基于無線通訊的分布式的SCADA系統——WSCADA 2000

2019-11-03 09:25:03

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　　SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即監視控制和數據采集系統。WSCADA 2000是wireless_based的分布式的SCADA系統，它集中了PLC系統的現場測控功能和DCS系統的信息共享和組網通信能力的兩大優點, 其突出特點是信道配置為無線通信系統, 性能價格比很高, 適于地域廣闊的應用環境的無線通信系統。

　　 WSCADA 2000將先進的計算機技術、工業控制技術、通信技術有機地結合在一起，既具有強大的現場測控功能，又具有極強的組網通信能力，實現遠程遙測和遙控功能，它為實現遠程自動化數據采集和遠程控制提供了最基本的平臺。下面以一個應用于某城市供水調度系統為例，扼要地說明一下WSCADA 2000的系統結構、功能、優缺點及應用推廣前景等。

　　一、系統結構和特點

　　（一）系統結構

　　在現代水廠自動化解決方案中，無線數據采集、傳輸是由專業的數據傳輸電臺來完成的。主控站的上位機運行工業組態軟件，通過數據傳輸電臺之間以隨機訪問（CSMA/CD）方式實現無線信道共享點對點通信，數據傳輸電臺下可以連接上位機、PLC、RTU或數據采集設備等，電臺工作于專用數傳頻段（223-235MHz），數據接口為RS-232/485，傳輸速率由300-38400bps可選。這種無線通訊網絡的覆蓋半徑依地理狀況等因素不同可以達到30-50公里。系統結構如下圖所示（以MDS2710A為例）：

　　系統技術方案：軟硬件配置采用WSCADA 2000，上位機采用國內先進的工業組態軟件MCGS，在此基礎上進行二次開發（無線驅動程序的開發）。

　　（二）系統特點

　　隨著社會經濟的不斷發展，必然促使自來水工藝水平的不斷提高。它以提高供水質量，提高供水系統安全，降低人耗、物耗和水耗這一綜合效益為目標，這在"城市供水行業2000年技術進步規劃"中已有闡述。為了達到這一目標，要求供水調度系統從設計和選型上就必須考慮到水廠、管網和管理信息系統的一體化和配套完整性。因此對于生產過程自動化和現代化檢測技術的需求，對于自來水供調度遠程監控和數據采集系統（SCADA）的需求也就隨之而來。

　　某城市供水調度系統特點是水廠多分布在距城市中心較遠的地區，自來水管網分布面廣，采用有線方式傳送現場數據的難度較大，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。

　　二、系統各級功能描述

　　某城市供水調度系統由二級調度中心和現場RTU組成。二級調度中心即總調中心和廠調中心，總調中心的主要功能是實現對整個水務總公司的數據顯示、報表分析、控制命令和優化調度并將數據送至上級的管理信息系統；廠調中心所完成的主要功能是通過有線或無線數傳方式實現監測水廠及所轄水井、管網各種類型的工藝參數，并將回收的數據以友好的圖形界面提供給用戶，建立歷史數據庫、報警管理、報表打印、共享回收的數據和系統工程師可在中心站（或任意其它RTU）上對RTU進行遠程維護及監視；現場RTU實現對現場數據的采集和控制命令的執行。整個系統共有總調中心1個，廠調中心5個，測壓點17個和現場RTU 90個。總之，該系統的主要功能是監測自來水生產和輸配過程的工藝參數，控制（自動、遠操或手動）有關設備的運行。

　　系統各級功能描述

　　（一）廠調中心和現場RTU功能:

　　將管網壓力數據采樣點和水廠的數據采集量及現場控制信號, 通過有線或無線系統發給上級調度中心。

　　（1）模擬量采集：管網壓力、機溫、電壓、電流、瞬時流量；

　　（2）數字量采集：水泵狀態；

　　（3）脈沖量采集：電度、累計流量；

　　（4）數據處理和發送功能：數據打包處理和"逢變則報"（Change Of State）發送或定時發送；

　　（5）畫面顯示：工藝流程圖、采樣點工況圖、各采樣參數歷史趨勢和實時趨勢圖等；

　　（6）系統組態：包括上下量程、上下限報警值及各系數的組態；

　　（7）過程報警：當某參數越限，或系統出現故障時自動報警；

　　（8）過程控制：可對機泵、閥門進行開、關、停等控制。對處于維修狀態的設備，在畫面上有標識；

　　（9）計算功能：對輸配流量，耗電量及各水泵的運行時間進行累計計算；

　　（10）人工補錄：當設備故障時，數據未能連續采集時,可人工補錄歷史數據定時或隨時打印生產班報表，日報表，月報表；

　　（二）總調中心功能

　　總調度中心的主要功能為接收各水廠和管網的數據，并以圖形界面方式顯示，建立歷史數據庫，報警管理，報表打印。

　　 WSCADA 2000總調中心由監控和管理級的計算機系統或計算機網絡構成，負責接收和處理來自各測站RTU的數據及相關信息。總調中心根據網絡在線數據和歷史數據完成對全流域的管理和調度，提供有關數據報表，及向各測站發布指令。

　　處于對系統可靠性的考慮，中心站主機采用雙機熱備模式，當系統中的一臺設備出現故障時，通過上位機組態軟件的判斷與切換由另一臺設備繼續工作，保證系統可持續性工作。

　　（1）數據通訊采集：接收水廠和管網測壓點的壓力、流量、泵運行參數、耗電量等信息。對采集的數據進行統計和處理并提供對整個系統的網絡數據庫管理；

　　（2）畫面顯示：廠站、管網的動態運行圖、實時趨勢圖、棒圖、運行報表、及其其他自定義畫面；同時顯示日期, 時間, 報警, 數據, 工藝流程, 設備狀態, 趨勢, 操作指導, 調度指令等；

　　（3）報警管理：提供全方位的報警功能，可在多種畫面中以直觀方式通知調度人員系統發生異常。不同級別的報警可在所有操作員站上接收，報警沒有確認時保持閃光，報警內容有：實際值和偏差值報警、給定值限值報警、系統自診斷報警、識別變送器運行在4-20mA范圍以外的報警、輸出限幅報警、電源故障報警、模板故障報警、通信故障報警等等；

　　（4）實時數據庫和歷史數據庫的生成；

　　（5）數據轉發：將實時數據通過網絡送到企業管理信息系統（MIS）；

　　（6）事故追憶：對事故發生前后的運行情況和各類報警進行記錄，以便分析事故的原因；

　　（7）打印： 1）隨機報警打印 2）定時或隨時報表打印：班報、日報、月報、年報等；

　　（8）統計計算和分析：系統能對供水量、供水總量等進行統計計算，并具有數據存儲、查詢、建帳等功能，供管理人員進行分析；

　　（9）實時監控：可選擇任一壓力點進行實時監控；

　　（10）過程控制：可對各廠機泵、閥門開、關、停等控制，且有操作權限密碼；

　　（11）人工補錄：當某站點故障，數據未能連續采集時，可人工補錄歷史數據, 以使報表數據完整；

　　（12）系統定義及維護: 編組顯示回路分配, 趨勢顯示和趨勢數據分配, 每個回路數據庫生成和更新, 畫面顯示和報表格式生成和更新,被選裝置詳細情況指示和自診斷, 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控制；

　　（14）信號管理：各種信號自動保存在存儲器中，通過鍵盤能方便地調出保存的信息，當存儲器溢出時，系統可通知操作員；

　　（15）提供對各RTU參數遠程設置；

　　（16）管理級功能: 包括總經理室、副總經理室、生產處等。管理級操作站的主要功能為實時動態顯示由調度室傳輸來的數據、報表等，供決策管理層參考。實現數據調用，功能等同調度計算機。

　　三、系統設計原則

　　WSCADA 2000主要追求的目標是系統技術先進，具有高可靠性和穩定性；系統應具有高可配置性和兼容性，易于開發，易于維護；具有較高的性能/價格比。硬件系統的先進性和穩定性；通信協議的可靠性和高效性；與PLC系統接口的正確性；以各種媒體作信道的效率及兼容性。

　　系統主要設計原則如下：

　　（1）硬件設備先進可靠，技術成熟，能安全運行于野外惡劣環境。硬件設備能與現場工藝儀表和控制執行機構規范化接口，配套完整；

　　（2）軟件具有開放的結構，技術成熟，能確保過程控制及管理系統可靠運行；

　　（3）整個系統使用方便，性能可靠，開放性擴展性強，性能價格比高，能夠保護用戶的投資效益；

　　（4）水廠自動化監控系統具有高水平。

　　

　　四、 WSCADA 2000的優勢

　　（一） WSCADA 2000的優勢

　　（1）組態方便，技術先進，運行可靠；

　　（2）系統兼容性強，能夠充分保護用戶關于自來水生產過程自動化和自動監測技術改造的早期投資；

　　（3）具有基于標準的ISO OSI七層網絡通信規約的通信協議CSMA/CD，保證系統可在同一無線通信網絡上實現快速、可靠的現場數據的傳輸和語音通話；

　　（4）上位機采用國內先進的工業組態軟件MCGS功能強，開放程度高，易于掌握，易于開發；

　　具有較高的性能/價格比。

　　（二）市場前景和推廣應用

　　根據"城市供水行業2000年技術進步規劃"的要求，目前，各類水司均在改

　　造、建設或籌建供水調度SCADA系統。可以說，供水調度SCADA系統在今天已不再是可有可無的錦上添花，而是企業管理系統內的一個必要配置。

　　當今，國內已經自主開發出的SCADA系統，無論從功能上還是性能上來說（特別是在SCADA系統與PLC系統的協議轉換功能、遠程診斷維護功能、系統整體的可靠性、通信協議的高效性和系統的開放性等方面），尚未能完全達到實用的要求。

　　正是在這種背景下，WSCADA 2000應運而生了。而WSCADA 2000系統的成功開發，無疑為城市供水調度SCADA系統的升級改造奠定了堅實的基礎；對我國城市供水科技進步，也同樣起到了積極的作用。

摘自　中國自動化網

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