基于无线通讯的分布式的SCADA系统———WSCADA2000

［摘要］： WSCADA 2000将先进的计算机技术、工业控制技术、通信技术有机地结合在一起，既具有强大的现场测控功能，又具有极强的组网通信能力，实现远程遥测和遥控功能，它为实现远程自动化数据采集和远程控制提供了最基本的平台。下面以一个应用于某城市供水调度系统为例，扼要地说明一下WSCADA 2000的系统结构、功能、优缺点及应用推广前景等。［关键词］：无线通讯 WSCADA 2000 分布式　
  　　SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即监视控制和数据采集系统。WSCADA 2000是wireless_based的分布式的SCADA系统，它集中了PLC系统的现场测控功能和DCS系统的信息共享和组网通信能力的两大优点, 其突出特点是信道配置为无线通信系统, 性能价格比很高, 适于地域广阔的应用环境的无线通信系统。
       WSCADA 2000将先进的计算机技术、工业控制技术、通信技术有机地结合在一起，既具有强大的现场测控功能，又具有极强的组网通信能力，实现远程遥测和遥控功能，它为实现远程自动化数据采集和远程控制提供了最基本的平台。下面以一个应用于某城市供水调度系统为例，扼要地说明一下WSCADA 2000的系统结构、功能、优缺点及应用推广前景等。

  一、 系统结构和特点
（一） 系统结构
       在现代水厂自动化解决方案中，无线数据采集、传输是由专业的数据传输电台来完成的。主控站的上位机运行工业组态软件，通过数据传输电台之间以随机访问（CSMA/CD）方式实现无线信道共享点对点通信，数据传输电台下可以连接上位机、PLC、RTU或数据采集设备等，电台工作于专用数传频段（223-235MHz），数据接口为RS-232/485，传输速率由300-38400bps可选。这种无线通讯网络的覆盖半径依地理状况等因素不同可以达到30-50公里。系统结构如下图所示（以MDS2710A为例 ）：


  
系统技术方案：软硬件配置采用WSCADA 2000，上位机采用国内先进的工业组态软件MCGS，在此基础上进行二次开发（无线驱动程序的开发）。
（二） 系统特点
       随着社会经济的不断发展，必然促使自来水工艺水平的不断提高。它以提高供水质量，提高供水系统安全，降低人耗、物耗和水耗这一综合效益为目标，这在"城市供水行业2000年技术进步规划"中已有阐述。为了达到这一目标，要求供水调度系统从设计和选型上就必须考虑到水厂、管网和管理信息系统的一体化和配套完整性。因此对于生产过程自动化和现代化检测技术的需求，对于自来水供调度远程监控和数据采集系统（SCADA）的需求也就随之而来。
       某城市供水调度系统特点是水厂多分布在距城市中心较远的地区，自来水管网分布面广，采用有线方式传送现场数据的难度较大，采用无线通信是最为可行的。故适合采用无线通讯方式的SCADA系统。

  二、 系统各级功能描述
       某城市供水调度系统由二级调度中心和现场RTU组成。二级调度中心即总调中心和厂调中心，总调中心的主要功能是实现对整个水务总公司的数据显示、报表分析、控制命令和优化调度并将数据送至上级的管理信息系统；厂调中心所完成的主要功能是通过有线或无线数传方式实现监测水厂及所辖水井、管网各种类型的工艺参数，并将回收的数据以友好的图形界面提供给用户，建立历史数据库、报警管理、报表打印、共享回收的数据和系统工程师可在中心站（或任意其它RTU）上对RTU进行远程维护及监视；现场RTU实现对现场数据的采集和控制命令的执行。整个系统共有总调中心1个，厂调中心5个，测压点17个和现场RTU 90个。总之，该系统的主要功能是监测自来水生产和输配过程的工艺参数，控制（自动、远操或手动）有关设备的运行。
系统各级功能描述
（一） 厂调中心和现场RTU功能:
将管网压力数据采样点和水厂的数据采集量及现场控制信号, 通过有线或无线系统发给上级调度中心。
（1） 模拟量采集：管网压力、机温、电压、电流、瞬时流量；
（2） 数字量采集：水泵状态；
（3） 脉冲量采集：电度、累计流量；
（4） 数据处理和发送功能：数据打包处理和"逢变则报"（Change Of State）发送或定时发送；
（5） 画面显示：工艺流程图、采样点工况图、各采样参数历史趋势和实时 趋势图等；
（6） 系统组态：包括上下量程、上下限报警值及各系数的组态；
（7） 过程报警：当某参数越限，或系统出现故障时自动报警；
（8） 过程控制：可对机泵、阀门进行开、关、停等控制。对处于维修状态的设备，在画面上有标识；
（9） 计算功能：对输配流量，耗电量及各水泵的运行时间进行累计计算；
（10） 人工补录：当设备故障时，数据未能连续采集时,可人工补录历史数据 定时或随时打印生产班报表，日报表，月报表；
（二） 总调中心功能
       总调度中心的主要功能为接收各水厂和管网的数据，并以图形界面方式显示，建立历史数据库，报警管理，报表打印。
       WSCADA 2000总调中心由监控和管理级的计算机系统或计算机网络构成，负责接收和处理来自各测站RTU的数据及相关信息。总调中心根据网络在线数据和历史数据完成对全流域的管理和调度，提供有关数据 报表，及向各测站发布指令。
      处于对系统可靠性的考虑，中心站主机采用双机热备模式，当系统中的一台设备出现故障时，通过上位机组态软件的判断与切换由另一台设备继续工作，保证系统可持续性工作。
（1） 数据通讯采集：接收水厂和管网测压点的压力、流量、泵运行参数、 耗电量等信息。对采集的数据进行统计和处理并提供对整个 系统的网络数据库管理；
（2） 画面显示：厂站、管网的动态运行图、实时趋势图、棒图、运行报表、 及其其他自定义画面；同时显示日期, 时间, 报警, 数据, 工艺流程, 设备状态, 趋势, 操作指导, 调度指令等；
（3） 报警管理：提供全方位的报警功能，可在多种画面中以直观方式通知调 度人员系统发生异常。不同级别的报警可在所有操作员站 上接收，报警没有确认时保持闪光，报警内容有：实际值和 偏差值报警、给定值限值报警、系统自诊断报警、识别变送 器运行在4-20mA范围以外的报警、输出限幅报警、电源故 障报警、模板故障报警、通信故障报警等等；
（4） 实时数据库和历史数据库的生成；
（5） 数据转发：将实时数据通过网络送到企业管理信息系统（MIS）；
（6） 事故追忆：对事故发生前后的运行情况和各类报警进行记录，以便分析 事故的原因；
（7） 打印： 1）随机报警打印 2）定时或随时报表打印：班报、日报、月报、年报等；
（8） 统计计算和分析：系统能对供水量、供水总量等进行统计计算，并具有 数据存储、查询、建帐等功能，供管理人员进行分析；
（9） 实时监控：可选择任一压力点进行实时监控；
（10） 过程控制：可对各厂机泵、阀门开、关、停等控制，且有操作权限密码；
（11） 人工补录：当某站点故障，数据未能连续采集时，可人工补录历史数据, 以使报表数据完整；
（12） 系统定义及维护: 编组显示回路分配, 趋势显示和趋势数据分配, 每个 回路数据库生成和更新, 画面显示和报表格式生成和 更新,被选装置详细情况指示和自诊断, 锁住和解锁, 回路增加和减少；
（13） 控制：顺序控制、紧急连锁控制和先进控制；
（14） 信号管理：各种信号自动保存在存储器中，通过键盘能方便地调出保存 的信息，当存储器溢出时，系统可通知操作员；
（15） 提供对各RTU参数远程设置；
（16） 管理级功能: 包括总经理室、副总经理室、生产处等。 管理级操作站的主要功能为实时动态显示由调度室传输来的数据、报表等，供决策管理层参考。实现数据调用， 功能等同调度计算机。

  三、 系统设计原则
       WSCADA 2000主要追求的目标是系统技术先进，具有高可靠性和稳定性；系统应具有高可配置性和兼容性，易于开发，易于维护；具有较高的性能/价格比。硬件系统的先进性和稳定性；通信协议的可靠性和高效性；与PLC系统接口的正确性；以各种媒体作信道的效率及兼容性。
系统主要设计原则如下：
（1） 硬件设备先进可靠，技术成熟，能安全运行于野外恶劣环境。硬件设备能与现场工艺仪表和控制执行机构规范化接口，配套完整；
（2） 软件具有开放的结构，技术成熟，能确保过程控制及管理系统可靠运行；
（3） 整个系统使用方便，性能可靠，开放性扩展性强，性能价格比高，能够保护用户的投资效益；
（4） 水厂自动化监控系统具有高水平。

四、 WSCADA 2000的优势
（一） WSCADA 2000的优势
（1） 组态方便，技术先进，运行可靠；
（2） 系统兼容性强，能够充分保护用户关于自来水生产过程自动化和自动监测技术改造的早期投资；
（3） 具有基于标准的ISO OSI七层网络通信规约的通信协议CSMA/CD，保证系统可在同一无线通信网络上实现快速、可靠的现场数据的传输和语音通话；
（4） 上位机采用国内先进的工业组态软件MCGS功能强，开放程度高，易于掌握，易于开发；
具有较高的性能/价格比。
（二） 市场前景和推广应用
      根据"城市供水行业2000年技术进步规划"的要求，目前，各类水司均在改造、建设或筹建供水调度SCADA系统。可以说，供水调度SCADA系统在今天已不再是可有可无的锦上添花，而是企业管理系统内的一个必要配置。
　　 当今，国内已经自主开发出的SCADA系统，无论从功能上还是性能