數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

　　引言

　　SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。當(dāng)前，SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制。

　　當(dāng)前SCADA系統(tǒng)通常的基本結(jié)構(gòu)是：智能監(jiān)測(cè)設(shè)備+數(shù)據(jù)采集設(shè)備+網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)+用戶終端。其中智能監(jiān)測(cè)設(shè)備主要是指測(cè)量儀表或傳感器，如壓力表、液位計(jì)、流量計(jì)等。也可以是控制水流動(dòng)的閥門。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)與SCADA控制中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路。數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)獲取與控制單元，它的作用是在遠(yuǎn)端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，獲得設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳給SCADA系統(tǒng)的調(diào)度中心，也可以將SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)或命令傳給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

　　目前，充當(dāng)這一角色的主要是PLC(Programmablelogic Controller)和RTU(Remote Terminal Unit)。而與傳統(tǒng)的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲(chǔ)容量，而且更適用于惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的符合專有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU產(chǎn)品在

　　SCADA系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用，更適用于現(xiàn)代化新興行業(yè)的分散監(jiān)控的需求。以下的將要介紹的案例就是以遠(yuǎn)程測(cè)控終端RTU為數(shù)據(jù)采集設(shè)備的SCADA系統(tǒng)。

　　案例背景

　　某企業(yè)坐落于山區(qū)，具有占地面積大，水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布廣，地勢(shì)起伏明顯等特點(diǎn)。供水網(wǎng)絡(luò)分布在全廠區(qū)和周邊地區(qū)很遠(yuǎn)的地方。水源包括了生產(chǎn)水、生活用水、污水等，其中有些是循環(huán)用水，有些是非循環(huán)水。調(diào)度中心需要對(duì)各個(gè)水源泵站、管段及蓄水池進(jìn)行管理。在使用SCADA系統(tǒng)前，是通過人工對(duì)儀表

　　及設(shè)備進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)視，并通過電話定期向調(diào)度中心匯報(bào)數(shù)據(jù)，再由人工將數(shù)據(jù)錄入電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和報(bào)表打印。在遠(yuǎn)程設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)則由人工進(jìn)行報(bào)警并對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。

　　建立SCADA系統(tǒng)的主要目的是解決全廠區(qū)內(nèi)各分廠、各地區(qū)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。通過對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、水流量、水池液位、閥門開度狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制，以達(dá)到降低故障率和提高了對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，并節(jié)省人力資源的目的。同時(shí)各水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，還可與監(jiān)控中心GIS系統(tǒng)進(jìn)行接口，為GIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過對(duì)傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可及時(shí)找出故障的地點(diǎn)并排除故障隱患。從而實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)生活用水管理的信息化、現(xiàn)代化。

　　方案

　　目前，GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是中國移動(dòng)的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而且利用GRPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。在沒計(jì)時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，和網(wǎng)路的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，即將項(xiàng)目監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)及數(shù)據(jù)中心組成一個(gè)APN專網(wǎng)，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP，這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性都得到很大的提高。

　　硬件設(shè)備

　　根據(jù)用戶的需求，系統(tǒng)需要監(jiān)控的設(shè)備主要有壓力、流量、液位和閥門等。因此在RTU的選型上，要求必須具有的10接口點(diǎn)包括了AI，DI和DO等三種。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布局時(shí)，盡量做到多點(diǎn)集中，充分利用RTU的接口資源，以節(jié)約設(shè)備購置上的花銷。同時(shí)，由于廠家地處北方，大量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布點(diǎn)在長期無人值守的室外，因此還要充分考慮到溫度與濕度。綜合考慮，我們選用了JY-RTU6640、JY-MD和多功能DAM6640。

　　這兩種產(chǎn)品都具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、接口便利、擴(kuò)展性強(qiáng)、10點(diǎn)多等特點(diǎn)。尤其是它們都具有很寬的工作溫度(-40℃～85℃)和工作濕度(5%一95%RH)，完全可以確保產(chǎn)品在北方室外低溫和潮濕的環(huán)境下正常工作。

　　工業(yè)用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊。具有RS232/RS485雙串口。支持6路模擬量輸入,4路光耦輸入，6路繼電器控制輸出。通信協(xié)議支持Modbus RTU/ASCII及自定義協(xié)議。采用工業(yè)級(jí)ARM7處理器，內(nèi)嵌RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，工作穩(wěn)定可靠。使用方便，性能優(yōu)越，組網(wǎng)靈活對(duì)于水池的監(jiān)控，則相對(duì)復(fù)雜一些，要求讀取液位值，當(dāng)液位高于警戒值時(shí)，要遠(yuǎn)程報(bào)警且自動(dòng)關(guān)閉入水閥門;相反的，當(dāng)液位低于警成值時(shí)，要遠(yuǎn)程報(bào)警并根據(jù)實(shí)際需要遠(yuǎn)程控制入出水閥門的開關(guān)。

　　而工業(yè)采集模塊  具有RS232/RS485雙串口;雙服務(wù)器連接;斷線重連;6路AD模擬量采集;4路光耦輸入;6路繼電器控制輸出;掉電狀態(tài)保存;7-30V供電 因此，與輪循方式相比，很大程度上提高了工作效率，并減少了的數(shù)據(jù)流量方面的花銷。

　　設(shè)計(jì)

　　由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心路由器和各端站配置固定的APN專網(wǎng)IP地址，各個(gè)端站的GPRS模塊與中心站RTU進(jìn)行通信。

　　1、管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)

　　管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)：各監(jiān)控點(diǎn)通過數(shù)據(jù)采集模塊(RTU)采集如壓力、流量、液位及閥門開頭狀態(tài)等數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)接口與GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端相連，通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后，使用移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的SIM卡進(jìn)行身份認(rèn)證并與GPRS網(wǎng)絡(luò)連接。發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)。

　　2、監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心路由器申請(qǐng)配置固定IP地址，采用當(dāng)?shù)匾苿?dòng)通信公司提供的APN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。APN專線2M帶寬，當(dāng)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。

　　3 、GPRS/GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

　　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動(dòng)的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終經(jīng)APN專網(wǎng)傳送到監(jiān)控中心口地址。

　　4、應(yīng)用系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心后，監(jiān)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)一方面實(shí)時(shí)顯示，另一方面定期存人數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。SCADA系統(tǒng)管理軟件可以將數(shù)據(jù)按用戶的實(shí)際需求，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、生成數(shù)據(jù)分析曲線圖表等。同時(shí)SCADA系統(tǒng)還與調(diào)度中心的GIS系統(tǒng)、OA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接口，為GIS系統(tǒng)提供及時(shí)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　監(jiān)控軟件界面：

　　實(shí)時(shí)顯示

　　1、左側(cè)設(shè)備列表顯示出當(dāng)前在線和離線設(shè)備的信息，當(dāng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)后，將從“離線設(shè)備列表”進(jìn)入“在線設(shè)備列表”，設(shè)備長時(shí)間不在線將從“在線設(shè)備列表”進(jìn)入“離線設(shè)備列表”;

　　2、右上角顯示設(shè)備編號(hào)、用戶名稱、聯(lián)系人、電話、傳真、手機(jī)、SIM卡號(hào)、地址等信息;

　　3、左上角顯示泵的轉(zhuǎn)速、泵電流、水池液位、流量、壓力等信息;

　　4、窗口下面實(shí)時(shí)顯示泵的轉(zhuǎn)速、泵電流、水源液位、流量、壓力等曲線;

　　5、中部文字提示當(dāng)前設(shè)備登陸時(shí)間，采集回傳數(shù)據(jù)的最后時(shí)間;

　　歷史記錄

　　1、用戶可以根據(jù)時(shí)間段來搜索歷史記錄;

　　2、歷史記錄將以曲線形式繪制在窗口上面，歷史記錄可以以列表的形式顯示在窗口下面，通過歷史記錄可以查看設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和相關(guān)趨勢(shì);

　　3、同時(shí)查詢的歷史記錄可以導(dǎo)出為excel表格;

　　組態(tài)軟件效果圖

　　用戶可以根據(jù)需要通過組態(tài)軟件來定制程序，這樣界面表現(xiàn)形式更為靈活;

　　結(jié)論

　　采用GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建的供水管理SCADA系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)，已逐步成為企業(yè)用戶不可或缺的管理工具和助手。原來的手工抄表、手工錄入和分析統(tǒng)計(jì)，被由系統(tǒng)定期自動(dòng)生成日常的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表所取代，24小時(shí)的人工值守被自動(dòng)化的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所代替，從而為企業(yè)節(jié)約了大量的人力資源，提高了工作效率。企業(yè)的自動(dòng)化程度得到了很大的提高。而且，在不久的將來，隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)的需求不斷的增加，SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍還將進(jìn)一步擴(kuò)大，功能還在進(jìn)一步的完善，在企業(yè)的發(fā)展過程中也將發(fā)揮更大的作用。