張 弛

（遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110166）

SCADA系統(tǒng)在大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）的應(yīng)用評(píng)價(jià)

張 弛

（遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110166）

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)?？梢詫?duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。文章介紹了大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)的基本組成及應(yīng)用情況，CCU、LCU、RTU等自控設(shè)備在該項(xiàng)目中的應(yīng)用，并分析了上位機(jī)系統(tǒng)、PLC控制網(wǎng)的組成，討論了SCADA系統(tǒng)在該項(xiàng)目中實(shí)用的程度。

大伙房水庫(kù)輸水工程；SCADA系統(tǒng)；通信系統(tǒng)；上位機(jī)系統(tǒng)；下位機(jī)系統(tǒng)；監(jiān)控

0 引 言

大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）主要是從大伙房水庫(kù)進(jìn)行引水，通過隧洞與管道，利用封閉供水的形式，向沈陽(yáng)、撫順、鞍山、遼陽(yáng)、盤錦、營(yíng)口這6個(gè)城市進(jìn)行供水，由于系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)工況比較復(fù)雜，對(duì)控制的要求非常高。

為更好的實(shí)現(xiàn)工程全線設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定而可靠，從計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的采集與SCADA系統(tǒng)作用分析、SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能、通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)PLC監(jiān)控系統(tǒng)等方面進(jìn)行了分析。SCADA系統(tǒng)建成后可以幫助大伙房水庫(kù)輸水工程運(yùn)行管理提供科學(xué)技術(shù)手段。

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。

1 大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)作用分析

SCADA系統(tǒng)在大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）中占有重要的地位，管理沿線輸水管道的各閥門開關(guān)和開度控制、設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)同步傳輸記錄，監(jiān)控管道沿線及各管理處系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

各管理處的站內(nèi)控制系統(tǒng)作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元，除完成對(duì)所處管理處的監(jiān)控任務(wù)外，同時(shí)負(fù)責(zé)將有關(guān)信息傳送給沈陽(yáng)調(diào)度控制中心（或備用調(diào)度中心）并接受和執(zhí)行其下達(dá)的命令，并將所有的數(shù)據(jù)記錄儲(chǔ)存。

SCADA系統(tǒng)主要監(jiān)控與調(diào)節(jié)對(duì)象包括取水口快速閘門、取水口破冰系統(tǒng)、電動(dòng)蝶閥、調(diào)流閥、液控緩閉蝶閥、加壓泵、加氯、電氣開關(guān)站設(shè)備、柴油發(fā)電機(jī)組及輸水工藝特性參數(shù)等［1］。

2 大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)采用三級(jí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)：調(diào)度中心控制級(jí)、調(diào)度分中心控制級(jí)、現(xiàn)地控制單元。按地點(diǎn)可劃分為9套子系統(tǒng)（大連、本溪支線自負(fù)盈虧，不列入討論）：調(diào)度中心、備調(diào)中心、取水頭部、撫順、沈陽(yáng)1、沈陽(yáng)2、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)盤。

3 大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)總體構(gòu)成與功能

大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心主控級(jí)由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、通信服務(wù)器、磁盤陣列、操作員工作站、維護(hù)工作站、報(bào)警工作站、網(wǎng)關(guān)機(jī)等設(shè)備組成。主要完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制命令下發(fā)、圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)外部通信等功能［2］。結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1 大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

SCADA系統(tǒng)調(diào)度分中心主控級(jí)主要由操作員工作站、報(bào)警工作站、通信工作站等構(gòu)成，主要完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制命令下發(fā)、圖形顯示、系統(tǒng)外部通信等功能。結(jié)構(gòu)圖如下：

圖2 SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心結(jié)構(gòu)圖

SCADA系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元由CCU、LCU及RTU構(gòu)成。其中CCU是中央控制單元，LCU是CCU的一個(gè)遠(yuǎn)程I／O單元即現(xiàn)地控制單元，RTU是遠(yuǎn)程測(cè)控終端。主要完成數(shù)據(jù)采集與處理、設(shè)備控制與調(diào)節(jié)、與主控級(jí)通信、智能設(shè)備數(shù)據(jù)通信等功能。

調(diào)度中心主控級(jí)、調(diào)度分中心主控級(jí)、現(xiàn)地控制單元的控制優(yōu)先級(jí)是現(xiàn)地控制單元最高、調(diào)度分中心其次、調(diào)度中心最低。

4 大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成與功能

大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用開放式、分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并由3層組成。

1）第一層：調(diào)度中心與取水頭分中心、鞍山加壓泵站及各配水戰(zhàn)分中心間的通訊，采用冗余以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)。

這一層通訊網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)設(shè)備主要由光纜、路由器、交換機(jī)、網(wǎng)閘、服務(wù)器、磁盤陣列、工作站、網(wǎng)關(guān)機(jī)等設(shè)備組成。完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制命令下發(fā)、圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等高級(jí)應(yīng)用、系統(tǒng)外部通信等功能。

2）第二層：各分中心內(nèi)現(xiàn)地控制單元與本中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊。各調(diào)度分中心主控級(jí)與現(xiàn)地控制單元CCU采用冗余以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

這一層通訊網(wǎng)絡(luò)及線管設(shè)備主要由雙絞線、交換機(jī)、服務(wù)器、工作站等計(jì)算機(jī)設(shè)備組成。同時(shí)也可以完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制命令下發(fā)、圖形顯示、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、系統(tǒng)外部通信等功能。

3）第三層：各現(xiàn)場(chǎng)主控單元（CCU）與現(xiàn)場(chǎng)控制單元（LCU）、遠(yuǎn)程采集單元（RTU）、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、傳感器、控制器之間的通訊，采用ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線、DF1或Modbus通信方式。

這一層通訊網(wǎng)絡(luò)及線管設(shè)備由同軸電纜、通信電纜、網(wǎng)關(guān)設(shè)備及CCU／LCU／RTU組成。主要完成數(shù)據(jù)采集與處理、設(shè)備控制與調(diào)節(jié)、與主控級(jí)通信、智能設(shè)備數(shù)據(jù)通信等功能。

5 大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA上位機(jī)系統(tǒng)

大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）的SCADA上位機(jī)系統(tǒng)軟件方面選用的是NC2000監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)畫面主要用于全線或局部閥門、泵組等設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制和監(jiān)視，也可用于對(duì)單個(gè)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)視和控制［3］。

工程在硬件方面為了可靠性使用雙以太網(wǎng)，上位機(jī)上配備2塊網(wǎng)卡，重要的上位機(jī)采用雙機(jī)配置、主備運(yùn)行，以保證工作的穩(wěn)定性。當(dāng)任意一條組合正常工作的條件下，操作員站可以對(duì)過程控制PLC系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)實(shí)施監(jiān)控，同時(shí)主備調(diào)控中心也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)站場(chǎng)的監(jiān)控。

SCADA系統(tǒng)上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)功能：

1）數(shù)據(jù)采集和處理。

2）安全運(yùn)行監(jiān)視及事件報(bào)警。

3）故分析處理。

4）系統(tǒng)與GPS時(shí)鐘同步。

5）語(yǔ)音報(bào)警。

6）趨勢(shì)分析及事故追憶。

7）實(shí)時(shí)控制與調(diào)節(jié)。

8）運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)記錄與生產(chǎn)管理。

9）人機(jī)接口。

10）數(shù)據(jù)通信。

11）系統(tǒng)自診斷與冗余切換。

12）軟件開發(fā)與維護(hù)。

13）運(yùn)行及操作指導(dǎo)。

14）事件、事故及故障打印功能。

15）培訓(xùn)功能。

6 大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）SCADA下位機(jī)系統(tǒng)

大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)按“無人值班，少人值守”的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行［4］。

工程LCU的核心PLC監(jiān)控系統(tǒng)選用了Rock-WellAutomation（羅克韋爾自動(dòng)化公司）的ABControl-Logix控制器及相關(guān)控制系統(tǒng)。該產(chǎn)品是該制造商目前在技術(shù)和性能上最高檔次的產(chǎn)品，也是行業(yè)內(nèi)公認(rèn)最為強(qiáng)大的控制器產(chǎn)品之一。

工程 PLC使用編程軟件是 RSLogix5000。以ControlLogix控制器為核心，ContolNet現(xiàn)場(chǎng)總線、雙機(jī)雙網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的控制系統(tǒng)，具有高度的可靠性和安全性，局部故障不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行。

SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)主要通過觸摸屏來完成下位機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互功能。觸摸屏主要實(shí)現(xiàn)對(duì)開入、開出、模入、模出、溫度、交采量的監(jiān)視，以及對(duì)電動(dòng)蝶閥、調(diào)流閥、泵組與快速門的開、關(guān)、停、緊停、快關(guān)（快速門）和設(shè)置開度（調(diào)流閥）等控制操作。

7 結(jié) 語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，是一種必然的趨勢(shì)，其系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)充性能夠適應(yīng)各地不同和不斷變化的生產(chǎn)要求。因而在大伙房水庫(kù)輸水工程（二期）中引入SCADA系統(tǒng)，不但提高了工作效率和管理水平，降低了運(yùn)行成本，而且減少了人為和意外因素造成的不良影響，保證了輸水工作安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，并確實(shí)的達(dá)到了無人值班，少人值守的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

［1］戴娜，羅招貴，周林虎，吳迪 .大伙房長(zhǎng)距離輸水工程SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2010，34（02）：80－84.

［2］霍寧，錢江.水電廠監(jiān)控常用遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議分析［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2006，30（02）：1－5.

［3］胡順彬，陳琦.基于S7－200PLC的水電站輔機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2005，11（10）：602－603.

［4］王彤，劉大慶，蔡新.大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連工程信息化自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建［J］.水利建設(shè)與管理，2012（S1）：21－22.

TP274；TV672

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1007－7596（2014）08－0091－03

2014－04－09

張弛（1983－），男，遼寧沈陽(yáng)人，助理工程師，研究方向?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)。