桂林市自來水公司
王定華 張莉暉

　　自來水公司要實(shí)現(xiàn)全公司及水廠的信息管理MIS系統(tǒng)，首先要強(qiáng)化生產(chǎn)及管網(wǎng)的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集SCADA的功能和長期穩(wěn)定性，這是MIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息源和數(shù)據(jù)庫。根據(jù)自動(dòng)控制設(shè)備和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)自來水三遙監(jiān)控SCADA系統(tǒng)的理想硬件模式就是：檢測儀表+PLC+數(shù)傳電臺(tái)+計(jì)算機(jī)，現(xiàn)階段這模式可以實(shí)現(xiàn)最好的性價(jià)比，特別是管網(wǎng)端站。(在此不對(duì)PLC與分布式智能I／O進(jìn)行對(duì)比)這里用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)基于單板機(jī)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集終端、可以下表列出PLC與單扳機(jī)終端的功能比較：

　　根據(jù)以上分析，使用PLC是不言而喻的了。但實(shí)際很多水廠還沒有啟用PLC+數(shù)傳電臺(tái)+WIN／PC模式的無線三遙SCADA系統(tǒng)。主要是PLC的價(jià)格太高，和對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)。隨電子技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)數(shù)據(jù)采集低價(jià)的PLC已出現(xiàn)，如A+B公司的SLC500，MODICON公司的ISX—Micro和SIMENS的S7—200系列。我們以下表對(duì)這三種PLC進(jìn)行比較：

　　注：①UTW是法國SCHNEIDER公司開發(fā)的主從方式通訊協(xié)議，全稱UNI—TELWAY 協(xié)議
　　以上PLC的價(jià)格在民幣(含進(jìn)口稅)，而單板機(jī)價(jià)格在3000—4000元，而兩者功能相去甚遠(yuǎn)。至于選擇何種功能的PLC，則要視檢測現(xiàn)場的I／O點(diǎn)數(shù)和精度，運(yùn)行速度，通訊和控制要求，投資預(yù)算。在無線三遙系統(tǒng)中，電臺(tái)及調(diào)制解調(diào)器的參數(shù)及性能分析和選擇也是重要的。采用數(shù)傳電臺(tái)甚高頻率220MHZ以上可以達(dá)到發(fā)射精度和良好的抗干擾。桂林自來水公司以前采用西安電子科技大學(xué)遠(yuǎn)動(dòng)中心的RTS—100系統(tǒng)；這是個(gè)硬件以8位Z—80CPU，74LS單板機(jī)芯片為基礎(chǔ)，RTU編程是匯編語言，監(jiān)控軟件以DOS3．0為平臺(tái)，配以高頻電臺(tái)的SCADA系統(tǒng)，因此其硬件I／O和內(nèi)存難以擴(kuò)展，編程復(fù)雜，只能是ASCII字符通訊方式，數(shù)傳通訊應(yīng)用相移調(diào)頻方式，數(shù)傳速率為600bps。由于監(jiān)控軟件在DOS平臺(tái)下，對(duì)采集的數(shù)據(jù)只能簡單的顯示和報(bào)表，談不上數(shù)據(jù)分析和共享。經(jīng)過幾年的運(yùn)行；已不能滿足水廠生產(chǎn)和管網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控要求。我們從以下方面論證新SCADA系統(tǒng)需要的結(jié)構(gòu)和功能。
　　(一)系統(tǒng)應(yīng)具有成熟的硬件和軟件支持，良好的穩(wěn)定性和抗干擾。
　　(二)RTU與中心站的通訊可雙工，半雙工或單工，通訊協(xié)議可選并支持無線網(wǎng)。通訊Bandrate≥1200bps。
　　(三)由于要對(duì)水廠工藝參數(shù)采集和監(jiān)控，要求RTU有較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)編程功能，應(yīng)符合IEC1131—3標(biāo)準(zhǔn)，WINDOWS平臺(tái)支持。內(nèi)存和I／O可擴(kuò)展，支持多參數(shù)輸入和輸出。
　　(四)中心臺(tái)站的SCADA軟件應(yīng)是在現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)硬件如Pentium和軟件技術(shù)WIN95、WIN98、WINNT平臺(tái)下運(yùn)行的軟件，應(yīng)具有：

　　(五)整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)MBTF、平均達(dá)20000hr，良好的售后服務(wù)和升級(jí)，易維護(hù)和合理的價(jià)位。
　　根據(jù)以上對(duì)三遙系統(tǒng)功能要求的分析，可知“檢測儀表+PLC+數(shù)傳電臺(tái)+計(jì)算機(jī)+WINDOWS平臺(tái)的PLC和SCADA軟件”是較理想結(jié)構(gòu)。桂林自來水公司的SCADA系統(tǒng)是由三個(gè)傳統(tǒng)工藝水廠監(jiān)控站，五個(gè)管網(wǎng)監(jiān)測端站和兩個(gè)泵監(jiān)控端站組成。分布在桂林市半徑為約二十公里的范圍內(nèi)，檢測的參數(shù)第一期共八種，壓力、流量、溫度、濁度、余氯、開關(guān)量、電度、電流，第二期將增加控制參數(shù)。參數(shù)的物理特性為4—20mA電流，脈沖信號(hào)0—5V，繼電觸點(diǎn)信號(hào)。每個(gè)站的參數(shù)物理特性都包括，廠級(jí)參數(shù)數(shù)量遠(yuǎn)大于端站參數(shù)。對(duì)廠級(jí)監(jiān)控站的要求(1)參數(shù)的現(xiàn)場圖形實(shí)時(shí)顯示及打印存檔。(2)廠區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和數(shù)據(jù)共享。對(duì)管網(wǎng)端站要求至少一個(gè)控制輸出和脈沖量輸入。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)考慮足夠的I／O冗余。根據(jù)系統(tǒng)要求和分布情況，比較PSTN公用數(shù)傳網(wǎng)和無線數(shù)傳的投資，決定使用無線數(shù)傳兼語音呼叫的電臺(tái)；經(jīng)比較測試和應(yīng)用調(diào)查選擇廣州通訊七所改裝新西蘭TAIT113的數(shù)傳電臺(tái)DT113，該電臺(tái)集成度較高的超高頻電臺(tái)，發(fā)射功率達(dá)25w，頻率穩(wěn)定度≤5ppm，參考靈敏度≤0.32V，雜散抑制≤70db，互調(diào)抑制≤60db，數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制后采用EIA高可靠性接口電平，速率達(dá)1200bps。而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的設(shè)備選用法國Schnei—der Modicon公司生產(chǎn)的TSX3720系列PLC；它的最大優(yōu)勢是PLC本身帶有的多功能顯示屏及多通訊口和通訊協(xié)議支持。TSX3721；TSX3722。TSX3721應(yīng)用在廠級(jí)監(jiān)控站，TSX3722應(yīng)用在管網(wǎng)和泵端站。TSX3722具有集成I/O即可滿足現(xiàn)場監(jiān)測要求，無須擴(kuò)展I／O，具體配置如下表：

　　程序主要有四個(gè)基本部分組成：變量、程序、配置和文獻(xiàn)。
　　(1)變量編輯器用于輸入、修改、顯示變量及其屬性，把抽象的變量符號(hào)化。
　　(2)程序編輯器可以在窗口下方便的實(shí)現(xiàn)IC1131—3定義的編程語言，包括調(diào)試診斷；
　　(3)配置編輯器可以靈活的定義所選的硬件I／O功能和通訊、任務(wù)處理器。
　　(4)文件編輯器用于在Windows下使用True Type技術(shù)的任一圖象打印機(jī)上打印應(yīng)用程序記錄文件。
　　機(jī)柜的安裝盡量避免在強(qiáng)電磁場附近，RTU的可靠性在很大程度上決定于應(yīng)用接地和屏蔽，我們非常重視抗EMI和雷電，采用機(jī)殼和天線分頭接地，接地電阻要求小于等于國家標(biāo)準(zhǔn)1Ω。信號(hào)線均屏蔽線，現(xiàn)場懸空。要求I／O接口的光電隔離。

　　在中心調(diào)度室內(nèi)，我們采用HPLC—3作前臺(tái)監(jiān)控機(jī)，HPE—60服務(wù)器為主數(shù)據(jù)庫服務(wù)，48小時(shí)1000W的大功率UPS，各客戶機(jī)分布在各經(jīng)理辦公室，形成小型局域網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖(二)。監(jiān)控軟件是與廣州通訊七所共同開發(fā)的SCADA監(jiān)控軟件，它是基于VB語言的程序，DBF數(shù)據(jù)格式，基本實(shí)現(xiàn)了SCADA軟件所要求的10項(xiàng)功能。該軟件在各功能標(biāo)準(zhǔn)化方面，網(wǎng)絡(luò)客戶服務(wù)數(shù)據(jù)共事有待改進(jìn)。本文后附圖有由該軟件實(shí)現(xiàn)的報(bào)表，實(shí)時(shí)歷史多曲線圖，圖形顯示界面。
　　如果三迢系統(tǒng)保持長期穩(wěn)定精確的運(yùn)行，就可獲得大量重要的生產(chǎn)和管網(wǎng)參數(shù)，(高質(zhì)量檢測儀表+PLC+數(shù)傳電臺(tái)+計(jì)算機(jī)+WINDOW平臺(tái)的PLC和SCADA軟件結(jié)構(gòu)是可以做到長期穩(wěn)定精確的運(yùn)行)可對(duì)數(shù)據(jù)按要求自動(dòng)及時(shí)處理，如生產(chǎn)日月年報(bào)表，日月年用水量分析，日月年生產(chǎn)工況分析；調(diào)度優(yōu)化分析(見附圖表)。大量重要的生產(chǎn)和管網(wǎng)參數(shù)奠定了自來水公司局域網(wǎng)的基礎(chǔ)，再配合以設(shè)備財(cái)務(wù)經(jīng)營等數(shù)據(jù)，就是一個(gè)較完善的局域網(wǎng)系統(tǒng)。以下分析自來水行業(yè)局域網(wǎng)功能結(jié)構(gòu)。
　　自來水公司的計(jì)算機(jī)應(yīng)用現(xiàn)在局限于主要幾個(gè)方面：文檔處理、財(cái)務(wù)報(bào)告、繪圖，預(yù)算等，再包括營業(yè)所的收費(fèi)。那么可建立什么數(shù)據(jù)庫?譬如，財(cái)務(wù)的數(shù)據(jù)通過經(jīng)濟(jì)學(xué)分析后呈經(jīng)理參考，任何設(shè)備、生產(chǎn)和經(jīng)營的數(shù)據(jù)經(jīng)建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫后達(dá)到分級(jí)共享。
　　建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的前提是有大量的現(xiàn)實(shí)和歷史數(shù)據(jù)，前面已提到SCADA系統(tǒng)就是公司建立局域網(wǎng)的最大必要和最大的資源共享。各部門要與公司計(jì)算機(jī)技術(shù)人員規(guī)劃研究統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的可升級(jí)兼容的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，規(guī)劃研究現(xiàn)在已使用的軟件升級(jí)以及將要擴(kuò)展的功能。
　　網(wǎng)絡(luò)建成后，應(yīng)有什么樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?
　　1.生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)——實(shí)時(shí)查詢生產(chǎn)狀況工藝參數(shù)
　　2．設(shè)計(jì)圖形工作站——技術(shù)人員進(jìn)行方案和工藝設(shè)計(jì)
　　3．設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫——?jiǎng)討B(tài)管理設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)
　　4．辦公自動(dòng)化——文檔簡報(bào)資料建立和處理
　　5．檔案管理和人事管理——信息管理
　　6．財(cái)務(wù)管理——財(cái)務(wù)分析和資本效率
　　7．經(jīng)理決策——最優(yōu)化管理和市場決策
　　8．INTERNET——以上功能的廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)
　　9．內(nèi)部郵局及公告板——內(nèi)部信息通知和提示
　　10．網(wǎng)絡(luò)打印、掃描、光盤存檔
　　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即要適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的潮流，又要結(jié)合實(shí)際需求和承受力。因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在充分考慮實(shí)用性的前提下，也要考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、開放性?？煽啃浴⒖捎眯?、可擴(kuò)充性和可維護(hù)性。為此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下述幾點(diǎn)原則：
　　1．采用開放式體系結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)軟／硬件技術(shù)的發(fā)展，保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、可擴(kuò)性、互連性和兼容性；
　　2．采用分布式處理技術(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)充性，保護(hù)用戶投資；
　　3．從實(shí)際出發(fā)，在投資許可的條件下，購置一個(gè)性能比較好的軟／硬件系統(tǒng)；采用第四代軟件開發(fā)環(huán)境，開發(fā)該系統(tǒng)，縮短開發(fā)周期，加快開發(fā)速度；
　　4．采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的軟／硬件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以利于系統(tǒng)的開發(fā)、擴(kuò)展和維護(hù)；
　　5．隨著Internet/Inteanet技術(shù)的日益成熟與發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)互連不可避免，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全性要求更高，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮物理上；網(wǎng)絡(luò)上、應(yīng)用上等多方面的安全；
　　根據(jù)以上幾個(gè)方面分析，已初步構(gòu)造桂林市自來水公司網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成。
　　1．局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)分析
　　常見的介質(zhì)訪問控制協(xié)議有CSMA/CD、Token Ring、Token Bus和FDDI等等，對(duì)應(yīng)的局域網(wǎng)有以太網(wǎng)、Token Ring網(wǎng)、Token Bus網(wǎng)和FDDI。目前以太網(wǎng)和FDDI是國內(nèi)局域網(wǎng)和局域主干網(wǎng)的主流。從網(wǎng)絡(luò)拓樸的形狀上看，對(duì)應(yīng)不同的介質(zhì)訪問控制協(xié)議主要有星型、總線、環(huán)型三種拓樸結(jié)構(gòu)。決定采用樹型拓樸結(jié)構(gòu)。
　　2．服務(wù)器分析
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的基本因素包括以下幾個(gè)方面：
　　CPU體系結(jié)構(gòu)
　　編譯系統(tǒng)的性能優(yōu)化能力
　　計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)
　　操作系統(tǒng)等
　　決定使用HP服務(wù)器，它具有同類產(chǎn)品的可靠性、可伸縮性和處理能力。無論是其處理速度、系統(tǒng)容量、I／O吞吐能力、可靠性還是網(wǎng)絡(luò)處理能力都能滿足要求。
　　3．服務(wù)器操作系統(tǒng)分析
　　目前最流行的是Netware、WINDOWS/NT、0S／2。由于Netware缺乏內(nèi)存保護(hù)、缺乏多任務(wù)優(yōu)先權(quán)功能、不支持虛擬內(nèi)存保護(hù)、編程工具有限、數(shù)據(jù)保護(hù)性能差、易受病毒侵犯；OS／2推出的歷史雖比WINDOWS NT長，但由于國內(nèi)使用較少，技術(shù)支持差，目前不易推廣。WINDOWS從93年推出以來，以系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)配置簡單，技術(shù)硬件即插即用，支持WINDOWS應(yīng)用軟件及開發(fā)工具，操作與WINDOWS相同的特點(diǎn)，得到了許多熟悉WINDOWS用戶的支持，使其在PC服務(wù)器的應(yīng)用越來越廣泛。而且，它對(duì)TCP／P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持非常友好，而TCP／IP是現(xiàn)實(shí)所有網(wǎng)絡(luò)的主通訊協(xié)議，使用WINDOWS NT4.0操作系統(tǒng)作為代理服務(wù)器操作系統(tǒng)，該版本最為穩(wěn)定。

　　4．網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分析
　　目前市場上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按應(yīng)用范圍可分為企業(yè)級(jí)和工作組級(jí)；按傳輸技術(shù)可分為共享式交換設(shè)備，按帶寬可分為10M，100M和155M設(shè)備。
　　共享式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點(diǎn)是與之相連的站點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)部總線，傳輸時(shí)，碰撞幾率較大，故采用碰撞檢測的方法實(shí)現(xiàn)傳輸控制，因此，當(dāng)連接的站點(diǎn)較多時(shí)，有效帶寬嚴(yán)重下降；但這種設(shè)備物美價(jià)廉，可靠性好，為工作組級(jí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備倍受人們青睞。對(duì)我們中型自來水企業(yè)應(yīng)采用共享式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

桂林市自來水公司調(diào)度記錄日報(bào)表(一)

溫度：24--35℃ 漓江水位： 漓江濁度： 2000年7月25日