SCADA系統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系統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，即數據采集與監視控制系統。SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節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、PLC控制網的組成，討論了SCADA系統在該項目中實用的程度。

大伙房水庫輸水工程；SCADA系統；通信系統；上位機系統；下位機系統；監控

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。

為更好的實現工程全線設備的自動監測與控制，保證系統運行穩定而可靠，從計算機數據的采集與SCADA系統作用分析、SCADA系統的結構組成、SCADA系統系統總體結構及功能、通訊網絡構成、上位機系統、下位機PLC監控系統等方面進行了分析。SCADA系統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，即數據采集與監視控制系統。

1 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統作用分析

SCADA系統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、設備監控、數據同步傳輸記錄，監控管道沿線及各管理處系統運行狀況。

各管理處的站內控制系統作為自動控制系統的現場控制單元，除完成對所處管理處的監控任務外，同時負責將有關信息傳送給沈陽調度控制中心（或備用調度中心）并接受和執行其下達的命令，并將所有的數據記錄儲存。

SCADA系統主要監控與調節對象包括取水口快速閘門、取水口破冰系統、電動蝶閥、調流閥、液控緩閉蝶閥、加壓泵、加氯、電氣開關站設備、柴油發電機組及輸水工藝特性參數等［1］。

2 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統結構組成

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA系統采用三級監控結構：調度中心控制級、調度分中心控制級、現地控制單元。按地點可劃分為9套子系統（大連、本溪支線自負盈虧，不列入討論）：調度中心、備調中心、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系統總體構成與功能

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA系統調度中心主控級由數據庫服務器、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、網關機等設備組成。主要完成數據采集與處理、控制命令下發、圖形顯示、歷史數據管理、系統外部通信等功能［2］。結構圖如下：

圖1 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA系統結構圖

SCADA系統調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，主要完成數據采集與處理、控制命令下發、圖形顯示、系統外部通信等功能。結構圖如下：

圖2 SCADA系統調度中心結構圖

SCADA系統現地控制單元由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單元即現地控制單元，RTU是遠程測控終端。主要完成數據采集與處理、設備控制與調節、與主控級通信、智能設備數據通信等功能。

調度中心主控級、調度分中心主控級、現地控制單元的控制優先級是現地控制單元最高、調度分中心其次、調度中心最低。

4 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA通訊網絡系統構成與功能

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA系統通訊網絡采用開放式、分層、分布式網絡結構并由3層組成。

1）第一層：調度中心與取水頭分中心、鞍山加壓泵站及各配水戰分中心間的通訊，采用冗余以太網通訊網絡。

這一層通訊網絡及相關設備主要由光纜、路由器、交換機、網閘、服務器、磁盤陣列、工作站、網關機等設備組成。完成數據采集與處理、控制命令下發、圖形顯示、歷史數據管理、經濟運行等高級應用、系統外部通信等功能。

2）第二層：各分中心內現地控制單元與本中心監控計算機之間的通訊。各調度分中心主控級與現地控制單元CCU采用冗余以太網進行通信。

這一層通訊網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。同時也可以完成數據采集與處理、控制命令下發、圖形顯示、經濟運行、系統外部通信等功能。

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

這一層通訊網絡及線管設備由同軸電纜、通信電纜、網關設備及CCU／LCU／RTU組成。主要完成數據采集與處理、設備控制與調節、與主控級通信、智能設備數據通信等功能。

5 大伙房水庫輸水工程（二期）SCADA上位機系統

大伙房水庫輸水工程（二期）的SCADA上位機系統軟件方面選用的是NC2000監控系統，上位機畫面主要用于全線或局部閥門、泵組等設備的聯動控制和監視，也可用于對單個設備設施的運行監視和控制［3］。

工程在硬件方面為了可靠性使用雙以太網，上位機上配備2塊網卡，重要的上位機采用雙機配置、主備運行，以保證工作的穩定性。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系統的所有數據實施監控，同時主備調控中心也可以實現對站場的監控。

SCADA系統上位機主要實現功能：

1）數據采集和處理。

2）安全運行監視及事件報警。

3）故分析處理。

4）系統與GPS時鐘同步。

5）語音報警。

6）趨勢分析及事故追憶。

7）實時控制與調節。

8）運行參數統計記錄與生產管理。

9）人機接口。

10）數據通信。

11）系統自診斷與冗余切換。

12）軟件開發與維護。

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

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

工程LCU的核心PLC監控系統選用了Rock-WellAutomation（羅克韋爾自動化公司）的ABControl-Logix控制器及相關控制系統。該產品是該制造商目前在技術和性能上最高檔次的產品，也是行業內公認最為強大的控制器產品之一。

工程 PLC使用編程軟件是 RSLogix5000。以ControlLogix控制器為核心，ContolNet現場總線、雙機雙網冗余網絡構建的控制系統，具有高度的可靠性和安全性，局部故障不會影響現場設備的正常運行。

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

7 結 語

計算機技術的發展，是一種必然的趨勢，其系統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要求。因而在大伙房水庫輸水工程（二期）中引入SCADA系統，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、優質、經濟地運行，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系統設計［J］.水電自動化與大壩監測，2010，34（02）：80－84.

［2］霍寧，錢江.水電廠監控常用遠動通信協議分析［J］.水電自動化與大壩監測，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控系統設計和實現［J］.水利科技與經濟，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。