楊陽 徐建民

摘 要：本文對SCADA系統(tǒng)進(jìn)行了介紹、并對其構(gòu)成及其數(shù)據(jù)實現(xiàn)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：SCADA

1 引言

在集中供熱系統(tǒng)中，雖然在設(shè)計階段已經(jīng)進(jìn)行了水力平衡的設(shè)計，但由于供熱工程設(shè)計階段的供熱面積、熱用戶的分布、管道的路由走向等等的設(shè)計情況與實際運行情況相比往往會有所出入，再加上工程施工質(zhì)量問題、管道管徑的限制問題、管道中循環(huán)水的流速限制問題以及水力平衡設(shè)計本身的問題，造成了水力失調(diào)很難單靠設(shè)計來進(jìn)行解決，所以，采用熱網(wǎng)集中運行及管理系統(tǒng)成為現(xiàn)階段集中供熱系統(tǒng)的必然趨勢。

2 SCADA系統(tǒng)介紹

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）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(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)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。

由于各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。在熱力行業(yè)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，SCADA系統(tǒng)在熱力行業(yè)的應(yīng)用對城市熱力輸配進(jìn)行更加合理調(diào)度，保證管網(wǎng)安全供熱，節(jié)約能源與資金，加快緊急事件反應(yīng)時間，減少不應(yīng)有的損失，同時通過更加合理的調(diào)度節(jié)約大量的人力和物力，提高經(jīng)濟效益和管理水平，與國際先進(jìn)水平接軌發(fā)揮了重大的作用。

3 SCADA系統(tǒng)構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SCADA系統(tǒng)主要由主站系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，人機界面及遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)組成。 圖3.1為SCADA在熱網(wǎng)集中控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.1主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)一般采用先進(jìn)的計算機，有著良好的圖形支持，可以采集數(shù)據(jù)，也可以提交命令監(jiān)控程序的進(jìn)行。一個主站系統(tǒng)可能有幾十個上百個工作站，多個服務(wù)器。但是對于簡單的SCADA主站系統(tǒng)可能就只有一臺計算機，運行一套軟件。

龐大的主站硬件系統(tǒng)一般包括通訊前置系統(tǒng)、管理服務(wù)器、工程師站、操作員站、歷史站、WEB服務(wù)器等等。主站系統(tǒng)軟件龐大而復(fù)雜，軟件劃分的方法一般分為模塊方法，主要有操作系統(tǒng)軟件、編程軟件、組態(tài)軟件、畫面運行軟件、報表分析軟件、通訊（OPC）服務(wù)軟件、歷史數(shù)據(jù)庫軟件、WEB發(fā)布軟件等等。硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)有機的結(jié)合實現(xiàn)了主站系統(tǒng)對遠(yuǎn)程終端單元的監(jiān)視和控制。圖3.2為主站系統(tǒng)架構(gòu)圖。

3.2通信網(wǎng)絡(luò)

通信系統(tǒng)是提供主站系統(tǒng)及遠(yuǎn)程終端控制單元之間傳輸數(shù)據(jù)的管道。

通信系統(tǒng)一般分類大體可以分為兩類，即有線和無線。傳統(tǒng)的有線方式主要有音頻電纜，架空明線，載波電纜，同軸電纜，光纖，電力載波等。傳統(tǒng)的無線方式主要有電臺、微波、衛(wèi)星、光線、聲波等手段。目前隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，基于各種網(wǎng)絡(luò)的通訊方式也發(fā)展很快，如采用VPN虛擬局域網(wǎng)（聯(lián)通ADSL和移動DDN業(yè)務(wù)）、APN（LNS）專網(wǎng)+數(shù)據(jù)專線、GPRS/CDMA+Internet專線或域名。這種通訊方式可能是有線的也可能是無線的，甚至多次跨越無線和有線，方便施工節(jié)約成本。

3.3人機界面

人機界面（human machine interface，簡稱HMI）是一個可以顯示程序狀態(tài)的設(shè)備，操作員可以依此設(shè)備監(jiān)視及控制程序。HMI可以鏈接到SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫及軟件，讀取相關(guān)信息，來顯示趨勢、診斷數(shù)據(jù)及相關(guān)管理用的信息，如定期維護(hù)程序、特定傳感器或是可以協(xié)助故障排除的專家系統(tǒng)。

3.4遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（Remote Terminal Unit，簡稱RTU）連接許多程序中用到的傳感器，數(shù)據(jù)采集后將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)階段在熱網(wǎng)中心控制系統(tǒng)中因可編程邏輯控制器（programmable logic controller，簡稱PLC）價格便宜，用途廣泛，常被用作現(xiàn)場設(shè)備，取代特殊功能的遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)。

SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫及軟件是調(diào)度管理層，PLC是現(xiàn)場設(shè)備層。PLC系統(tǒng)，用于工業(yè)現(xiàn)場的測量控制，現(xiàn)場測控功能強，性能穩(wěn)定，可靠性高，技術(shù)成熟，使用廣泛，價格合理。SCADA的重點是在監(jiān)視、控制，可以實現(xiàn)部分邏輯功能，基本用于上位，而PLC單純的實現(xiàn)邏輯功能和控制，在實現(xiàn)操作是需借助按鈕指示燈、HMI以及SCADA系統(tǒng)；

4 SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實現(xiàn)

SCADA系統(tǒng)是一個可以監(jiān)控及控制所有設(shè)備的集中式系統(tǒng)，或是在由分散在一個區(qū)域（小到一個工廠，大到一個國家）中許多系統(tǒng)的組合。熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)用于熱網(wǎng)調(diào)度及控制，為操作人員和管理人員提供了對熱網(wǎng)進(jìn)行實時監(jiān)控和管理調(diào)度的平臺。

熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集由遠(yuǎn)程終端單元RTU進(jìn)行，包括讀取現(xiàn)場一些傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)，依SCADA系統(tǒng)需求通信傳送設(shè)備的狀態(tài)報告。數(shù)據(jù)有特定的格式，各分站控制室中的操作員可以用人機界面了解系統(tǒng)狀態(tài)，并決定是否要調(diào)整RTU的控制，或是暫停正常的控制，進(jìn)行特殊的處理。數(shù)據(jù)也會傳送到歷史記錄器，一般會是架構(gòu)在商用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上，以便追蹤趨勢并進(jìn)行分析。

熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)中大部份的控制是由遠(yuǎn)程終端控制單元進(jìn)行，主站系統(tǒng)一般只作系統(tǒng)監(jiān)控層級的控制。例如在換熱站一個系統(tǒng)中，由PLC來控制換熱站一、二次網(wǎng)循環(huán)水的流量、壓力、溫度，而SCADA系統(tǒng)可以讓操作員改變調(diào)節(jié)閥的開度從而改變循環(huán)水的流量的目標(biāo)值及溫度的目標(biāo)值，并設(shè)置需顯示及記錄的警告條件（例如流量過低，壓力過高，溫度過高）。PLC會利用回授控制來控制流量、壓力或溫度，而SCADA系統(tǒng)則監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能。

總結(jié)起來熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：

換熱站熱值的遠(yuǎn)方自動控制；

換熱站熱值的現(xiàn)場手動控制；

換熱站數(shù)據(jù)就地顯示：流量、壓力、溫度等；

換熱站數(shù)據(jù)集中顯示：流量、供水壓力、供水溫度、回水壓力、回水溫度；

電動調(diào)節(jié)閥閥位開度顯示 ；

換熱站控制參數(shù)；

換熱站無線數(shù)據(jù)采集，集中監(jiān)控

主站系統(tǒng)實現(xiàn)實現(xiàn)了對供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析和管理，如參數(shù)圖、報警圖、流程圖、趨勢圖、數(shù)據(jù)報表（打?。?shù)設(shè)定（調(diào)整）、報警提示（語音報警）等功能。

4 結(jié)語

隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視，城市集中供暖已成主流，而其運行可靠性、先進(jìn)性、擴展能力是系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)先考慮的因素。熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)采了分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)，能夠保證在近200換熱站條件下穩(wěn)定運行，操作人員可以通過監(jiān)控中心的操作員工作站所提供的管網(wǎng)和站場工藝流程的壓力、溫度、流量、設(shè)備運行狀態(tài)等信息，對管網(wǎng)運行的監(jiān)控和管理。因此熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)將被視為成具有高可靠性、穩(wěn)定性和靈活性系統(tǒng)的代表。

作者簡介

楊陽（1986-），女，主要從事電氣自動化控制方面工作。

徐建民（1986-），男，主要從事電氣自動化控制方面工作。