郭文艷　孫聰

【摘 要】 本文首先對(duì)給排水自動(dòng)化技術(shù)（SCADA）概述進(jìn)行了說明，然后對(duì)系統(tǒng)控制要求進(jìn)行了分析，最后詳細(xì)闡述了完善給排水自動(dòng)化技術(shù)的方法。

【關(guān)鍵詞】 給排水；自動(dòng)化；技術(shù)

一、前言

給排水自動(dòng)化技術(shù)的管理與控制是保證工程質(zhì)量優(yōu)劣的首要前提，給排水自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到工程的質(zhì)量，而且關(guān)系到人民群眾的切身利益。

二、給排水自動(dòng)化技術(shù)（SCADA）概述

1、計(jì)算機(jī)技術(shù)

近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得windows操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷的更新?lián)Q代，功能也越來越強(qiáng)大現(xiàn)在的SCADA系統(tǒng)都是基于windows的，具有很好的圖形化人機(jī)界面，其中PC機(jī)主要是用來做調(diào)度中心，SCADA系統(tǒng)就是通過一些組態(tài)軟件平臺(tái)，來完成給排水調(diào)度相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與處理，并將這些數(shù)據(jù)顯示和記錄建檔。其中，MMI的趨勢(shì)分析和控制功能，優(yōu)化了給排水的調(diào)度，提高了節(jié)能降耗的水平，而網(wǎng)絡(luò)功能則大大擴(kuò)展了多級(jí)SCADA系統(tǒng)的功能，更有利于水廠的多級(jí)管理。

2、通訊技術(shù)

通訊技術(shù)的選擇關(guān)系到SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，它使SCADA系統(tǒng)變得更加的豐富。在SCADA系統(tǒng)的上層管理中，選擇了LAN，WAN和Intranet等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為通訊技術(shù)，它們都是采用TCP/IP作為通訊協(xié)議的，并通過網(wǎng)關(guān)、路由器等連接形成一個(gè)系統(tǒng)。在SCADA系統(tǒng)終端中，數(shù)據(jù)線連接多數(shù)采用串行互連總線RS232，RS485和USB等方式，其中USB是能進(jìn)行熱切換、即插即用的接口，效率較高，得到了最廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)場、測量儀表與智能終端之間的通訊方式則包括無線通訊和有線通訊兩類。

3、控制技術(shù)

控制技術(shù)的可靠性主要是由控制設(shè)備的性能決定的，這些控制設(shè)備不僅包括SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)，還包括下位控制單元，如：遠(yuǎn)方終端RTU，智能測控裝置、專用的RTU，智能儀表、智能控制器以及PLC系統(tǒng)等雖然在每個(gè)SCADA系統(tǒng)中都會(huì)有若干臺(tái)控制設(shè)備，但主要有三種模式：PC+PLC模式、PC+單片機(jī)模式和純進(jìn)口的PC+RTU模式。PC+PLC模式是一種可靠性較高的技術(shù)產(chǎn)品，特點(diǎn)是嚴(yán)謹(jǐn)、方便，安裝容易，編程簡單易學(xué)，能給用戶提供高性能的硬件，系統(tǒng)軟件平臺(tái)水平較高，用戶軟件平臺(tái)易學(xué)、易懂，在給排水SCA-DA系統(tǒng)中主要用于復(fù)雜的計(jì)算和順序邏輯控制，而且規(guī)模越大就越經(jīng)濟(jì)，在自來水廠中得到廣泛的應(yīng)用，主要用于對(duì)自來水凈水過程、污水處理過程、自來水二級(jí)泵站多泵系統(tǒng)、遠(yuǎn)程調(diào)水中多泵閥等的控制單片機(jī)RTU只能用于做測壓點(diǎn)終端、簡單水源井控制和簡單環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，但價(jià)格較低，而純進(jìn)口的PC+RTU模式費(fèi)用非常昂貴，所以這兩種模式應(yīng)用較少目前，主流的模式為混合模式，即采用PLC和單片機(jī)RTU構(gòu)成混合SCADA下位機(jī)。

4、傳感技術(shù)

在SCADA系統(tǒng)中，有許多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)需要講行采集和調(diào)控，如：水位、壓力、流量、溫度、濕度、濁度、余氯，BOD，COD，電壓、電流、功率、電度，等，這些都要通過傳感器來進(jìn)行傳感器有智能型和非智能型兩種非智能型只能用于電量標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)的轉(zhuǎn)換和非電量理化數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)化電量信號(hào)的轉(zhuǎn)換，而智能型不但具有非智能型傳感器功能，還能夠進(jìn)行上、下限報(bào)警設(shè)置，數(shù)據(jù)顯示，以及簡單數(shù)字邏輯控制和PID調(diào)節(jié)等。

三、系統(tǒng)控制要求

給排水系統(tǒng)的監(jiān)控和管理由現(xiàn)場控制和集控中心來實(shí)現(xiàn)，其最終目的是實(shí)現(xiàn)給排水的合理調(diào)度，也就是說，無論用戶用水量怎樣變化，水泵都能及時(shí)改變其運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)水泵的最佳運(yùn)行。

給排水的監(jiān)控系統(tǒng)需隨時(shí)監(jiān)視大樓給排水系統(tǒng)，并自動(dòng)儲(chǔ)水及排水；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或需要維護(hù)時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，通知管理人員處理。給排水系統(tǒng)監(jiān)控主要包括水泵的自動(dòng)啟?？刂?、水泵的故障報(bào)警、水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、水箱水位監(jiān)測等，通過程序設(shè)計(jì)來滿足自動(dòng)控制要求，即根據(jù)水箱的高低水位信號(hào)來控制水泵的啟/停，并且進(jìn)行溢水和枯水預(yù)警。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)火災(zāi)信號(hào)的性質(zhì)立即啟動(dòng)消防泵。

高位水箱與低位水箱中均設(shè)液位計(jì)，將水位信號(hào)送至B&RPCC2003控制器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；回水泵應(yīng)同時(shí)接受這兩個(gè)水箱的制約。當(dāng)?shù)臀凰涮幱诘退粫r(shí)，為了避免水泵的空轉(zhuǎn)，無論高水位水箱如何，回水泵都不能啟動(dòng)；應(yīng)設(shè)有3臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示器及自動(dòng)鼓掌顯示、液位顯示。3抬電機(jī)均有過載保護(hù)，短路保護(hù)，對(duì)于變頻器啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)先是接觸器通電，然后變頻器通電；停止時(shí)，變頻器先停止運(yùn)行，然后接觸器斷電。設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換，手動(dòng)時(shí)，可優(yōu)操縱者分別啟動(dòng)每臺(tái)水泵；自動(dòng)時(shí)，制定啟動(dòng)運(yùn)行后，由B&R控制器根據(jù)高/低位水箱的液位計(jì)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算判斷后，對(duì)3臺(tái)水泵運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；手動(dòng)十，3臺(tái)水泵可同時(shí)運(yùn)行，而自動(dòng)時(shí)，生活泵和消防泵不能同時(shí)運(yùn)行；對(duì)生活泵要能實(shí)現(xiàn)恒壓供水。手動(dòng)控制時(shí)，變頻器解除。

四、完善給排水自動(dòng)化技術(shù)的方法

1、充分利用社會(huì)資源建設(shè)SCADA系統(tǒng)

眾所周知，計(jì)算機(jī)（PC）技術(shù)與通訊技術(shù)已構(gòu)成了巨大的社會(huì)資源。這包括數(shù)以萬計(jì)的PC軟硬件平臺(tái)、有線電話（PSDN、ISDN）、無線電話（GSM、CDMA）、衛(wèi)星通訊、廣電網(wǎng)（B ISDN）、INTernet、INTranet以及各種通訊總線、協(xié)議等。給排水SCADA系統(tǒng)建設(shè)要盡可能地利用上述資源，這包括：利用不斷發(fā)展升級(jí)的PC軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建SCADA調(diào)度中心；利用WAN技術(shù)與公共通訊網(wǎng)構(gòu)成多級(jí)SCADA調(diào)度系統(tǒng)；利用INTernet技術(shù)與防火墻技術(shù)，在網(wǎng)上對(duì)SCADA調(diào)度進(jìn)行遠(yuǎn)方瀏覽與操作；利用B ISDN增值業(yè)務(wù)和無線雙向?qū)ず魳I(yè)務(wù)作為SCADA遠(yuǎn)方智能控制單元的數(shù)據(jù)通訊；在網(wǎng)上學(xué)習(xí)瀏覽SCADA新技術(shù)、新設(shè)備、新經(jīng)驗(yàn)。

2、SCADA系統(tǒng)集成的建議

我很贊成COTS（Commercialoff-Theshelf）的做法，意為采用商品化的產(chǎn)品和技術(shù)。這是采用社會(huì)化大生產(chǎn)方式集成SCADA系統(tǒng)的方式，也是構(gòu)建最合理、最可靠、最廉價(jià)的SCADA系統(tǒng)的方式，所采用的技術(shù)包括：調(diào)度中心軟件應(yīng)徹底淘汰由集成商自編的軟件，改用基于Windows95以上平臺(tái)的forSCADA組態(tài)軟件。這樣多系統(tǒng)的互相移植與互連、升級(jí)、功能擴(kuò)充、冗余、熱備份、數(shù)據(jù)庫、優(yōu)化手段、上網(wǎng)等功能可一次性解決，擺脫了某些系統(tǒng)集成商的暗箱操作，使系統(tǒng)維護(hù)由自己或社會(huì)進(jìn)行。

在盡量采用公共通訊網(wǎng)仍然不足以解決問題的情況下，應(yīng)選擇專業(yè)化、商品化的產(chǎn)品，構(gòu)建SCADA通訊網(wǎng)。很多科研單位自行研發(fā)的通訊設(shè)備因小批量、手工制造，質(zhì)量很差，早應(yīng)淘汰。只有規(guī)模生產(chǎn)才有規(guī)模效益。

對(duì)構(gòu)成SCADA系統(tǒng)影響最大的是現(xiàn)場控制單元設(shè)備PLC或RTU：！對(duì)較復(fù)雜的順序控制應(yīng)選用PLC，但要注意該P(yáng)LC要具備與上位機(jī)組態(tài)軟件相適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和適用的通訊接口。從一般意義上看，各種PLC沒有質(zhì)量差別。?模擬量數(shù)據(jù)采集和簡單控制應(yīng)充分調(diào)查供方市場，并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)分析，盡量采用能與上位機(jī)進(jìn)行通訊的智能儀表。#對(duì)選用單片機(jī)構(gòu)成的RTU或PCU應(yīng)注意選用市售的商品而非科研單位自己使用的東西。

市售商品應(yīng)包括如下特點(diǎn)：按規(guī)模生產(chǎn)、有標(biāo)準(zhǔn)、有規(guī)模、有廠牌按系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)（即有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件應(yīng)按梯形圖編程）、能提供全部軟硬件文檔、負(fù)責(zé)培訓(xùn)等售前售后服務(wù)、有適用的通訊接口并完整提供接口使用方法。?建議不采用進(jìn)口高價(jià)位RTU。%構(gòu)建的SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不能依賴某特定的供應(yīng)商提供的軟硬件平臺(tái)。

3、對(duì)SCADA系統(tǒng)設(shè)備制造商的建議

生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)備應(yīng)注意開放性原則，包括：！標(biāo)準(zhǔn)化：程序設(shè)計(jì)、通信、網(wǎng)管、界面、接口等按國際標(biāo)準(zhǔn)兼容；?可移植性：應(yīng)用程序可在多種平臺(tái)上互相移植；#可伸縮性：設(shè)計(jì)的系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)按需要而伸縮；?可互操作性：不依賴特定供應(yīng)商的平臺(tái)。選用最新技術(shù)與產(chǎn)品：大規(guī)模集成電路的發(fā)展使原來需多個(gè)元件完成的工作，已集成在一個(gè)芯片上。選用高功能的CPU是降低造價(jià)與提高可靠性的捷徑。同時(shí)還要注意新的總線協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。加強(qiáng)軟件的研制投入：建設(shè)一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，硬件采用商品化的產(chǎn)品，除現(xiàn)場安裝之外，絕大部分工作是開發(fā)軟件。加強(qiáng)不同應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境的軟件研制的投入，形成自己的NOWHOW是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

五、結(jié)束語

從實(shí)踐出發(fā)對(duì)當(dāng)前給排水自動(dòng)化，進(jìn)行了粗略的分析和研究。綜上分析，給排水自動(dòng)化技術(shù)的主要任務(wù)是運(yùn)用科學(xué)的方法，促進(jìn)給排水工作的開展。

參考文獻(xiàn)：

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