一．引言
在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展的今天，綜合國力一天一天增強(qiáng)，隨著WTO的加入，標(biāo)志著我國各行各業(yè)必須以最快的速度與國際接軌。對(duì)我國中小城市自來水公司而言，采用現(xiàn)代電子信息技術(shù)及綜合自動(dòng)化技術(shù)來改造生產(chǎn)各個(gè)部門和進(jìn)行企業(yè)管理是極其重要的，這是改變目前我國中小城市自來水企業(yè)被動(dòng)局面的最有效的辦法之一。
就城市自來水公司而言，其企業(yè)特點(diǎn)是：分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、全開放。為了安全、穩(wěn)定、可靠地管理好遍布全城的供氣和供水管網(wǎng)，一定要有一個(gè)滿足其企業(yè)特點(diǎn)的、現(xiàn)代化的、先進(jìn)的企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS）。
城市自來水綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS）的組成如圖1所示，它是建立在Internet網(wǎng)基礎(chǔ)之上的，具有完全開放式的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要包括：
·信息管理中心系統(tǒng)（IMCS--Information Management Center System）
·企業(yè)管理與經(jīng)理決策支持系統(tǒng)（MIS/DSS），或稱：公司辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS--Office Automatic System ）
·企業(yè)社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)（Callcenter），它包含管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）和自動(dòng)抄表收費(fèi)系統(tǒng)（AMR——Automatic Meter Reading ）
·自來水管網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)
·數(shù)據(jù)倉庫
·生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA --Supervisory Control And Data Acquisition）




企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS）的基礎(chǔ)是企業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA Supervisory Control And Data Acquisition）。為了解決企業(yè)生產(chǎn)過程自下而上的信號(hào)采集、傳輸和實(shí)現(xiàn)自上而下的控制與管理，就必須要有一個(gè)可靠的SCADA系統(tǒng)來支撐。而一個(gè)完善的SCADA系統(tǒng)的建立，又依托于高精度、智能化的一次儀表獲取信息，準(zhǔn)確無誤的通訊手段傳輸數(shù)據(jù)和高效快捷的計(jì)算機(jī)處理能力。當(dāng)世界進(jìn)入90年代后，無論從測(cè)控儀表、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理能力均得到了飛速發(fā)展，SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用也日趨成熟。由于計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的突破性進(jìn)展，以及系統(tǒng)通訊的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的形成，SCADA技術(shù)已被賦予了嶄新的內(nèi)涵。它的建立使得企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、全廠信息集成以及企業(yè)上網(wǎng)等，均變得更加方便、靈活、容易和經(jīng)濟(jì)。
對(duì)于一個(gè)城市自來水企業(yè)，為了滿足對(duì)生產(chǎn)過程的調(diào)度和指揮，也同樣需要一個(gè)可靠的SCADA系統(tǒng)。它一般由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、分廠測(cè)控站、管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)等組成。它所具有的功能一般包括：數(shù)據(jù)采集控制功能，數(shù)據(jù)傳輸功能，數(shù)據(jù)顯示及分析功能，報(bào)警功能，歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、查詢功能，報(bào)表顯示及打印功能，遙控功能，網(wǎng)絡(luò)功能等。
SCADA系統(tǒng)的基本組成單元是遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU）。它完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。SCADA系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)比較廣泛，有儀表技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等。

北京安控科技發(fā)展有限公司，是一家集科、工、貿(mào)于一體的高新技術(shù)企業(yè)。公司不但技術(shù)力量雄厚，而且開發(fā)出了多種類型的RTU產(chǎn)品，在市政、油田、化工、電力等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。
近年來，公司在吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、征求諸多專家意見、總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又成功地開發(fā)出了通用一體化的新型RTU產(chǎn)品SuperE，解決了目前市場(chǎng)上RTU產(chǎn)品選型難、配套難、兼容性差等諸多問題。除此之外，公司對(duì)自來水行業(yè)的現(xiàn)狀、需求、技術(shù)進(jìn)行了深入研究，以SuperE為基礎(chǔ)又推出了適合于自來水SCADA系統(tǒng)應(yīng)用的有針對(duì)性的系列化RTU產(chǎn)品及系統(tǒng)軟件，提出了自來水SCADA系統(tǒng)的一體化解決方案。
以下就是自來水SCADA系統(tǒng)一體化解決方案的具體內(nèi)容。

二．生產(chǎn)工藝流程簡介
自來水的生產(chǎn)過程是：由水源取水送到自來水廠，在自來水廠經(jīng)過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網(wǎng)，提供給城市居民或工業(yè)用戶等使用。水源可來自水源井，也可來自地表水。在城市供水管道中途還設(shè)有中途加壓站。在城市管網(wǎng)中還設(shè)有許多測(cè)壓點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
整個(gè)工藝過程以水廠最為復(fù)雜，其工藝流程見圖3。
管網(wǎng)中途加壓站及水源井工藝流程較為簡單，這里不再描述。
在自來水整個(gè)生產(chǎn)過程中，需對(duì)水源井取水、水廠生產(chǎn)、管網(wǎng)中途加壓站、管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)的工作進(jìn)行監(jiān)控，由此形成一個(gè)完整的城市自來水生產(chǎn)過程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)（自來水SCADA系統(tǒng)）。在此基礎(chǔ)上，可組成城市自來水公司企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS）。







三．系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
1．總體結(jié)構(gòu)
城市自來水SCADA系統(tǒng)可劃分為5個(gè)組成部分：水司控制中心、水廠分控中心、管網(wǎng)測(cè)壓站、管網(wǎng)加壓站和水源井監(jiān)控站。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
一個(gè)自來水公司下屬可能有多個(gè)水廠，一個(gè)自來水廠又有多個(gè)工藝過程，同時(shí)又負(fù)責(zé)多個(gè)管網(wǎng)測(cè)壓站、管網(wǎng)加壓站和水源井監(jiān)控站的管理。如果將系統(tǒng)的所有信息都直接傳送到水司控制中心，由水司完成整個(gè)系統(tǒng)的控制是不合理的。因此就需要建立多個(gè)水廠分控中心，在水廠內(nèi)建立多個(gè)監(jiān)控分站和自來水取水、供水監(jiān)控站點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)信息的逐級(jí)傳輸和系統(tǒng)的分級(jí)控制。




水廠分控中心對(duì)水廠的生產(chǎn)及各站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，它是系統(tǒng)的信息采集和控制中心。水廠分控中心采集各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析匯總或打印等處理。通過數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給出報(bào)警信息或向站點(diǎn)發(fā)出控制命令，控制站點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行。水廠分控中心還需將匯總數(shù)據(jù)傳送到水司控制中心，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度和管理。
在水廠內(nèi)部根據(jù)生產(chǎn)管理的要求、生產(chǎn)工藝流程的復(fù)雜程度、信息量的大小和控制設(shè)備的多少來劃分水廠監(jiān)控分站，如：取水泵房分站、反應(yīng)沉淀池分站、濾站、送水泵房分站或水廠配電室分站等。每一個(gè)監(jiān)控分站采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息并上傳至水廠分控中心，同時(shí)接受水廠分控中心發(fā)出的控制命令，控制現(xiàn)場(chǎng)的各種工業(yè)設(shè)備。除此之外，每一個(gè)監(jiān)控分站都具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，它們即可由水廠分控中心控制，也可獨(dú)立工作脫離系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)的取水和供水管網(wǎng)監(jiān)控站點(diǎn)也是如此。
由于系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信息的逐級(jí)傳輸和系統(tǒng)的逐級(jí)控制，各個(gè)站點(diǎn)又具有獨(dú)立的工作能力，因此系統(tǒng)的靈活性和可靠性將大大提高。同時(shí)這種方式也適合于自來水行業(yè)現(xiàn)行的管理模式。

2.通信方式
SCADA系統(tǒng)一般采用無線傳輸方式來完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，使用的設(shè)備為無線電臺(tái)。無線傳輸一般采用主從應(yīng)答方式，即主站利用無線網(wǎng)絡(luò)下達(dá)命令，從站接收到命令后，執(zhí)行相應(yīng)操作，產(chǎn)生回應(yīng)。回應(yīng)可以為數(shù)據(jù)，也可以為系統(tǒng)信息。
如前所述，城市自來水公司生產(chǎn)過程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）包括：水司控制中心、多個(gè)水廠分控中心、多個(gè)水廠監(jiān)控分站、多個(gè)水源井監(jiān)控站、多個(gè)管網(wǎng)加壓站和多個(gè)管網(wǎng)測(cè)壓站。除一個(gè)水廠內(nèi)各監(jiān)控分站較為集中外，其它監(jiān)控站點(diǎn)均散布在城市的各個(gè)區(qū)域。因此通訊系統(tǒng)應(yīng)考慮城市地形、地貌的影響。正是由于自來水SCADA系統(tǒng)既有集中，又有分散的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中亦采用劃分區(qū)域、有線無線結(jié)合的通信策略。具體做法是：以一個(gè)水廠為一個(gè)通信區(qū)域，水廠分控中心為通信控制中心；水廠內(nèi)部各監(jiān)控站點(diǎn)與水廠分控中心采用有線通信方式（RS485），也可以采用無線通訊方式（電臺(tái)）；水廠管轄下的取水、供水管網(wǎng)監(jiān)控站點(diǎn)與水廠分控中心采用無線通信方式（電臺(tái)）；水廠分控中心與水司控制中心之間采用聯(lián)網(wǎng)通信方式（微波、光纜、衛(wèi)星、無線電、租用電話線等）。系統(tǒng)通訊方式示意圖見圖5。




3．基本組成單元
RTU（遠(yuǎn)程測(cè)控終端）是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元，采集、控制和通信是他所具有的基本功能。
對(duì)于具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)的企業(yè)，其SAS/SCADA系統(tǒng)的建立，離不開承上啟下的RTU產(chǎn)品。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不同，RTU也有不同形式的構(gòu)成與特點(diǎn)。
以城市自來水公司為例，城市供水綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的SCADA系統(tǒng)，必須具備并且非常重要的一個(gè)功能就是：實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)遍布于全市的自來水管網(wǎng)的壓力變化情況，另外還可能監(jiān)測(cè)流量、余氯和濁度三個(gè)數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用于管網(wǎng)測(cè)壓的RTU產(chǎn)品就是為此目的而設(shè)計(jì)的。由于管網(wǎng)測(cè)壓工藝簡單、無須控制、散布廣泛，因此就要求此類RTU產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。
水廠生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，采集控制點(diǎn)較多，因此也需要有功能較為強(qiáng)大RTU產(chǎn)品來支持。一般來說，此類RTU產(chǎn)品應(yīng)具有多種類型的信號(hào)輸入，具有強(qiáng)大的軟件支持，具有梯形圖、C語言等編程能力，可支持PID等多種控制算法，可實(shí)現(xiàn)有線或無線通信方式。在很多場(chǎng)合還需要它具有監(jiān)視和操作功能。只有這樣，才能夠滿足不同水廠、不同工藝、不同用戶的要求。
北京安控科技發(fā)展有限公司針對(duì)自來水企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，開發(fā)出了適合于不同場(chǎng)合應(yīng)用的RTU產(chǎn)品。以SuperE為代表的通用一體化RTU系列產(chǎn)品，可廣泛地應(yīng)用于城市供水SCADA系統(tǒng)中，可滿足不同用戶的不同要求。選擇不同配置的SuperE產(chǎn)品，輸入不同類型的控制程序，可形成管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)器 、管網(wǎng)中途加壓站控制器、水源井控制器、水廠監(jiān)控分站控制器等不同類型的RTU。SuperE產(chǎn)品外形見圖6，其特點(diǎn)見附錄I。




4．?dāng)?shù)據(jù)庫
自來水SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)以水司控制中心數(shù)據(jù)庫和水廠分控中心數(shù)據(jù)庫為核心，它們包含：水廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，水源、管網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)警、控制數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)、報(bào)表數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)等多種類型的數(shù)據(jù)信息。兩個(gè)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)類似，只是側(cè)重點(diǎn)不同。水司控制中心數(shù)據(jù)庫側(cè)重于統(tǒng)計(jì)、報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)，水廠分控中心數(shù)據(jù)庫側(cè)重