淺談熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)

楊陽 徐建民

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

關鍵詞：SCADA

1 引言

在集中供熱系統(tǒng)中，雖然在設計階段已經(jīng)進行了水力平衡的設計，但由于供熱工程設計階段的供熱面積、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計本身的問題，造成了水力失調(diào)很難單靠設計來進行解決，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。

由于各個應用領域對SCADA的要求不同，所以不同應用領域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。在熱力行業(yè)中，SCADA系統(tǒng)應用廣泛，技術成熟，SCADA系統(tǒng)在熱力行業(yè)的應用對城市熱力輸配進行更加合理調(diào)度，保證管網(wǎng)安全供熱，節(jié)約能源與資金，加快緊急事件反應時間，減少不應有的損失，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，與國際先進水平接軌發(fā)揮了重大的作用。

3 SCADA系統(tǒng)構成及網(wǎng)絡架構

SCADA系統(tǒng)主要由主站系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，人機界面及遠程終端控制系統(tǒng)組成。 圖3.1為SCADA在熱網(wǎng)集中控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡拓撲圖

3.1主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)一般采用先進的計算機，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)控程序的進行。一個主站系統(tǒng)可能有幾十個上百個工作站，多個服務器。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)、管理服務器、工程師站、操作員站、歷史站、WEB服務器等等。主站系統(tǒng)軟件龐大而復雜，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)有機的結合實現(xiàn)了主站系統(tǒng)對遠程終端單元的監(jiān)視和控制。圖3.2為主站系統(tǒng)架構圖。

3.2通信網(wǎng)絡

通信系統(tǒng)是提供主站系統(tǒng)及遠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。目前隨著通訊技術的發(fā)展，基于各種網(wǎng)絡的通訊方式也發(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）、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)的設備，操作員可以依此設備監(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，讀取相關信息，來顯示趨勢、診斷數(shù)據(jù)及相關管理用的信息，如定期維護程序、特定傳感器或是可以協(xié)助故障排除的專家系統(tǒng)。

3.4遠程終端控制系統(tǒng)

遠程終端控制系統(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)?，F(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)場設備，取代特殊功能的遠程終端控制系統(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)采集由遠程終端單元RTU進行，包括讀取現(xiàn)場一些傳感器設備的數(shù)據(jù)，依SCADA系統(tǒng)需求通信傳送設備的狀態(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，一般會是架構在商用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上，以便追蹤趨勢并進行分析。

熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)中大部份的控制是由遠程終端控制單元進行，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)水的流量的目標值及溫度的目標值，并設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)設定（調(diào)整）、報警提示（語音報警）等功能。

4 結語

隨著國家對環(huán)境保護的重視，城市集中供暖已成主流，而其運行可靠性、先進性、擴展能力是系統(tǒng)設計優(yōu)先考慮的因素。熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)采了分布式服務器結構，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。