郭文艷　孫聰

【摘 要】 本文首先對(duì)給排水自動(dòng)化技術(shù)（SCADA）概述進(jìn)行了說(shuō)明，然后對(duì)系統(tǒng)控制要求進(jìn)行了分析，最后詳細(xì)闡述了完善給排水自動(dòng)化技術(shù)的方法。

【關(guān)鍵詞】 給排水；自動(dòng)化；技術(shù)

一、前言

給排水自動(dòng)化技術(shù)的管理與控制是保證工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣的首要前提，給排水自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到工程的質(zhì)量，而且關(guān)系到人民群眾的切身利益。

二、給排水自動(dòng)化技術(shù)（SCADA）概述

1、計(jì)算機(jī)技術(shù)

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得windows操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷的更新?lián)Q代，功能也越來(lái)越強(qiáng)大現(xiàn)在的SCADA系統(tǒng)都是基于windows的，具有很好的圖形化人機(jī)界面，其中PC機(jī)主要是用來(lái)做調(diào)度中心，SCADA系統(tǒng)就是通過(guò)一些組態(tài)軟件平臺(tái)，來(lái)完成給排水調(diào)度相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與處理，并將這些數(shù)據(jù)顯示和記錄建檔。其中，MMI的趨勢(shì)分析和控制功能，優(yōu)化了給排水的調(diào)度，提高了節(jié)能降耗的水平，而網(wǎng)絡(luò)功能則大大擴(kuò)展了多級(jí)SCADA系統(tǒng)的功能，更有利于水廠的多級(jí)管理。

2、通訊技術(shù)

通訊技術(shù)的選擇關(guān)系到SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，它使SCADA系統(tǒng)變得更加的豐富。在SCADA系統(tǒng)的上層管理中，選擇了LAN，WAN和Intranet等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為通訊技術(shù)，它們都是采用TCP/IP作為通訊協(xié)議的，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)、路由器等連接形成一個(gè)系統(tǒng)。在SCADA系統(tǒng)終端中，數(shù)據(jù)線連接多數(shù)采用串行互連總線RS232，RS485和USB等方式，其中USB是能進(jìn)行熱切換、即插即用的接口，效率較高，得到了最廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)場(chǎng)、測(cè)量?jī)x表與智能終端之間的通訊方式則包括無(wú)線通訊和有線通訊兩類(lèi)。

3、控制技術(shù)

控制技術(shù)的可靠性主要是由控制設(shè)備的性能決定的，這些控制設(shè)備不僅包括SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)，還包括下位控制單元，如：遠(yuǎn)方終端RTU，智能測(cè)控裝置、專(zhuān)用的RTU，智能儀表、智能控制器以及PLC系統(tǒng)等雖然在每個(gè)SCADA系統(tǒng)中都會(huì)有若干臺(tái)控制設(shè)備，但主要有三種模式：PC+PLC模式、PC+單片機(jī)模式和純進(jìn)口的PC+RTU模式。PC+PLC模式是一種可靠性較高的技術(shù)產(chǎn)品，特點(diǎn)是嚴(yán)謹(jǐn)、方便，安裝容易，編程簡(jiǎn)單易學(xué)，能給用戶(hù)提供高性能的硬件，系統(tǒng)軟件平臺(tái)水平較高，用戶(hù)軟件平臺(tái)易學(xué)、易懂，在給排水SCA-DA系統(tǒng)中主要用于復(fù)雜的計(jì)算和順序邏輯控制，而且規(guī)模越大就越經(jīng)濟(jì)，在自來(lái)水廠中得到廣泛的應(yīng)用，主要用于對(duì)自來(lái)水凈水過(guò)程、污水處理過(guò)程、自來(lái)水二級(jí)泵站多泵系統(tǒng)、遠(yuǎn)程調(diào)水中多泵閥等的控制單片機(jī)RTU只能用于做測(cè)壓點(diǎn)終端、簡(jiǎn)單水源井控制和簡(jiǎn)單環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，但價(jià)格較低，而純進(jìn)口的PC+RTU模式費(fèi)用非常昂貴，所以這兩種模式應(yīng)用較少目前，主流的模式為混合模式，即采用PLC和單片機(jī)RTU構(gòu)成混合SCADA下位機(jī)。

4、傳感技術(shù)

在SCADA系統(tǒng)中，有許多的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)需要講行采集和調(diào)控，如：水位、壓力、流量、溫度、濕度、濁度、余氯，BOD，COD，電壓、電流、功率、電度，等，這些都要通過(guò)傳感器來(lái)進(jìn)行傳感器有智能型和非智能型兩種非智能型只能用于電量標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)的轉(zhuǎn)換和非電量理化數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)化電量信號(hào)的轉(zhuǎn)換，而智能型不但具有非智能型傳感器功能，還能夠進(jìn)行上、下限報(bào)警設(shè)置，數(shù)據(jù)顯示，以及簡(jiǎn)單數(shù)字邏輯控制和PID調(diào)節(jié)等。

三、系統(tǒng)控制要求

給排水系統(tǒng)的監(jiān)控和管理由現(xiàn)場(chǎng)控制和集控中心來(lái)實(shí)現(xiàn)，其最終目的是實(shí)現(xiàn)給排水的合理調(diào)度，也就是說(shuō)，無(wú)論用戶(hù)用水量怎樣變化，水泵都能及時(shí)改變其運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)水泵的最佳運(yùn)行。

給排水的監(jiān)控系統(tǒng)需隨時(shí)監(jiān)視大樓給排水系統(tǒng)，并自動(dòng)儲(chǔ)水及排水；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或需要維護(hù)時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，通知管理人員處理。給排水系統(tǒng)監(jiān)控主要包括水泵的自動(dòng)啟停控制、水泵的故障報(bào)警、水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、水箱水位監(jiān)測(cè)等，通過(guò)程序設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足自動(dòng)控制要求，即根據(jù)水箱的高低水位信號(hào)來(lái)控制水泵的啟/停，并且進(jìn)行溢水和枯水預(yù)警。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)火災(zāi)信號(hào)的性質(zhì)立即啟動(dòng)消防泵。

高位水箱與低位水箱中均設(shè)液位計(jì)，將水位信號(hào)送至B&RPCC2003控制器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；回水泵應(yīng)同時(shí)接受這兩個(gè)水箱的制約。當(dāng)?shù)臀凰涮幱诘退粫r(shí)，為了避免水泵的空轉(zhuǎn)，無(wú)論高水位水箱如何，回水泵都不能啟動(dòng)；應(yīng)設(shè)有3臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示器及自動(dòng)鼓掌顯示、液位顯示。3抬電機(jī)均有過(guò)載保護(hù)，短路保護(hù)，對(duì)于變頻器啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)先是接觸器通電，然后變頻器通電；停止時(shí)，變頻器先停止運(yùn)行，然后接觸器斷電。設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換，手動(dòng)時(shí)，可優(yōu)操縱者分別啟動(dòng)每臺(tái)水泵；自動(dòng)時(shí)，制定啟動(dòng)運(yùn)行后，由B&R控制器根據(jù)高/低位水箱的液位計(jì)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算判斷后，對(duì)3臺(tái)水泵運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；手動(dòng)十，3臺(tái)水泵可同時(shí)運(yùn)行，而自動(dòng)時(shí)，生活泵和消防泵不能同時(shí)運(yùn)行；對(duì)生活泵要能實(shí)現(xiàn)恒壓供水。手動(dòng)控制時(shí)，變頻器解除。

四、完善給排水自動(dòng)化技術(shù)的方法

1、充分利用社會(huì)資源建設(shè)SCADA系統(tǒng)

眾所周知，計(jì)算機(jī)（PC）技術(shù)與通訊技術(shù)已構(gòu)成了巨大的社會(huì)資源。這包括數(shù)以萬(wàn)計(jì)的PC軟硬件平臺(tái)、有線電話（PSDN、ISDN）、無(wú)線電話（GSM、CDMA）、衛(wèi)星通訊、廣電網(wǎng)（B ISDN）、INTernet、INTranet以及各種通訊總線、協(xié)議等。給排水SCADA系統(tǒng)建設(shè)要盡可能地利用上述資源，這包括：利用不斷發(fā)展升級(jí)的PC軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建SCADA調(diào)度中心；利用WAN技術(shù)與公共通訊網(wǎng)構(gòu)成多級(jí)SCADA調(diào)度系統(tǒng)；利用INTernet技術(shù)與防火墻技術(shù)，在網(wǎng)上對(duì)SCADA調(diào)度進(jìn)行遠(yuǎn)方瀏覽與操作；利用B ISDN增值業(yè)務(wù)和無(wú)線雙向?qū)ず魳I(yè)務(wù)作為SCADA遠(yuǎn)方智能控制單元的數(shù)據(jù)通訊；在網(wǎng)上學(xué)習(xí)瀏覽SCADA新技術(shù)、新設(shè)備、新經(jīng)驗(yàn)。

2、SCADA系統(tǒng)集成的建議

我很贊成COTS（Commercialoff-Theshelf）的做法，意為采用商品化的產(chǎn)品和技術(shù)。這是采用社會(huì)化大生產(chǎn)方式集成SCADA系統(tǒng)的方式，也是構(gòu)建最合理、最可靠、最廉價(jià)的SCADA系統(tǒng)的方式，所采用的技術(shù)包括：調(diào)度中心軟件應(yīng)徹底淘汰由集成商自編的軟件，改用基于Windows95以上平臺(tái)的forSCADA組態(tài)軟件。這樣多系統(tǒng)的互相移植與互連、升級(jí)、功能擴(kuò)充、冗余、熱備份、數(shù)據(jù)庫(kù)、優(yōu)化手段、上網(wǎng)等功能可一次性解決，擺脫了某些系統(tǒng)集成商的暗箱操作，使系統(tǒng)維護(hù)由自己或社會(huì)進(jìn)行。

在盡量采用公共通訊網(wǎng)仍然不足以解決問(wèn)題的情況下，應(yīng)選擇專(zhuān)業(yè)化、商品化的產(chǎn)品，構(gòu)建SCADA通訊網(wǎng)。很多科研單位自行研發(fā)的通訊設(shè)備因小批量、手工制造，質(zhì)量很差，早應(yīng)淘汰。只有規(guī)模生產(chǎn)才有規(guī)模效益。

對(duì)構(gòu)成SCADA系統(tǒng)影響最大的是現(xiàn)場(chǎng)控制單元設(shè)備PLC或RTU：！對(duì)較復(fù)雜的順序控制應(yīng)選用PLC，但要注意該P(yáng)LC要具備與上位機(jī)組態(tài)軟件相適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和適用的通訊接口。從一般意義上看，各種PLC沒(méi)有質(zhì)量差別。?模擬量數(shù)據(jù)采集和簡(jiǎn)單控制應(yīng)充分調(diào)查供方市場(chǎng)，并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)分析，盡量采用能與上位機(jī)進(jìn)行通訊的智能儀表。#對(duì)選用單片機(jī)構(gòu)成的RTU或PCU應(yīng)注意選用市售的商品而非科研單位自己使用的東西。

市售商品應(yīng)包括如下特點(diǎn)：按規(guī)模生產(chǎn)、有標(biāo)準(zhǔn)、有規(guī)模、有廠牌按系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)（即有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件應(yīng)按梯形圖編程）、能提供全部軟硬件文檔、負(fù)責(zé)培訓(xùn)等售前售后服務(wù)、有適用的通訊接口并完整提供接口使用方法。?建議不采用進(jìn)口高價(jià)位RTU。%構(gòu)建的SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不能依賴(lài)某特定的供應(yīng)商提供的軟硬件平臺(tái)。

3、對(duì)SCADA系統(tǒng)設(shè)備制造商的建議

生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)備應(yīng)注意開(kāi)放性原則，包括：！標(biāo)準(zhǔn)化：程序設(shè)計(jì)、通信、網(wǎng)管、界面、接口等按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兼容；?可移植性：應(yīng)用程序可在多種平臺(tái)上互相移植；#可伸縮性：設(shè)計(jì)的系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)按需要而伸縮；?可互操作性：不依賴(lài)特定供應(yīng)商的平臺(tái)。選用最新技術(shù)與產(chǎn)品：大規(guī)模集成電路的發(fā)展使原來(lái)需多個(gè)元件完成的工作，已集成在一個(gè)芯片上。選用高功能的CPU是降低造價(jià)與提高可靠性的捷徑。同時(shí)還要注意新的總線協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。加強(qiáng)軟件的研制投入：建設(shè)一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，硬件采用商品化的產(chǎn)品，除現(xiàn)場(chǎng)安裝之外，絕大部分工作是開(kāi)發(fā)軟件。加強(qiáng)不同應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境的軟件研制的投入，形成自己的NOWHOW是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

五、結(jié)束語(yǔ)

從實(shí)踐出發(fā)對(duì)當(dāng)前給排水自動(dòng)化，進(jìn)行了粗略的分析和研究。綜上分析，給排水自動(dòng)化技術(shù)的主要任務(wù)是運(yùn)用科學(xué)的方法，促進(jìn)給排水工作的開(kāi)展。

參考文獻(xiàn)：

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