張 弛

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110166）

SCADA系統(tǒng)在大伙房水庫輸水工程（二期）的應用評價

張 弛

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 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)是以計算機為基礎的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)?？梢詫ΜF(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。文章介紹了大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)的基本組成及應用情況，CCU、LCU、RTU等自控設備在該項目中的應用，并分析了上位機系統(tǒng)、PLC控制網(wǎng)的組成，討論了SCADA系統(tǒng)在該項目中實用的程度。

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

0 引 言

大伙房水庫輸水工程（二期）主要是從大伙房水庫進行引水，通過隧洞與管道，利用封閉供水的形式，向沈陽、撫順、鞍山、遼陽、盤錦、營口這6個城市進行供水，由于系統(tǒng)在運行時工況比較復雜，對控制的要求非常高。

為更好的實現(xiàn)工程全線設備的自動監(jiān)測與控制，保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定而可靠，從計算機數(shù)據(jù)的采集與SCADA系統(tǒng)作用分析、SCADA系統(tǒng)的結構組成、SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)總體結構及功能、通訊網(wǎng)絡構成、上位機系統(tǒng)、下位機PLC監(jiān)控系統(tǒng)等方面進行了分析。SCADA系統(tǒng)建成后可以幫助大伙房水庫輸水工程運行管理提供科學技術手段。

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

1 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)作用分析

SCADA系統(tǒng)在大伙房水庫輸水工程（二期）中占有重要的地位，管理沿線輸水管道的各閥門開關和開度控制、設備監(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)運行狀況。

各管理處的站內(nèi)控制系統(tǒng)作為自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元，除完成對所處管理處的監(jiān)控任務外，同時負責將有關信息傳送給沈陽調(diào)度控制中心（或備用調(diào)度中心）并接受和執(zhí)行其下達的命令，并將所有的數(shù)據(jù)記錄儲存。

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

2 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)結構組成

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)采用三級監(jiān)控結構：調(diào)度中心控制級、調(diào)度分中心控制級、現(xiàn)地控制單元。按地點可劃分為9套子系統(tǒng)（大連、本溪支線自負盈虧，不列入討論）：調(diào)度中心、備調(diào)中心、取水頭部、撫順、沈陽1、沈陽2、遼陽、鞍山、營盤。

3 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)總體構成與功能

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心主控級由數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、通信服務器、磁盤陣列、操作員工作站、維護工作站、報警工作站、網(wǎng)關機等設備組成。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］。結構圖如下：

圖1 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統(tǒng)結構圖

SCADA系統(tǒng)調(diào)度分中心主控級主要由操作員工作站、報警工作站、通信工作站等構成，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。結構圖如下：

圖2 SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心結構圖

SCADA系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元由CCU、LCU及RTU構成。其中CCU是中央控制單元，LCU是CCU的一個遠程I／O單元即現(xiàn)地控制單元，RTU是遠程測控終端。主要完成數(shù)據(jù)采集與處理、設備控制與調(diào)節(jié)、與主控級通信、智能設備數(shù)據(jù)通信等功能。

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

4 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)構成與功能

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡采用開放式、分層、分布式網(wǎng)絡結構并由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。

這一層通訊網(wǎng)絡及相關設備主要由光纜、路由器、交換機、網(wǎng)閘、服務器、磁盤陣列、工作站、網(wǎng)關機等設備組成。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)濟運行等高級應用、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)控計算機之間的通訊。各調(diào)度分中心主控級與現(xiàn)地控制單元CCU采用冗余以太網(wǎng)進行通信。

這一層通訊網(wǎng)絡及線管設備主要由雙絞線、交換機、服務器、工作站等計算機設備組成。同時也可以完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制命令下發(fā)、圖形顯示、經(jīng)濟運行、系統(tǒng)外部通信等功能。

3）第三層：各現(xiàn)場主控單元（CCU）與現(xiàn)場控制單元（LCU）、遠程采集單元（RTU）、現(xiàn)場設備、傳感器、控制器之間的通訊，采用ControlNet現(xiàn)場總線、DF1或Modbus通信方式。

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

5 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA上位機系統(tǒng)

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA上位機系統(tǒng)軟件方面選用的是NC2000監(jiān)控系統(tǒng)，上位機畫面主要用于全線或局部閥門、泵組等設備的聯(lián)動控制和監(jiān)視，也可用于對單個設備設施的運行監(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)，上位機上配備2塊網(wǎng)卡，重要的上位機采用雙機配置、主備運行，以保證工作的穩(wěn)定性。當任意一條組合正常工作的條件下，操作員站可以對過程控制PLC系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)實施監(jiān)控，同時主備調(diào)控中心也可以實現(xiàn)對站場的監(jiān)控。

SCADA系統(tǒng)上位機主要實現(xiàn)功能：

1）數(shù)據(jù)采集和處理。

2）安全運行監(jiān)視及事件報警。

3）故分析處理。

4）系統(tǒng)與GPS時鐘同步。

5）語音報警。

6）趨勢分析及事故追憶。

7）實時控制與調(diào)節(jié)。

8）運行參數(shù)統(tǒng)計記錄與生產(chǎn)管理。

9）人機接口。

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。

13）運行及操作指導。

14）事件、事故及故障打印功能。

15）培訓功能。

6 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA下位機系統(tǒng)

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)按“無人值班，少人值守”的設計原則進行［4］。

工程LCU的核心PLC監(jiān)控系統(tǒng)選用了Rock-WellAutomation（羅克韋爾自動化公司）的ABControl-Logix控制器及相關控制系統(tǒng)。該產(chǎn)品是該制造商目前在技術和性能上最高檔次的產(chǎn)品，也是行業(yè)內(nèi)公認最為強大的控制器產(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)場總線、雙機雙網(wǎng)冗余網(wǎng)絡構建的控制系統(tǒng)，具有高度的可靠性和安全性，局部故障不會影響現(xiàn)場設備的正常運行。

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

7 結 語

計算機技術的發(fā)展，是一種必然的趨勢，其系統(tǒng)的開放性和可擴充性能夠適應各地不同和不斷變化的生產(chǎn)要求。因而在大伙房水庫輸水工程（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)濟地運行，并確實的達到了無人值班，少人值守的設計目標。

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

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

［3］胡順彬，陳琦.基于S7－200PLC的水電站輔機自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計和實現(xiàn)［J］.水利科技與經(jīng)濟，2005，11（10）：602－603.

［4］王彤，劉大慶，蔡新.大伙房水庫輸水應急入連工程信息化自動化系統(tǒng)構建［J］.水利建設與管理，2012（S1）：21－22.

TP274；TV672

B

1007－7596（2014）08－0091－03

2014－04－09

張弛（1983－），男，遼寧沈陽人，助理工程師，研究方向為施工技術。