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摘要： 本文介绍在SCADA系统升级改造中，系统总体框架的设计、通讯模式的选用、软件的功能。
关键词：SCADA系统、网络结构、调度
1 前言
马鞍山首创水务公司原有SCADA系统为，由一个中控室三个厂级站十二个测压点组成，在SCADA系统由单片机进行数据采集，采用数传电台通讯传输。由于系统组件多故障率高，无线通讯受到干扰影响系统数据传输，近年来系统运行问题较多，需要进行改造升级。
2 改造思路
公司供水调度中心为主站，采石水厂一、二泵，慈湖水厂二泵和当涂水厂一、二泵为厂级站，二泵为厂级站数据监测点(其中慈湖水厂已经建立水厂监控系统，数据可直接送至主站)，厂级二泵监测站均通过光纤把实时数据送至公司主站，一泵数据传输则通过GPRS来实现，数据送至主站后，主站通过光纤再下发至各厂级站二泵监控平台，以便二泵工作人员实现厂级调度。加压站和测压点都通过GPRS设备来实现数据到主站的传输。所有底层厂级站、加压站都需添置安装PLC设备，完成数据采集。考虑到远程数据的传输稳定性和可靠性，厂级站增加一套GPRS MODEM作为备用通道，一旦光纤传输出现故障，可通过GPRS进行数据传输。
3 SCADA系统总体框架
基于马鞍山首创供水调度SCADA系统的技术条件，本系统在总体网络结构上，分成三个层次：
底层为基本监测站点层，3个水厂现场PLC、5个增压泵站现场监控PLC及即16个测压点现场压力数据采集终端，其主要任务是采集所在站点的实时工况数据，进行现场操作处理，并通过相应的通讯网络向上转发站点工况数据，并接受调度端的远程指令。
中间层为实时监测层，即调度室的上位机监控平台，接受从远程通讯网络传送上来的站点实时工况信息，同时对各站点发送调度控制指令。
最上一层是信息管理层，即以数据服务器为数据枢纽的信息网络构架，包括与公司各职能部门互联的基于Browser/Server的Intranet构架，提供对系统中所有历史数据信息的查看/分析/汇总。
整个供水调度SCADA系统分层结构如图所示：
图 系统分层结构
（1）本系统在结构上以供水调度为核心，以数据服务器系统为数据枢纽，以SCADA系统为基础数据源，形成马鞍山供水输配调度的监控管理平台，该平台的核心功能是供水调度信息的汇集、分类和信息流程的控制。
（2）在该系统中，供水调度中心承担自来水供水环节信息中心的任务，有关供水输配的信息均汇集于公司调度室的数据服务器，并由供水调度室提供信息分类整理和递送的服务。
（3）供水调度室是整个系统信息层和控制层的结合处，信息层与控制层的信息交换通过本地局域网，并按TCP/IP传输协议进行通信，但内层协议采用EtherNet/IP。EtherNet/IP是一种在现有商用以太网基础上开发的以太网工业（应用）协议，它利用了现有以太网的通讯芯片、物理介质和TCP/IP 套件，在工业控制应用中进行实时控制、网络组态和数据采集。
（4）根据对信息的传送量、信息的传送速度以及经济上的考虑，采用多种通信模式，其中信息层之间的网络通信采用EtherNet、控制层之间大信息量站点的通信采用无线数传(或采用无线扩频)和有线专线传输的方式通信。
（5）信息层内设备间的通信，供水调度室内设备间的通信通过调度中心局域网，供水调度室与其他科室的通信通过公司局域网，所有信息层内设备间的通信均采用的TCP/IP协议。
（6）所有控制层内设备间的通信均在供水调度室与远程站之间，其中通过有线专线的通信采用外层为TCP/IP、内层为EtherNet/IP的通信协议，通过无线数传的通信采用DF1协议。
（7）在供水调度室中，作为信息平台的实时数据部分，主PLC将完成所有的控制层信息的远程通信和实时数据的缓存，为信息层提供全部的实时数据映射。而作为信息平台的历史数据部分，由服务器的SQL Server完成所有历史数据库的管理。
（8）供水调度室的实时监测计算机，以实时数据库为核心，该实时数据库主要用于管网工况趋势图查询分析、工况报警和操作事件的记录和查询。
4 调度系统的通信
SCADA系统远程通信主通道采用光缆通信方式，远程光缆通信是当前应用最广泛、最可靠、最高效的通信方式，光纤本质上具有不受雷电影响、不受电磁干扰的特点，解除了系统在網络的避雷和抗电磁干扰上的投入。本项目远程通信网络将租用电信部门光缆专线，建立起覆盖主要供水系统的光缆数据传输网络。同时，系统选用GPRS无线通信网络，承担对各测压点、加压泵站以及采石一泵和当涂一泵的数据传输任务，并作为采石、慈湖、当涂三水厂远程数据传输的备用通道。
采石、慈湖、当涂三水厂远程光缆通信主网与GPRS备用网络的切换采用PLC控制的切换方式，当PLC检测并确认远程光缆通信中断时，PLC即自动切换到GPRS通道，将本地数据通过GPRS Modem自动发送到供水调度中心，接替远程光缆主网的通信任务。
5 SCADA系统主站系统
5.1调度中心主站系统
整个调度端由数据服务器为中心，同时，通过核心交换器为节点组成调度中心局部网络，网络上可根据用户需要挂接承担不同任务的工作站，这种局部网络的形式结构具有相当优越的特性和扩展能力。
5.2系统主站的操作系统和软件平台
本系统调度平台的操作系统选用Microsoft Windows 2003 Server，软件系统选用专用工控软件。
5.3 系统主站的监控功能
系统调度平台主要承担如下任务：
a.提供调度操作界面，实时刷新厂站和管网的工况信息；
b.报警事件处理、告示和记录。调度中心接到报警信号，应以报警框和语音两种形式进行报警，并记录该报警事件；
c.供水调度信息存储、统计、分析和显示及生产报表管理；
d.水厂生产信息管理；
e.系统安全性管理；
6 供水调度管理
6.1系统结构及数据库平台
马鞍山首创水务供水调度信息管理系统是面向区域供水调度及流量分析的信息管理平台和信息发布平台。
作为日常管理的操作平台，它直接面向日常生产的管理操作和查询统计，同时，作为局域网信息发布平台，它面向各职能部门的日常业务查询浏览，因此，信息管理系统采用Browser/Server结构，建立“瘦客户端”浏览器，提供网上访问供水调度信息的界面。
结束语
本系统在充分结合实际的基础上，经过认真的技术论证和探讨，确立的技术路线和设计框架。现系统已投入运行一年多，系统运行稳定，通讯速率快信息量大，符合实际需求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：SCADA系统、网络结构、调度
1 前言
马鞍山首创水务公司原有SCADA系统为，由一个中控室三个厂级站十二个测压点组成，在SCADA系统由单片机进行数据采集，采用数传电台通讯传输。由于系统组件多故障率高，无线通讯受到干扰影响系统数据传输，近年来系统运行问题较多，需要进行改造升级。
2 改造思路
公司供水调度中心为主站，采石水厂一、二泵，慈湖水厂二泵和当涂水厂一、二泵为厂级站，二泵为厂级站数据监测点(其中慈湖水厂已经建立水厂监控系统，数据可直接送至主站)，厂级二泵监测站均通过光纤把实时数据送至公司主站，一泵数据传输则通过GPRS来实现，数据送至主站后，主站通过光纤再下发至各厂级站二泵监控平台，以便二泵工作人员实现厂级调度。加压站和测压点都通过GPRS设备来实现数据到主站的传输。所有底层厂级站、加压站都需添置安装PLC设备，完成数据采集。考虑到远程数据的传输稳定性和可靠性，厂级站增加一套GPRS MODEM作为备用通道，一旦光纤传输出现故障，可通过GPRS进行数据传输。
3 SCADA系统总体框架
基于马鞍山首创供水调度SCADA系统的技术条件，本系统在总体网络结构上，分成三个层次：
底层为基本监测站点层，3个水厂现场PLC、5个增压泵站现场监控PLC及即16个测压点现场压力数据采集终端，其主要任务是采集所在站点的实时工况数据，进行现场操作处理，并通过相应的通讯网络向上转发站点工况数据，并接受调度端的远程指令。
中间层为实时监测层，即调度室的上位机监控平台，接受从远程通讯网络传送上来的站点实时工况信息，同时对各站点发送调度控制指令。
最上一层是信息管理层，即以数据服务器为数据枢纽的信息网络构架，包括与公司各职能部门互联的基于Browser/Server的Intranet构架，提供对系统中所有历史数据信息的查看/分析/汇总。
整个供水调度SCADA系统分层结构如图所示：
图 系统分层结构
（1）本系统在结构上以供水调度为核心，以数据服务器系统为数据枢纽，以SCADA系统为基础数据源，形成马鞍山供水输配调度的监控管理平台，该平台的核心功能是供水调度信息的汇集、分类和信息流程的控制。
（2）在该系统中，供水调度中心承担自来水供水环节信息中心的任务，有关供水输配的信息均汇集于公司调度室的数据服务器，并由供水调度室提供信息分类整理和递送的服务。
（3）供水调度室是整个系统信息层和控制层的结合处，信息层与控制层的信息交换通过本地局域网，并按TCP/IP传输协议进行通信，但内层协议采用EtherNet/IP。EtherNet/IP是一种在现有商用以太网基础上开发的以太网工业（应用）协议，它利用了现有以太网的通讯芯片、物理介质和TCP/IP 套件，在工业控制应用中进行实时控制、网络组态和数据采集。
（4）根据对信息的传送量、信息的传送速度以及经济上的考虑，采用多种通信模式，其中信息层之间的网络通信采用EtherNet、控制层之间大信息量站点的通信采用无线数传(或采用无线扩频)和有线专线传输的方式通信。
（5）信息层内设备间的通信，供水调度室内设备间的通信通过调度中心局域网，供水调度室与其他科室的通信通过公司局域网，所有信息层内设备间的通信均采用的TCP/IP协议。
（6）所有控制层内设备间的通信均在供水调度室与远程站之间，其中通过有线专线的通信采用外层为TCP/IP、内层为EtherNet/IP的通信协议，通过无线数传的通信采用DF1协议。
（7）在供水调度室中，作为信息平台的实时数据部分，主PLC将完成所有的控制层信息的远程通信和实时数据的缓存，为信息层提供全部的实时数据映射。而作为信息平台的历史数据部分，由服务器的SQL Server完成所有历史数据库的管理。
（8）供水调度室的实时监测计算机，以实时数据库为核心，该实时数据库主要用于管网工况趋势图查询分析、工况报警和操作事件的记录和查询。
4 调度系统的通信
SCADA系统远程通信主通道采用光缆通信方式，远程光缆通信是当前应用最广泛、最可靠、最高效的通信方式，光纤本质上具有不受雷电影响、不受电磁干扰的特点，解除了系统在網络的避雷和抗电磁干扰上的投入。本项目远程通信网络将租用电信部门光缆专线，建立起覆盖主要供水系统的光缆数据传输网络。同时，系统选用GPRS无线通信网络，承担对各测压点、加压泵站以及采石一泵和当涂一泵的数据传输任务，并作为采石、慈湖、当涂三水厂远程数据传输的备用通道。
采石、慈湖、当涂三水厂远程光缆通信主网与GPRS备用网络的切换采用PLC控制的切换方式，当PLC检测并确认远程光缆通信中断时，PLC即自动切换到GPRS通道，将本地数据通过GPRS Modem自动发送到供水调度中心，接替远程光缆主网的通信任务。
5 SCADA系统主站系统
5.1调度中心主站系统
整个调度端由数据服务器为中心，同时，通过核心交换器为节点组成调度中心局部网络，网络上可根据用户需要挂接承担不同任务的工作站，这种局部网络的形式结构具有相当优越的特性和扩展能力。
5.2系统主站的操作系统和软件平台
本系统调度平台的操作系统选用Microsoft Windows 2003 Server，软件系统选用专用工控软件。
5.3 系统主站的监控功能
系统调度平台主要承担如下任务：
a.提供调度操作界面，实时刷新厂站和管网的工况信息；
b.报警事件处理、告示和记录。调度中心接到报警信号，应以报警框和语音两种形式进行报警，并记录该报警事件；
c.供水调度信息存储、统计、分析和显示及生产报表管理；
d.水厂生产信息管理；
e.系统安全性管理；
6 供水调度管理
6.1系统结构及数据库平台
马鞍山首创水务供水调度信息管理系统是面向区域供水调度及流量分析的信息管理平台和信息发布平台。
作为日常管理的操作平台，它直接面向日常生产的管理操作和查询统计，同时，作为局域网信息发布平台，它面向各职能部门的日常业务查询浏览，因此，信息管理系统采用Browser/Server结构，建立“瘦客户端”浏览器，提供网上访问供水调度信息的界面。
结束语
本系统在充分结合实际的基础上，经过认真的技术论证和探讨，确立的技术路线和设计框架。现系统已投入运行一年多，系统运行稳定，通讯速率快信息量大，符合实际需求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。