基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案

基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案 基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案关键词：SCADARTU力控监控组态软件ForceControl6.11前言城市供水综合自动化监控系统采用以计算机为核心和网络信息化为基础的监控与数据采集（SCADA：SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统。该系统将达到在调度控制中心完成对全网进行监控、调度、管理的自动化水平，操作人员在调度控制中心通过SCADA系统可完成对供水管道以及水厂的监控和运行管理。城市供水综合自动化监控系统一般包括供水总公司，多个水厂分控中心，多个水厂监控站，多个水源井监控站，多个水网加压站等。根据图1自来水生产流程图所示，自来水的生产过程通常是由地表水或者水源井取水送到水厂，在水厂经过消毒、沉淀、过滤等过程后送入城市供水管网，提供给城市居民或者工业用户等使用。在城市管网中，有些地方还设有中途加压站，同时管网中还分布着多个测压点。 图1自来水生产流程图 城市供水综合自动化监控系统的主要任务是为供水管网管理人员提供集中供水系统的运行状况，帮助北京三维力控科技有限公司  基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案 选择最佳的运行工况，进而调整和保持供水参数，使其达到供水装置安全以及经济运行所必需的给定值，保证城市供水同时可以做到节能资源。2项目背景2.1现状某中型城市西南城区设有市区供水总公司，该公司管辖城区3个水厂分控中心，9个水厂监控站，遍布市区总共有上百处供水管网测压、流量等监测点。由于供水管网分布具有即集中又分散的特点，分控中心与水厂之间位置相对集中，已经事先敷设了地下光缆。而管网中各个测压点、流量监测点、以及水源井位置分布区域广泛，数量多，距离远，有些监测点地理环境偏僻。因此如果各个监测点与分控中心之间采用光缆、电缆等有线的通信方式，都会面临施工难度大、成本高的问题。倘若通过监测点人员定期手工记录数据，再以电话方式汇总到分控中心的方式又面临着数据采集周期长，人工错误率高，实时性差的问题。因而亟需一种准确快捷，成本相对低的数据采集监控解决方案。2.2需求分析针对以上种种情况分析表明，需要建设一套城市供水综合自动化监控系统，能够对分散的监测点数据进行自动采集、完成实时数据显示、历史数据存储、报表、报警等功能。由于监测点地理位置分散，不适合通过有线方式进行数据通信，因此采用无线方式将数据上传到监控中心。系统可以分为两部分：第一部分设在水厂分控中心。水厂分控中心对水厂的生产及各监测点进行实时监控，它是系统的信息采集和控制中心。水厂分控中心采集各监测点的数据信息，并对这些信息进行存储、分析汇总以及打印等处理。通过数据分析，及时给出报警信息或向站点发出控制命令，控制水厂以及监测点设备的运行。第二部分：供水总公司。水厂分控中心将汇总数据传送到供水总公司，实现整个系统的调度和管理。同时供水总公司配备WEB服务器，数据可全部发不到Internet互联网，实现远程浏览。3监控系统总体概述本章节将对本次建设的系统进行整体的描述和说明，主要分为3个方面：北京三维力控科技有限公司  基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案 1）系统建设目标；2）系统设计原则；3）系统整体架构说明；3.1系统建设目标第一部分：在水厂分控中心建立数据中心，负责采集各个水厂，供水管网监测点以及水源井的实时数据。为了能对各个水厂、供水网监测点、以及水源井进行实时监控，从而根据用水情况安排生产，需要在水厂分控中心建立数据中心。现对各供水网监测点、水源井、水厂测量仪表数据传输系统进行改造，分控中心与水厂之间已敷有地下光缆，各个水厂数据可通过有线方式将生产数据上传到分控中心，同时分控中心可对各个水厂运行设备进行远程控制。由于各个管网监测点以及水源井分布广泛，因此采用无线GPRS方式实现数据通信，将实时数据上传到分控中心。第二部分：在供水公司建立调度管理中心，负责汇总各个分控中心的数据，同时具备网络发布功能，允许远程客户登录访问，并为计量部门提供各类数据。由于分控中心与供水总公司之间距离较远，而且需要上传的数据量较大，因此采用ADSL拨号上网方式实现数据通信。整个系统具备以下功能：z对所有供水管网数据的统计及分析，形成日报，月报，季报，年报。z系统具有WEB发布功能，满足用户通过认证方式访问系统。z整个系统具有很好的扩展性，伸缩性。使得后期新增节点可以低成本无缝接入。z供水总公司配备大型关系数据库，具备数据归档、统计、分析功能。3.2系统设计原则可扩展性—系统的设计上一方面要全面满足当前环境下的需求及未来一段时间的应用需求，另一方面要能方便地进行功能扩展，可灵活增添删减功能模块。可集成性—从技术发展角度和用户需求来看，软件结构本身应能与其它应用系统集成，做到信息共享和资源共享。北京三维力控科技有限公司  基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案 3.3系统整体架构说明根据需求分析与系统设计目标，图2所示为城市供水综合自动化监控系统网络拓扑图。各个管网监测点以及水源井监测点，配备RTU远程终端模块以及DTU数据终端设备，采用GPRS无线通信方式将数据上传到水厂分控中心，主要采集液位、压力、流量、水源水质以及水泵等相关实时数据。各个水厂配备PLC（可编程控制器）作为硬件控制系统，包括取水、加药、滤池、送水等控制流程，通过光缆将数据上传到水厂分控中心，每个水厂可配备一套水厂SCADA监控系统。主要采集液位、压力、流量、温度、水质以及水泵等相关实时数据。水厂分控中心配备力控Forcecontrol6.1组态软件作为监控平台，用于对各个管网监测点、水源井监测点以及水厂生产状况进行统一监控。供水总公司作为调度管理中心配备力控pSpace5.0实时历史数据库作为系统平台，用于汇总各个水厂分控中心上传的运行数据。供水总公司与水厂分控中心之间通过ADSL拨号方式实现数据交互，该方式具备速度快，流量大，费用低，易于维护等特点。同时配备力控pSpace5.0WEB服务器，允许远程客户通过认证方式访问系统。为了便于计量、市政等部门的数据归档、分析需求，还可配备大型关系数据库（SQL、Oracle等）。该系统支持局域网内访问功能，可增设多个力控Forcecontrol6.1操作员站，便于系统日常维护。北京三维力控科技有限公司  基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案  图2城市供水综合自动化监控系统网络拓扑图北京三维力控科技有限公司  基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案  从图2的整体系统结构图可以看出，本系统将划分为4个功能区：1）RTU+DTU远程分布式设备数据采集区域，包含多个区域；2）水厂分控中心力控ForceControl6.1监控组态软件；3）ADSL通信方式；4）供水总公司力控pSpace5.0实时历史数据库各个功能区将会在后面部分逐一描述。 4.RTU+DTU分布式远程设备数据采集区域4.1数据采集对象二次仪表设备包括（流量计、流量积算仪、水质分析仪，压力传感器等）主要测量供水管网的累计流量、瞬时流量、累计热量、水源水质、水源井水泵工作状态、泵房供电等数据。 4.2远程终端模块（RTU）RTU英文全称RemoteTerminalUnit，中文全称为远程终端单元。RTU具有的特点是：1）通讯距离较长；2）用于各种环境恶劣的工业现场；3）模块结构化设计，便于扩展；4）在具有遥信、遥测、遥控领域的水利，电力调度，市政调度等行业广泛使用。RTU（RemoteTerminalUnit）是一种远端测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU产品在SCADA系统中得到了大量的应用。远程终端设备（RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。RTU将测得的状态或信号转换成可在通信媒体上发送的数据格式。它还将从中央计算机发送来得数据转换成命令，实现对设备的功能控制。北京三维力控科技有限公司  基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案 ▲技术原理：RTU是集成了模拟信号采集、过程IO控制和无线数据通信于一体的高性能测控装置，可以直接接入标准变送器信号或仪表输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等，是小规模过程信号实施无线测控的最佳手段。▲功能及特点：①配备多种接口资源，包括模拟信号采集、开关量输入、输出，脉冲信号输入等；②支持一路RS232/RS485方式的用户数据接口，可接入流量计等各种设备；③采集传输控制一体化，提高了系统可靠性，降低了成本；④采用工业级超低功耗高性能的嵌入式处理器；⑤用户可以编程的量程转换和报警上下限设定；⑥内设工业时钟，精确计时；⑦自动定时上报和事件触发上报功能；⑧内置大容量FLASH存储器，数据自动记录，支持历史数据检索；⑨通讯协议完善，组态软件支持，用户免开发；⑩板载GSM/GPRS传输模块，方便用户选择GSM、GPRS组网方式；4.3数据终端设备（DTU）DTU是指数据终端设备（DataTerminalunit),可以理解为下位GPRS发射终端，在进行通信时，传输数据的链路两端肯定存在DTU.在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验。GPRSDTU全称GPRS数据传输单元，在国内目前实际上对GPRSDTU具有更加明确的约定：GPRSDTU是专门用于将串口数据通过GPRS网络进行传送的GPRS无线设备。GPRSDTU的几个核心功能：1）内部集成TCP/IP协议栈GPRSDTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRSMODEM的结合；它具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。2）提供串口数据双向转换功能GPRSDTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRSDTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRSDTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRSDTU可以和各种使用串口通信的北京三维力控科技有限公司  基于力控软件的城市供水SCADA监控系统方案 用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。3）支持自动心跳，保持永久在线GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线，因此典型的GPRSDTU在设计上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。4）支持参数配置，永久保存GPRSDTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRSDTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内（一般为FLASH或EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。5）支持用户串口参数设置不同用户设备的串口参数有所不同，DTU连接用户设备的串口时，要根据用户设备串口的实际参数对DTU端进行相应设置，保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。GPRSDTU的扩展功能：较为专业的GPRSDTU还提供一些扩展功能，主要包括：支持数据中心域名解析、支持远程参数配置、远程固件升级、支持远程短信/电话唤醒、支持本地串口固件升级、提供短信通道、提供DTU在线、离线电平指示等。5.水厂分控中心力控ForceControl6.1监控软件5.1.力控ForceControl6.1监控软件概述力控Forcecontrol6.1工业监控组态软件是北京三维力控科技有限公司根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实