訪問（CSMA/CD）方式實(shí)現(xiàn)無線信道共享點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)下可以連接上位機(jī)、PLC、RTU或數(shù)據(jù)采集設(shè)備等，電臺(tái)工作于專用數(shù)傳頻段（223-235MHz），數(shù)據(jù)接口為RS-232/485，傳輸速率由300-38400bps可選。這種無線通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋半徑依地理狀況等因素不同可以達(dá)到30-50公里。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示（以MDS2710A為例 ）：








　　系統(tǒng)技術(shù)方案：軟硬件配置采用WSCADA 2000，上位機(jī)采用國內(nèi)先進(jìn)的工業(yè)組態(tài)軟件MCGS，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)（無線驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)）。


　�。ǘ�） 系統(tǒng)特點(diǎn)


　　 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，必然促使自來水工藝水平的不斷提高。它以提高供水質(zhì)量，提高供水系統(tǒng)安全，降低人耗、物耗和水耗這一綜合效益為目標(biāo)，這在"城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步規(guī)劃"中已有闡述。為了達(dá)到這一目標(biāo)，要求供水調(diào)度系統(tǒng)從設(shè)計(jì)和選型上就必須考慮到水廠、管網(wǎng)和管理信息系統(tǒng)的一體化和配套完整性。因此對(duì)于生產(chǎn)過程自動(dòng)化和現(xiàn)代化檢測技術(shù)的需求，對(duì)于自來水供調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）的需求也就隨之而來。


　　 某城市供水調(diào)度系統(tǒng)特點(diǎn)是水廠多分布在距城市中心較遠(yuǎn)的地區(qū)，自來水管網(wǎng)分布面廣，采用有線方式傳送現(xiàn)場數(shù)據(jù)的難度較大，采用無線通信是最為可行的。故適合采用無線通訊方式的SCADA系統(tǒng)。


　　二、 系統(tǒng)各級(jí)功能描述


　　 某城市供水調(diào)度系統(tǒng)由二級(jí)調(diào)度中心和現(xiàn)場RTU組成。二級(jí)調(diào)度中心即總調(diào)中心和廠調(diào)中心，總調(diào)中心的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)水務(wù)總公司的數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表分析、控制命令和優(yōu)化調(diào)度并將數(shù)據(jù)送至上級(jí)的管理信息系統(tǒng)；廠調(diào)中心所完成的主要功能是通過有線或無線數(shù)傳方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測水廠及所轄水井、管網(wǎng)各種類型的工藝參數(shù)，并將回收的數(shù)據(jù)以友好的圖形界面提供給用戶，建立歷史數(shù)據(jù)庫、報(bào)警管理、報(bào)表打印、共享回收的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工程師可在中心站（或任意其它RTU）上對(duì)RTU進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)及監(jiān)視；現(xiàn)場RTU實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制命令的執(zhí)行。整個(gè)系統(tǒng)共有總調(diào)中心1個(gè)，廠調(diào)中心5個(gè)，測壓點(diǎn)17個(gè)和現(xiàn)場RTU 90個(gè)�？傊�，該系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測自來水生產(chǎn)和輸配過程的工藝參數(shù)，控制（自動(dòng)、遠(yuǎn)操或手動(dòng)）有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行。


　　系統(tǒng)各級(jí)功能描述


　　（一） 廠調(diào)中心和現(xiàn)場RTU功能:


　　 將管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)和水廠的數(shù)據(jù)采集量及現(xiàn)場控制信號(hào), 通過有線或無線系統(tǒng)發(fā)給上級(jí)調(diào)度中心。


　�。�1） 模擬量采集：管網(wǎng)壓力、機(jī)溫、電壓、電流、瞬時(shí)流量；


　�。�2） 數(shù)字量采集：水泵狀態(tài)；


　�。�3） 脈沖量采集：電度、累計(jì)流量；


　�。�4） 數(shù)據(jù)處理和發(fā)送功能：數(shù)據(jù)打包處理和"逢變則報(bào)"（Change Of State）發(fā)送或定時(shí)發(fā)送；


　�。�5） 畫面顯示：工藝流程圖、采樣點(diǎn)工況圖、各采樣參數(shù)歷史趨勢和實(shí)時(shí) 趨勢圖等；


　�。�6） 系統(tǒng)組態(tài)：包括上下量程、上下限報(bào)警值及各系數(shù)的組態(tài)；


　�。�7） 過程報(bào)警：當(dāng)某參數(shù)越限，或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警；


　�。�8） 過程控制：可對(duì)機(jī)泵、閥門進(jìn)行開、關(guān)、停等控制。對(duì)處于維修狀態(tài)的設(shè)備，在畫面上有標(biāo)識(shí)；


　�。�9） 計(jì)算功能：對(duì)輸配流量，耗電量及各水泵的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行累計(jì)計(jì)算；


　　（10） 人工補(bǔ)錄：當(dāng)設(shè)備故障時(shí)，數(shù)據(jù)未能連續(xù)采集時(shí),可人工補(bǔ)錄歷史數(shù)據(jù) 定時(shí)或隨時(shí)打印生產(chǎn)班報(bào)表，日?qǐng)?bào)表，月報(bào)表；


　　（二） 總調(diào)中心功能


　　 總調(diào)度中心的主要功能為接收各水廠和管網(wǎng)的數(shù)據(jù)，并以圖形界面方式顯示，建立歷史數(shù)據(jù)庫，報(bào)警管理，報(bào)表打印。


　　 WSCADA 2000總調(diào)中心由監(jiān)控和管理級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，負(fù)責(zé)接收和處理來自各測站RTU的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息�？傉{(diào)中心根據(jù)網(wǎng)絡(luò)在線數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)完成對(duì)全流域的管理和調(diào)度，提供有關(guān)數(shù)據(jù) 報(bào)表，及向各測站發(fā)布指令。


　　處于對(duì)系統(tǒng)可靠性的考慮，中心站主機(jī)采用雙機(jī)熱備模式，當(dāng)系統(tǒng)中的一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過上位機(jī)組態(tài)軟件的判斷與切換由另一臺(tái)設(shè)備繼續(xù)工作，保證系統(tǒng)可持續(xù)性工作。


　�。�1） 數(shù)據(jù)通訊采集：接收水廠和管網(wǎng)測壓點(diǎn)的壓力、流量、泵運(yùn)行參數(shù)、 耗電量等信息。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理并提供對(duì)整個(gè) 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理；


　�。�2） 畫面顯示：廠站、管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行圖、實(shí)時(shí)趨勢圖、棒圖、運(yùn)行報(bào)表、 及其其他自定義畫面；同時(shí)顯示日期, 時(shí)間, 報(bào)警, 數(shù)據(jù), 工藝流程, 設(shè)備狀態(tài), 趨勢, 操作指導(dǎo), 調(diào)度指令等；


　�。�3） 報(bào)警管理：提供全方位的報(bào)警功能，可在多種畫面中以直觀方式通知調(diào) 度人員系統(tǒng)發(fā)生異常。不同級(jí)別的報(bào)警可在所有操作員站 上接收，報(bào)警沒有確認(rèn)時(shí)保持閃光，報(bào)警內(nèi)容有：實(shí)際值和 偏差值報(bào)警、給定值限值報(bào)警、系統(tǒng)自診斷報(bào)警、識(shí)別變送 器運(yùn)行在4-20mA范圍以外的報(bào)警、輸出限幅報(bào)警、電源故 障報(bào)警、模板故障報(bào)警、通信故障報(bào)警等等；


　�。�4） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的生成；


　�。�5） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到企業(yè)管理信息系統(tǒng)（MIS）；


　�。�6） 事故追憶：對(duì)事故發(fā)生前后的運(yùn)行情況和各類報(bào)警進(jìn)行記錄，以便分析 事故的原因；


　�。�7） 打印： 1）隨機(jī)報(bào)警打印 2）定時(shí)或隨時(shí)報(bào)表打�。喊鄨�(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等；


　　（8） 統(tǒng)計(jì)計(jì)算和分析：系統(tǒng)能對(duì)供水量、供水總量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并具有 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、建帳等功能，供管理人員進(jìn)行分析；


　�。�9） 實(shí)時(shí)監(jiān)控：可選擇任一壓力點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；


　�。�10） 過程控制：可對(duì)各廠機(jī)泵、閥門開、關(guān)、停等控制，且有操作權(quán)限密碼；


　�。�11） 人工補(bǔ)錄：當(dāng)某站點(diǎn)故障，數(shù)據(jù)未能連續(xù)采集時(shí)，可人工補(bǔ)錄歷史數(shù)據(jù), 以使報(bào)表數(shù)據(jù)完整；


　�。�12） 系統(tǒng)定義及維護(hù): 編組顯示回路分配, 趨勢顯示和趨勢數(shù)據(jù)分配, 每個(gè) 回路數(shù)據(jù)庫生成和更新, 畫面顯示和報(bào)表格式生成和 更新,被選裝置詳細(xì)情況指示和自診斷, 鎖住和解鎖, 回路增加和減少；


　�。�13） 控制：順序控制、緊急連鎖控制和先進(jìn)控制；


　�。�14） 信號(hào)管理：各種信號(hào)自動(dòng)保存在存儲(chǔ)器中，通過鍵盤能方便地調(diào)出保存 的信息，當(dāng)存儲(chǔ)器溢出時(shí)，系統(tǒng)可通知操作員；


　�。�15） 提供對(duì)各RTU參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置；


　�。�16） 管理級(jí)功能: 包括總經(jīng)理室、副總經(jīng)理室、生產(chǎn)處等。 管理級(jí)操作站的主要功能為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示由調(diào)度室傳輸來的數(shù)據(jù)、報(bào)表等，供決策管理層參考。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用， 功能等同調(diào)度計(jì)算機(jī)。


　　三、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則


　　WSCADA 2000主要追求的目標(biāo)是系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，具有高可靠性和穩(wěn)定性；系統(tǒng)應(yīng)具有高可配置性和兼容性，易于開發(fā)，易于維護(hù)；具有較高的性能/價(jià)格比。硬件系統(tǒng)的先進(jìn)性和穩(wěn)定性；通信協(xié)議的可靠性和高效性；與PLC系統(tǒng)接口的正確性；以各種媒體作信道的效率及兼容性。


　　系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)原則如下：


　�。�1） 硬件設(shè)備先進(jìn)可靠，技術(shù)成熟，能安全運(yùn)行于野外惡劣環(huán)境。硬件設(shè)備能與現(xiàn)場工藝儀表和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)范化接口，配套完整；


　　（2） 軟件具有開放的結(jié)構(gòu)，技術(shù)成熟，能確保過程控制及管理系統(tǒng)可靠運(yùn)行；


　�。�3） 整個(gè)系統(tǒng)使用方便，性能可靠，開放性擴(kuò)展性強(qiáng)，性能價(jià)格比高，能夠保護(hù)用戶的投資效益；


　　（4） 水廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)具有高水平。


　　


　　四、 WSCADA 2000的優(yōu)勢


　　（一） WSCADA 2000的優(yōu)勢


　�。�1） 組態(tài)方便，技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行可靠；


　�。�2） 系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，能夠充分保護(hù)用戶關(guān)于自來水生產(chǎn)過程自動(dòng)化和自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)改造的早期投資；


　�。�3） 具有基于標(biāo)準(zhǔn)的ISO OSI七層網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約的通信協(xié)議CSMA/CD，保證系統(tǒng)可在同一無線通信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)快速、可靠的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的傳輸和語音通話；


　　（4） 上位機(jī)采用國內(nèi)先進(jìn)的工業(yè)組態(tài)軟件MCGS功能強(qiáng)，開放程度高，易于掌握，易于開發(fā)；


　　具有較高的性能/價(jià)格比。


　　（二） 市場前景和推廣應(yīng)用


　　根據(jù)"城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步規(guī)劃"的要求，目前，各類水司均在改


　　造、建設(shè)或籌建供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)�？梢哉f，供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)在今天已不再是可有可無的錦上添花，而是企業(yè)管理系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)必要配置。


　　 當(dāng)今，國內(nèi)已經(jīng)自主開發(fā)出的SCADA系統(tǒng)，無論從功能上還是性能上來說（特別是在SCADA系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能、遠(yuǎn)程診斷維護(hù)功能、系統(tǒng)整體的可靠性、通信協(xié)議的高效性和系統(tǒng)的開放性等方面），尚未能完全達(dá)到實(shí)用的要求。


　　正是在這種背景下，WSCADA 2000應(yīng)運(yùn)而生了。而WSCADA 2000系統(tǒng)的成功開發(fā)，無疑為城市供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)的升級(jí)改造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；對(duì)我國城市供水科技進(jìn)步，也同樣起到了積極的作用。




摘自　中國自動(dòng)化網(wǎng)