一、引言
供水工程的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用以計算機為核心和網絡信息化為基礎的監(jiān)控與數(shù)據采集SCADA系統(tǒng)整個系統(tǒng)采用工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網作為主要的通信平臺該系統(tǒng)將達到在調度控制中心完成對全網進行監(jiān)控調度管理的自動化水平，操作人員在調度控制中心通過SCADA系統(tǒng)可完成對管道的監(jiān)控和運行管理。
具體表現(xiàn)為：各站場達到無人操作，有人值守的管理水平；自動控制系統(tǒng)將自動連續(xù)的監(jiān)測和控制管道的運行，保證人身管道設備安全；使管道以最低的運行成本最優(yōu)的工況正常運行；采用的設備控制系統(tǒng)及材料是技術先進性價比高能滿足所處環(huán)境和工藝條件在工業(yè)應用中被證明是成熟的產品；各工藝站場的站控系統(tǒng)（Station Control System，SCS）和RTU與調度中心之間的通信采用一主一備的通訊通道，同時兼容GSM無線通訊等通道；調度控制中心與各個站場的SCS之間采用光纖進行通信；調度中心與各站場在網絡上都是點對點的鏈接。
二、系統(tǒng)網絡結構
供水系統(tǒng)網絡結構如圖1所示
為了確保供水系統(tǒng)安全、平穩(wěn)、可靠和高效的運行，采用先進的西門子自動化SCADA技術對其供水管網及配套設施的工藝參數(shù)和設備運行情況進行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)，同時SCADA系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)（MIS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）相結合，這也是必然的發(fā)展趨勢它是整個供水系統(tǒng)中非常重要的部分
城市供水系統(tǒng)站控系統(tǒng)由RTU進行站場的監(jiān)視和控制，并將站場管線上的關鍵運行參數(shù)以SCADA系統(tǒng)特有的數(shù)據規(guī)程，都遵守TCP/IP通訊協(xié)議，通過光纖通信數(shù)傳通道或GSM網無線網送至調度控制中心，并接受調度控制中心的操作指令，完成關鍵設備的遠程控制要保證系統(tǒng)提供詳盡可靠的實時信息。及時發(fā)現(xiàn)隱患，突發(fā)事故維修現(xiàn)場的指揮調度反應迅速，保持整個供水系統(tǒng)的業(yè)務聯(lián)系隨時暢通，就必須保證通信系統(tǒng)的絕對可靠性。
通信系統(tǒng)的設計原則是：
1．技術的先進性：新建系統(tǒng)一次投資大，必須充分采用最新的成熟技術，避免技術落后重復改造重復建設，如采用光纖環(huán)網監(jiān)控中心各站場的管理運行操作軟件統(tǒng)一化
2．系統(tǒng)建設的前瞻性：城市供水系統(tǒng)是復雜的信息管理系統(tǒng)，必須考慮新增的需求，如視頻監(jiān)測．用水信息管理等新老及將來的項目都必須極易兼容鏈接
3．經濟實用性：在滿足語音數(shù)據業(yè)務的同時，要綜合考慮光纖通信網絡的綜合建設費用和維護費用，采用最經濟最可靠的綜合方案
4．系統(tǒng)的資源增值性：系統(tǒng)建設本身就是資源投資，必然考慮資源的增值性，鋪設光纖以資源投資的形式成為新的經濟增長點。
根據設計要求，選用雙冗余自愈環(huán)主干網，到各節(jié)點可采用“直線”，或“小環(huán)網”的接入方式對于集中在一個片區(qū)，或距離較近的幾個點，建議選用“小環(huán)網”的組網方式，可以提高可靠性，在其中某一段光纖出現(xiàn)通信故障，如因管道檢修維護造成光纜損傷的情況下不影響正常的語音視頻數(shù)據通信。
光纖采用單模，適用于SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）技術，配以2.5Gb/s（STM16），傳輸1550nm光信號通過光端機分離出若干個標準El（G.703）接口，組成PABX網。配合可提供El標準接口的路由器接入LAN（TCP/IP 10/100M）網對于無人值守的站點，不需要語音通信，也可選用光纖直接轉換到以太網的設備。
三、控制系統(tǒng)的配置組成
供水工程SCADA系統(tǒng)設有一個控制調度中心若千個站控系統(tǒng)幾十個管網監(jiān)控點（RTU）控制系統(tǒng)。近則幾百米、遠則幾百公里，如圖2所示。
控制調度中心的兩臺服務器要互為備份，協(xié)同工作，共同完成對各站控系統(tǒng)、管網監(jiān)控點進行不間斷的監(jiān)控。
各站控系統(tǒng)和RTU作為SCADA系統(tǒng)的遠方控制單元是保證SCADA系統(tǒng)正常運行的基礎，為調度控制中心調度管理與控制命令的遠方執(zhí)行單元，是SCADA系統(tǒng)中最基礎的監(jiān)控級SCS和RIU不但能獨立完成對所在工藝站場的數(shù)據采集和控制，而且將有關信息傳送給調度控制中心并接受下達的命令
站控系統(tǒng)主要由計算機網絡系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC、操作員工作站及進行數(shù)據傳輸?shù)耐ㄓ嵲O備組成。
RTU是一種獨二的小型智能控制設備，具有編程組態(tài)靈活功能齊全通訊能力強維護方便自診斷能力強，可適應惡劣的環(huán)境條件可靠性高等特點。
各個站場的站控系統(tǒng)或RTU將完成對本工藝站場的監(jiān)控及連鎖保護等任務，并接受和執(zhí)行調度控制中心下達的命令。
綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)以下操作模式：
整個系統(tǒng)的調度控制中心集中監(jiān)視和控制；
站場的站控系統(tǒng)自動/手動控制；
站場單體設備（如壓縮機組）的自動/手動控制站場子系統(tǒng)的自動/手動控制；
就地手動操作控制
在正常情況下，由調度控制中心對全網進行集中監(jiān)視，對特別重要的個別設備也可進行遠方控制操作人員在調度控制中心通過計算機系統(tǒng)完成對全網的監(jiān)視操作和管理各站控制系統(tǒng)或RTU在調度控制中心的統(tǒng)一指揮下完成各自的控制任務控制權限由調度控制中心確定，經調度控制中心授權后。才允許操作人員通過站控系統(tǒng)或RTU對各站進行授權范圍內的技術任務當數(shù)據通訊系統(tǒng)發(fā)生故障或系統(tǒng)檢修時，由站控系統(tǒng)或RTU應獨自完成對本站的監(jiān)視控制。當進行設備檢修或緊急停車時，可采用就地手動控制。
SCADA系統(tǒng)在正常和非正常的情況下將自動完成對輸水管道的監(jiān)控保護和管理。為了保證SCADA系統(tǒng)各站點之間的數(shù)據交換的實時性，使其及時準確可靠協(xié)調高效率的工作，SCADA系統(tǒng)的數(shù)據更新應采用多種方式進行，如周期掃描例外掃描查詢例外報告報警等。
調度控制中心的實時服務器對各站控系統(tǒng)采用點對點的通訊方式，都是通過網絡在線進行工作。
在正常情況下，系統(tǒng)采用周期掃描，即按固定周期有規(guī)律地集中更新數(shù)據，SCADA數(shù)據庫中的每一個點根據其性質不同為它們定義不同的掃描周期SCADA系統(tǒng)管網全線掃描一次的數(shù)據更新時間不超過15s。
系統(tǒng)中有突發(fā)事件或特殊請求發(fā)生時（如發(fā)布操作命令對某一局部重點監(jiān)控發(fā)生報警等），系統(tǒng)將中斷周期掃描，采用其他掃描方式工作，優(yōu)先保證重要數(shù)據/命令的傳輸，確保系統(tǒng)實時性。
（一）調度控制中心
如圖3所示，調度控制中心的SCADA計算機系統(tǒng)采用雙網冗余分布式SCADA計算機系統(tǒng)由SCADA實時數(shù)據服務器SCADA歷史數(shù)據服務器SCADA WEB服務器分析服務器打印和應用服務器操作員工作站工程師工作站管線模擬工作站背影系統(tǒng)投影儀．冗余磁盤陣列磁帶機打印機交換機網絡通信設備和GPS時鐘設備等設備組成為提高系統(tǒng)的可靠性SCADA實時數(shù)據服務器SCADA歷史數(shù)據服務器和局域網采用熱備冗余配置，調度控制中心通過骨干光纖環(huán)網與各個站控系統(tǒng)管網監(jiān)控點RTU通信。
使用西門子SIMATIC NET技術，組成開放性的工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網，符合IEEE802 3U規(guī)定?？蓮木W絡中任何點進行設備互動和故障檢查，具有冗余網絡拓撲結構。網絡元件通過EMC測試，具有很強的抗干擾能力，并能夠適用了嚴酷的工業(yè)環(huán)境中，通過以太網卡，即可實現(xiàn)與任何站控系統(tǒng)的PLC的通信連接，系統(tǒng)都遵循工TCP/IP通信協(xié)議網絡上的以太網交換機，是實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)監(jiān)控功能的關鍵設備特別要指出的是，西門子交換機的光纖交換機模塊OSM和電氣交換機ESM模塊，成本低效率高，用西門子SCALANCE系列交換機，建立10/100Mbit/s的工業(yè)以太網，能方便構建網絡拓樸結構，能提供功能強大的網絡質量優(yōu)良的管理和診斷服務，為客戶提供理想化的網絡解決方案
（二）站控系統(tǒng)
站控系統(tǒng)是抽水泵站的控制系統(tǒng)，包括PS1、PS2、PS3;該系統(tǒng)主要由遠程終端裝置RTU/PLC站控計算機通信設施及相應的外部設備組成站控系統(tǒng)由RTU/PLC進行站場的監(jiān)視和控制，并將站場管線的關鍵運行參數(shù)以SCADA系統(tǒng)特有的數(shù)據規(guī)程，通過光纖通道送至調度控制中心，并接受調度控制中心的操作指令，完成關鍵設備的遠程控制。
站控系統(tǒng)具有獨立運行的能力，當SCADA系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障或站控系統(tǒng)與調度控制中心的通信中斷時，不影響其數(shù)據采集和控制功能
利用工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網組網。站控系統(tǒng)結構圖如圖4所示。
PLC的數(shù)據，并進行分析處理，操作員通過SCADA軟件可以了解泵站的工作狀況，控制管網的運行
使用開放性工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網組網，符合正EE802.3U，可從網絡中任何點進行設備啟動和故障檢查，具有冗余網絡拓撲結構服務器通過配置以太網卡即可實現(xiàn)與PLC的即時通信連接，系統(tǒng)遵循TCP/IP通信協(xié)議。
（三）管網監(jiān)控點
本工程的管網監(jiān)控點包括：壓力穩(wěn)定裝置——PI站提升池站幾十個管網沿線城市分輸站。
這些監(jiān)控點的PLC和工作站計算機之問的通信用局域網實現(xiàn)，使用標準的TCP/IP協(xié)議來完成PLC和計算機通過網絡共享資源，如圖5所示
以上各類監(jiān)控站通常分布在城網管線上，在野外且無人值守，根據實際環(huán)境的考慮，如果有必要還可采用戶外型PLC,適用于惡劣環(huán)境。對PLC的設計采用集中式原則，PLC通過I/O口采集或控制相應的信號量通過以太網通信模塊，由以太網轉光纖接口設備連接到主干光纖網，為方便操作，也可通過適配器完成便攜式PC對PLC的操作
四、結語
對于供水工程SCADA控制系統(tǒng)設計方案，本文僅就其中的工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網部分如何應用西門子自動化技術購建開放性的監(jiān)控系統(tǒng)作了介紹，為類似工程的自控系統(tǒng)設計提供一個參考
隨著工業(yè)控制技術和IT技術的不斷發(fā)展，國際上先進自動化控制理念和技術在水行業(yè)越來越受到廣泛的推崇。以工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網絡構成的集散監(jiān)控系統(tǒng)已成為水行業(yè)自動化的主流通過標準開放的TCP/IP協(xié)議100Mbps快速以太網（1000Mbps以上的快速以太網）將各種控制設備及不同的網絡都能無縫連接，實現(xiàn)數(shù)據的高速傳輸和實時控制，對水行業(yè)來說是安全可靠和經濟適用的。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
