基于力控軟件的城市供水SCADA調度系統

　　關鍵詞：力控SCADA,軟件,RTU,ForceControl,實時數據庫pSpace,B/S,模式,監控組態軟件摘要：本文針對大部分城市已經建立的供水監控系統主要存在的問題，以力控實時數據pSpace為數據平臺、結合SCADA監控軟件ForceControl建立了基于Web的B/S模式的供水監控系統，以供水公司為工程節點建立一級管網監控中心，各個自來水廠為監控節點建立二級水廠監控系統，實現了供水公司對各個水廠的集中管理和遠程監控。

　　1.前言

　　城市供水綜合自動化監控系統一般包括供水總公司，水廠監控站，水源井監控站，水網加壓站等。自來水的生產過程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠，在水廠經過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網，提供給城市居民或者工業用戶等使用。自來水生產流程如下圖所示。

　　目前，許多城市的供水系統是以地下水為主要水源、多水廠處理的環狀管網的供水系統，并且存在多個獨立供水板塊，系統分布區域范圍大，供水公司的全局性管理和實時監控相對困難。大部分城市已經建立的供水監控系統主要存在以下幾個問題：

　　(1)供水管網壓力不穩定、通訊方式落后、系統相對封閉、沒有建立有效的企業信息共享系統。大多數水廠的供水SCADA系統采用傳統的相對獨立的C/S模式，遠程站點采用電臺傳遞供水管網的相關數據和指令，不利于供水公司的集中管理和優化調度以及水廠之間的信息共享。

　　(2)部分二級水廠的自來水生產監控系統的自動化程度較低，水處理系統的可靠性較差，外輸供水采用落后的人工控制方式，浪費了大量的人力和物力，而且導致管網壓力不穩定，供水公司無法及時瀏覽水廠的生產數據。

　　(3)部分水廠的供水監控系統的冗余性不高，操作模式過于單一，經常由于一臺設備的故障，而導致整個水廠供水監控系統的癱瘓，造成嚴重的經濟損失。

　　(4)系統依靠調度人員人工發出指令來實現優化調度，浪費大量的人力物力，調度人員則完全依靠個人經驗進行調度。因此，當系統出現故障時，調度人員很難及時發現和處理。

　　2.系統需求

　　針對現階段城市供水監控系統的缺陷和問題，新一代的供水監控系統必須具備以下條件：

　　(1)應建立基于Web的B/S模式的供水遠程監控系統，將供水總公司作為工程節點，各個二級水廠作為監控節點，實現了供水公司對各個水廠的集中管理和遠程監控。

　　(2)遠程站點利用新的通訊方式GSM或GPRS，將供水管網的相關數據實時的傳輸到供水公司的一級監控中心。

　　(3)將計算機SCADA遠程監控系統融入各個水廠，建立高可靠性的水廠水處理控制系統，滿足各個水廠的生產需求，并且可以將生產數據實時上傳到供水公司。

　　(4)應具有優化調度功能。根據管網監測系統反饋的運行狀態數據，運用數學上的最優化技術，確定各個水廠的最佳供水量。進而確定供水泵站內最優工作水泵臺數和組合，完成供水泵站的效率優化，從而解決供水不均，耗電大等問題。

　　3.力控供水監控系統總體概述

　　3.1系統解決方案

　　水廠監控中心以力控ForceControl監控組態軟件作為監控平臺，采用無線GPRS方式實現數據通信，將實時數據上傳到二級監控節點。各個水廠配備PLC(可編程控制器)作為硬件控制系統，對包括取水、加藥、濾池、送水等流程進行控制，采集液位、壓力、流量、溫度、水質以及水泵等相關實時數據，并通過光纜將數據上傳到公司調度中心。

　　供水總公司調度管理中心以力控pSpace實時歷史數據庫作為系統平臺，匯總各個水廠上傳的數據。供水總公司與水廠分控中心之間通過ADSL撥號方式實現數據交互，該方式具備速度快，流量大，費用低，易于維護等特點。同時系統設有力控pSpace WEB服務器，遠程客戶可以通過認證方式訪問調度管理中心的數據。調度管理中心在保證安全、可靠、保質、保量的滿足用戶用水要求的前提下，根據供水監測系統采集的管網運行數據，運用科學的手段確定用水量及分布情況，運用數學上的最優化技術，從所有的各種調度方案中，確定一個使系統總運行費用最省，可靠性最高的優化調度方案。

　　3.2系統網絡結構

　　4.水廠監控中心建設

　　水廠監控中心系統軟件采用B/S結構，通過GPRS以及光纜通信方式對水網監測點、水源井監測點以及水廠的現場儀表，電機的工作狀態與性能、水泵閥門開關量狀態及出水水質指標的數據進行實時采集，為了保證生產過程的高可靠性，生產數據監測系統采用盤裝儀表與計算機雙模顯示方式，各控制節點的控制任務由西門子PLC來完成。手動操作面板上設有面板/計算機控制轉換開關，系統有手動、計算機軟手動、自動三種控制方式，并且實現了不同操作方式之間的無擾動切換。系統通過實時監控畫面對取水、混凝、沉淀、過濾、送水等整個供水管網實現統一監控，給用戶提供一個直觀、簡單的操作平臺。

　　4.1形象逼真的實時監控界面

　　集中顯示整個供水管網的重要參數(如瞬時流量、壓力、累計流量、報警狀態、通訊狀態)，可按區域、地塊劃分用戶，能夠單獨顯示各個區域實時數據。

　　4.2強大的數據報表、曲線查詢功能

　　系統自動生成日報表，月報表及年報表，管理人員可通過趨勢、報表、歷史回放等手段了解水廠過去的狀況、分析未來的趨勢。且可生成分時等特殊報表的功能。任意組合用戶測量趨勢、測量參數累計、故障時段等趨勢記錄通過打印機打印輸出。

　　4.3方便的報警/事件管理

　　實時顯示并記錄就地流量測量系統的各種報警信息，如流量/壓力的超限、儀表工作電源不正常、水泵工作異常、通訊故障等報警信息。

　　4.4完備的安全保護機制

　　力控提供了完備的安全保護機制，以保證生產過程的安全可靠，用戶管理具備多個級別，并可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產過程中的誤操作。提供基于遠程的用戶管理，增加更多的用戶級別及安全區，管理所有用戶的遠程登陸信息。

　　5.供水調度管理中心建設

　　為了合理用水，優化水資源，同時還把現場信息和管理信息結合起來，供水調度管理中心以力控實時數據庫pSpace為數據平臺對采集的大量現場實時數據進行分析和處理，建立一套全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺，把企業的橫向通信(同一層不同節點的通信)和縱向通信(上、下層之間的通信)緊密聯系在一起，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統。

　　力控企業級實時數據庫 pSpace 是一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統。通過實時數據庫平臺的建設，實現供水高層次的決策和優化調度的支持。

　　專業的優化調度數學模型：借助pSpace強大的數據處理、分析功能和其計算引擎針結合自來水公司運行特點，采用多種專業算法，在大量過程數據的基礎上建立用水量計算模型、管網的網絡分析模型等優化調度數學模型。

　　豐富的客戶端展示平臺：通過客戶端軟件ForceControl，管理人員可通過趨勢、報表、歷史回放等手段了解水廠過去的狀況、分析未來的趨勢。

　　實時的報警與事件檢測平臺：將數據轉換為狀態，采用多種檢測方法實現復雜的報警事件檢測，在事故發生前及時預警，確保系統安全穩定。

　　真正的企業信息門戶平臺：將多種數據集成后以門戶的形式向廣域網或局域網行發布，用戶可從網頁實現瀏覽。以方便快捷的方式為企業用戶展示企業信息，了解供水公司的運行情況。

　　6.結束語

　　整個系統結構層次分明，良好的擴展性和系統集成性為以后的系統擴展和接入提供了充裕的接口，“無縫”的接入方式非常便于現場人員操作。整個系統的投運實現了現場層、控制層、管理層的緊密結合，使得全市的供水系統全面進入信息化時代，實現了水資源的可持續利用。