给水排水自动化技术(SCADA)综述

下面是鲁班乐标给大家带来关于给水排水自动化技术的相关内容，以供参考。

计算机自动化SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）技术又称计算机四遥（遥测、遥控、遥信、遥调）技术，在给排水行业得到广泛的应用，取得了良好的经济效益与社会效益，已形成了造福社会的产业规模。如何指导该技术的发展，培育好给排水自动化的市场，进而促进自动化产业的发展，是一件十分有意义的工作。为此，本文对该技术加以综述，以起抛砖引玉之目的。

1、SCADA系统的技术分析

SCADA技术建立在3CS（Computer、Communication、Control、Sensor）基础上。以上四种技术近来发展很快，不断推出新技术、新产品，同时很多旧技术和产品也无情地遭受被淘汰的命运。如何采用新观念、新技术、新产品构建适用于给水排水的管理功能强大、可靠性强、有良好的现场安装界面、易于操作和维护与价格低廉的SCADA系统，是给排水行业客户的需要也是SCADA系统集成商的责任，以下就3CS技术分述如下：

计算机（Computer）技术

近些年来，计算机PC技术以每一年多更新一代的速度飞速发展。强大的硬件平台（主频300M以上，CPU内置MMX技术、内存128M及以上、10G以上的硬盘和高速CDROM及DVDROM驱动器等）支持着不断更新的视窗操作系统Windows软件和网络技术。功能强大的PC系统平台，既摆脱了DOS操作的烦恼，解除了键盘操作PC的尴尬，使PC得到了广泛的应用，更为构建高功能的SCADA系统创造了条件。众所周知在SCADA系统中PC机主要用做Master或称调度中心。近来国内外许多厂家都推出了基于Windows的for SCADA的组态软件。这些软件平台上可以完成与给排水调度相关的数据采集（提供了与多种PLC或其它智能设备通讯驱动程序Driver、动态数据交换DDE功能及OLE技术等等）、数据处理、数据显示和数据记录等工作，具有良好的图形化人机界面，MMI具备趋势分析和控制功能。为给排水优化调度、节能降耗提供了尽善尽美的手段。PC机的网络功能为多级调度SCADA系统的建设和参与水厂管理提供了很多意想不到的功能。在SCADA系统中不断更新PC软硬件平台，所需费用占SCADA系统建设费的比例不太大，但对提高SCADA的功能与可靠性影响较大，加强调度中心建设的投资是合算的。

目前存在的主要问题是还没有国产专为给排水自动化的for SCADA组态软件问世，而通用组态软件的购置价格较贵。组织生产规范化标准化、价格适中、功能适用于给排水的SCADA组态

软件有着广泛的前景，也是建设中国给排水自动化系统China SCADA的重要环节。

2、通讯（Communication）技术

通讯技术与设备的选择是构建SCADA系统最丰富多彩的部分，SCADA系统设计是否合理，通讯技术的选择十分重要。由于各种通讯技术之间融汇贯通，试图按分类去加以说明是十分困难而又会漏洞百出的。这里，为叙述方便，只能牵强地加以分类。

1、网络技术LAN WAN与INTranet

我们权且把网络技术作为SCADA通讯的一部分。基于TCP/IP的计算机网络互连与扩展技术，如网关、路由器、网桥、中继器、远程访问服务；基于存储器的动态数据交换技术；基于开放数据库的访问技术等构成控制网络与信息。事实上这部分应是SCADA系统以上管理层部分，这里不多加叙述。

2、串行互连总线

RS232、RS485以及USB（Universal Serial BUS），前两种是大家熟知的，而USB是近期推出的高效率、即插即用、热切换的接口。

1.2.3、测控总线标准如Bitbus，Profibus，PROWAYC，PHOEBUS，HART，CAN，Dupline，L2，Modbus，SDS，ControlNET，FIP，SERCOS，FF，Lonworks等。以上多种测控总线标准正不断地渗透到SCA DA系统之中，特别是现场、仪表与智能终端之间的通讯应用十分广泛。

1.2.4、无线通讯

如微波、扩频通讯、卫星通讯、铱星通讯、超短波通讯、短波通讯、GSM、CDMA、双向无线寻呼等。以上无线通讯有些是公共数据网的应用，一般情况下应用最多的是超短波200MHz的通讯。特别应指出的是，正在发展的双向无线寻呼为构成给排水SCADA中的测压终端，水源井群和城市排水网SCADA系统的通信将会有十分重要的作用，是既可靠又廉价的通讯手段。

1.2.5、有线通讯

（1）公共数据网PSDN ISDN和BISDN，特别是BISDN综合宽带数据网与光纤入户工程的增值业务，将极大地方便城镇给排水SCADA系统中通讯功能的建设，例如，测压点、水源井、污水监控站等。

（2）自建有线网，一般采用双绞线作介质。各PLC厂商和通讯厂商都分别制定了封闭和开放的有线通讯系统协议，并有相应的产品供应，如以色列RAD公司的6DC型MODEM、GE fanuc的G enius BUS以及西门子的L2等，都为SCADA系统提供了良好的通信手段。在净水厂和污水处理厂内的SCADA系统中得到广泛的应用。

1.2.6、载波通讯技术

电力载波技术争论许多年，近日有文章报道西门子公司有相应的载波通讯设备出售，相信该技术会有较好前景。在净水厂、污水处理厂内的SCADA中加以应用，不用布线即可构成系统。

1.2.7、光纤通讯

光纤通信以其高带宽，高抗干扰性在信息通讯中得到广泛应用。在SCADA系统中也已具备了应用条件。德国赫斯曼公司HIRSCHMANN生产的OZD485，用于光电485协议转换，可适用于：Partyline，SINEC、L1、L2，Unitelway，GEbus，Modbus，BitBus，PROFIBUS，PNET，CAN等多种协议。其多模设备，售价只几百马克。可见，光纤通信在SCADA中的应用已达到实用水平。

如何构建良好的SCADA系统，通讯技术的选择举足轻重。现在各种通信技术发展很快，公共通信技术在市场的发展中逐步建立了可靠而廉价的平台。SCADA系统集成商要紧跟先进技术，才能提出最好的通讯方案。

1.3、控制（Control）技术

本文所指控制设备为SCADA系统的Slave，或称下位机，远方终端RTU和现场测控智能装置，也可以是专用的RTU、智能仪表和智能控制器以及PLC系统等统称下位控制单元。控制设备，

在每一个SCADA系统中都会有若干台，对SCADA系统的可靠性和价格影响最大。近十多年来给排水SCA DA系统建设形成了不少模式，如PC PLC模式，PC单片机模式，全部进口的PC RTU模式等。

1.3.1、PC PLC模式

这里只谈控制部分，即PLC.各厂家和各种型号的PLC都是一个系列化产品的系统平台，既有自己封闭的网络又有开放接口。仅控制功能而言，PLC是严谨、方便、易安装、易编程，可靠性高的技术产品。它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易懂的应用软件平台（用户平台），应用于顺序逻辑控制和许多复杂计算方面是尽善尽美的。而且规模越大在经济上越合算。在给排水SCADA系统中，如自来水净水过程控制，污水处理过程控制，自来水二级泵站多泵系统控制和远程调水中多泵阀的控制等方面具有无可争议的优势。PLC的缺点在给排水SCADA中也暴露无遗，这表现在模拟量数据采集的高价位，人机界面高价位和中小型PLC数据无法实现历史事件追忆（SOE）功能等方面，在给排水SCADA系统中的应用受到限制。在SCADA调度系统中，无法忍受做一个测压点终端只监测一个模拟量而采用PLC的资源浪费，应当因地制宜地采用PC PLC构建SCADA系统

1.3.2、PC单片机模式

这里只讲与控制有关的单片机（下位机）。十多年来单片机构成给排水SCADA系统下位机是主流。由Z80单板机经8031、8098过渡到目前主流为80C196的单片机。各种科研单位及公司研制的单片机构成SCADA系统的RTU，始终没有改变目标设计的模式。在这种方式下单片机RTU的软件采用互相保密（甚至同一单位内部也互相保密）的封闭式做法。这种封闭既造成了难以维护的缺点又破坏了单片机的资源，还造成了单片机RTU不廉价的怪现象。据悉，迄今为止每一个单片机装置的售价都在数千元之巨，而一片单片机CPU才几十元人民币。当然较之PLC与进口RTU相比，单片机还是价位最低的。单片机RTU只适于做测压点终端、简单的水源井控制和简单环境的数据采集。还应当指出的是，目前国内各厂家用单片机做的RTU，只支持有线RS232、RS485和无线200MHz通讯，很少有人考虑其它高效率通信协议的接口应用问题。迄今为止，还没有适用于给排水SCADA的按系统平台设计的商品化的单片机RTU产品。十多年来，单片机RTU的广泛应用给SCADA用户培养了一大批应用与维修人员。这些人员是给排水SCADA发展的宝贵资源，是给排水自动化产业大军的一部分。

1.3.3、PC进口RTU模式

据悉一个进口RTU完成一个测压点的数据监测，有的要6万元人民币之巨，这是一个怪现象，不多加评述。

1.3.4、混合模式

采用PLC和单片机RTU构成混合SCADA下位机，是目前大多数系统的做法。

现场测控智能执行机构

现场测控智能机构在SCADA系统中有许多种类。在给排水SCADA中使用最多的是变频调速装置，该装置对完善给排水工艺，加强工艺可控性及节能降耗等方面都有着很好的作用。现场测控智能还包括压力调节器等等，应归类在传感装置中，现场测控智能装置一般在SC ADA系统的Slave控制之下。有些直接与上位PC机通讯构成系统。

控制技术作为SCADA系统的重点工作，迄今为止没有一个规范的做法，更没有标准化的产品。在具体构建SCADA系统时它主要由承建者和设计者的水平、好恶与利益决定。另外，技术的不断发展更新，也是造成没有标准化、规范化的原因之一。做好SCADA系统下位机平台的规范化与标准化是建设高质量低价位SCADA系统的关键

1.4、传感（Sensor）技术

在给排水SCADA系统的生产现场层，安装着许多传感器与执行机构，完成SCADA系统的生产现场数据采集与调控命令的执行。

传感器可分为智能型和非智能型两类。非智能型完成电量的标准化信号转换和非电量的理化数据向标准化电量信号转换。智能型传感器除完成上述非智能型传感器的工作之外，还具有上、下限报警设置，数据显示，简单数字逻辑控制，PID调节等功能。最新的智能传感器大都具有某种现场总线功能，可以与SCADA的上位PC或下位控制单元通讯，构成SCADA系统。在给排水SCADA中常用的传感器主要有：水位、压力、流量、温度、湿度、浊度、余氯、BOD、COD、电压、电流、功率、电度、cosφ、流动电流仪以及接近开关、限位开关、水位开关、继电器等。前几年，国产传感器普遍没有过关，给排水SCADA的传感器还是国外传感器厂商的天下。

近来给排水传感器市场推出了大量的国产高质量的产品。可以说，传感器是SCADA国产化最高也是最成功的环节。

给排水自动化SCADA的市场概述

给排水自动化市场由供需双方构成。供方主要由从事SCADA系统集成及相关的厂商构成，需方为各自来水公司、污水处理厂及与给排水相关的大型厂、矿和政府机构等。

需方市场构成

我国现有城市600多个，每个城市都具有一个给排水自动化市场，还有数百座发电站和大型联合企业及广大乡镇，都构成广大的给排水自动化市场。需方是市场原动力，需方购买给排水SCADA系统的动力大致如下：

2.1.1、法律原因

（1）给水（自来水）：有“水法”制约，必须达标。SCADA系统是实现水质达标的重要手段之一。

（2）排水：国家制定了相关法律，污水必须达标排放，而SCADA系统是实现达标排放的重要手段之一

2.1.2、经济原因

一个系统设计完整，设备选型慎重、科学，系统集成良好，质量可靠的SCADA系统，可为排水SCADA的需方在减员、节能、降耗、加强管理等方面带来良好的经济效益。

2.1.3、公司形象

很多用户考虑公司形象建立SCADA系统。