摘要： 分析了給排水SCADA系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)及控制技術(shù)問題.

關(guān)鍵詞： SCADA 通訊 控制 市場 建議

計(jì)算機(jī)自動(dòng)化SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)技術(shù)又稱計(jì)算機(jī)四遙(遙測、遙控、遙信、遙調(diào))技術(shù)，在給排水行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，已形成了造福社會(huì)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。如何指導(dǎo)該技術(shù)的發(fā)展，培育好給排水自動(dòng)化的市場，進(jìn)而促進(jìn)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是一件十分有意義的工作。為此，本文對該技術(shù)加以綜述，以起拋磚引玉之目的。

1SCADA系統(tǒng)的技術(shù)分析

SCADA技術(shù)建立在3C+S(Computer、Communication、Control、Sensor)基礎(chǔ)上。以上四種技術(shù)近來發(fā)展很快，不斷推出新技術(shù)、新產(chǎn)品，同時(shí)很多舊技術(shù)和產(chǎn)品也無情地遭受被淘汰的命運(yùn)。如何采用新觀念、新技術(shù)、新產(chǎn)品構(gòu)建適用于給水排水的管理功能強(qiáng)大、可靠性強(qiáng)、有良好的現(xiàn)場安裝界面、易于操作和維護(hù)與價(jià)格低廉的SCADA系統(tǒng)，是給排水行業(yè)客戶的需要也是SCADA系統(tǒng)集成商的責(zé)任，以下就3C+S技術(shù)分述如下：

1計(jì)算機(jī)(Computer)技術(shù)

近些年來，計(jì)算機(jī)PC技術(shù)以每一年多更新一代的速度飛速發(fā)展。強(qiáng)大的硬件平臺(主頻300M以上，CPU內(nèi)置MMX技術(shù)、內(nèi)存128M及以上、10G以上的硬盤和高速CDROM及DVDROM驅(qū)動(dòng)器等)支持著不斷更新的視窗操作系統(tǒng)Windows軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。功能強(qiáng)大的PC系統(tǒng)平臺，既擺脫了DOS操作的煩惱，解除了鍵盤操作PC的尷尬，使PC得到了廣泛的應(yīng)用，更為構(gòu)建高功能的SCADA系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。眾所周知在SCADA系統(tǒng)中PC機(jī)主要用做Master或稱調(diào)度中心。近來國內(nèi)外許多廠家都推出了基于Windows的for SCADA的組態(tài)軟件。這些軟件平臺上可以完成與給排水調(diào)度相關(guān)的數(shù)據(jù)采集(提供了與多種PLC或其它智能設(shè)備通訊驅(qū)動(dòng)程序Driver、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE功能及OLE技術(shù)等等)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)記錄等工作，具有良好的圖形化人機(jī)界面，MMI具備趨勢分析和控制功能。為給排水優(yōu)化調(diào)度、節(jié)能降耗提供了盡善盡美的手段。PC機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能為多級調(diào)度SCADA系統(tǒng)的建設(shè)和參與水廠管理提供了很多意想不到的功能。在SCADA系統(tǒng)中不斷更新PC軟硬件平臺，所需費(fèi)用占S CADA系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)的比例不太大，但對提高SCADA的功能與可靠性影響較大，加強(qiáng)調(diào)度中心建設(shè)的投資是合算的。

目前存在的主要問題是還沒有國產(chǎn)專為給排水自動(dòng)化的for SCADA組態(tài)軟件問世，而通用組態(tài)軟件的購置價(jià)格較貴。組織生產(chǎn)規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化、價(jià)格適中、功能適用于給排水的SCADA 組態(tài)

軟件有著廣泛的前景，也是建設(shè)中國給排水自動(dòng)化系統(tǒng)China SCADA的重要環(huán)節(jié)。

2通訊(Communication)技術(shù)

通訊技術(shù)與設(shè)備的選擇是構(gòu)建SCADA系統(tǒng)最豐富多彩的部分，SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，通訊技術(shù)的選擇十分重要。由于各種通訊技術(shù)之間融匯貫通，試圖按分類去加以說明是十分困難而又會(huì)漏洞百出的。這里，為敘述方便，只能牽強(qiáng)地加以分類。

1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)LAN WAN與INTranet

我們權(quán)且把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為SCADA通訊的一部分。基于TCP/IP的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連與擴(kuò)展技術(shù)，如網(wǎng)關(guān)、路由器、網(wǎng)橋、中繼器、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)；基于存儲器的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)；基于開放數(shù)據(jù)庫的訪問技術(shù)等構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)與信息。事實(shí)上這部分應(yīng)是SCADA系統(tǒng)以上管理層部分，這里不多加敘述。

2串行互連總線

RS232、RS485以及USB(Universal Serial BUS)，前兩種是大家熟知的，而USB是近期推出的高效率、即插即用、熱切換的接口。

1.2.3測控總線標(biāo)準(zhǔn)

如Bitbus, Profibus, PROWAYC, PHOEBUS, HART, CAN, Dupline, L2, Modbus, SDS, ControlNET, FIP, SERCOS, FF, Lonworks等。 以上多種測控總線標(biāo)準(zhǔn)正不斷地滲透到SCA DA系統(tǒng)之中，特別是現(xiàn)場、儀表與智能終 端之間的通訊應(yīng)用十分廣泛。

1.2.4無線通訊

如微波、擴(kuò)頻通訊、衛(wèi)星通訊、銥星通訊、超短波通訊、短波通訊、GSM、CDMA、雙向無線尋呼等。 以上無線通訊有些是公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的應(yīng)用，一般情況下應(yīng)用最多的是超短波200MHz的通訊。特別應(yīng)指出的是，正在發(fā)展的雙向無線尋呼為構(gòu)成給排水SCADA中的測壓終端，水源井群和城市排水網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的通信將會(huì)有十分重要的作用，是既可靠又廉價(jià)的通訊手段。

1.2.5有線通訊

(1)公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PSDN ISDN和BISDN，特別是BISDN綜合寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)與光纖入戶工程的增值業(yè)務(wù)，將極大地方便城鎮(zhèn)給排水SCADA系統(tǒng)中通訊功能的建設(shè)，例如，測壓點(diǎn)、水源井、污水監(jiān)控站等。

(2)自建有線網(wǎng)，一般采用雙絞線作介質(zhì)。各PLC廠商和通訊廠商都分別制定了封閉和開放的有線通訊系統(tǒng)協(xié)議，并有相應(yīng)的產(chǎn)品供應(yīng)，如以色列RAD公司的6DC型MODEM、GE fanuc的G enius BUS以及西門子的L2等，都為SCADA系統(tǒng)提供了良好的通信手段。在凈水廠和污水處理廠內(nèi)的SCADA系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

1.2.6載波通訊技術(shù)

電力載波技術(shù)爭論許多年，近日有文章報(bào)道西門子公司有相應(yīng)的載波通訊設(shè)備出售，相信該技術(shù)會(huì)有較好前景。在凈水廠、污水處理廠內(nèi)的SCADA中加以應(yīng)用，不用布線即可構(gòu)成系統(tǒng)。

1.2.7光纖通訊

光纖通信以其高帶寬，高抗干擾性在信息通訊中得到廣泛應(yīng)用。在SCADA系統(tǒng)中也已具備了應(yīng)用條件。德國赫斯曼公司HIRSCHMANN生產(chǎn)的OZD485，用于光電485協(xié)議轉(zhuǎn)換，可適用于：Partyline，SINEC、L1、L2，Unitelway，GEbus，Modbus+，BitBus，PROFIBUS，PNET，CAN等多種協(xié)議。其多模設(shè)備，售價(jià)只幾百馬克。可見，光纖通信在SCADA中的應(yīng)用已達(dá)到實(shí)用水平。

如何構(gòu)建良好的SCADA系統(tǒng)，通訊技術(shù)的選擇舉足輕重?，F(xiàn)在各種通信技術(shù)發(fā)展很快，公共通信技術(shù)在市場的發(fā)展中逐步建立了可靠而廉價(jià)的平臺。SCADA系統(tǒng)集成商要緊跟先進(jìn)技術(shù)，才能提出最好的通訊方案。

1.3控制(Control)技術(shù)

本文所指控制設(shè)備為SCADA系統(tǒng)的Slave，或稱下位機(jī)，遠(yuǎn)方終端RT U和現(xiàn)場測控智能裝置，也可以是專用的RTU、智能儀表和智能控制器以及PLC系統(tǒng)等統(tǒng)稱下位控制單元?？刂圃O(shè)備，

在每一個(gè)SCADA系統(tǒng)中都會(huì)有若干臺，對SCADA系統(tǒng)的可靠性和價(jià)格影響最大。近十多年來給排水SCA DA系統(tǒng)建設(shè)形成了不少模式，如PC+PLC模式，PC+單片 機(jī)模式，全部進(jìn)口的PC+RTU模式等。

1.3.1PC+PLC模式

這里只談控制部分，即PLC。各廠家和各種型號的PLC都是一個(gè)系列化產(chǎn)品的系統(tǒng)平臺，既有自己封閉的網(wǎng)絡(luò)又有開放接口。僅控制功能而言，PLC是嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易安裝、易編程，可靠性高的技術(shù)產(chǎn)品。它提供高質(zhì)量的硬件、高水平的系統(tǒng)軟件平臺和易學(xué)易懂的應(yīng)用軟件平臺(用戶平臺)，應(yīng)用于順序邏輯控制和許多復(fù)雜計(jì)算方面是盡善盡美的。而且規(guī)模越大在經(jīng)濟(jì)上越合算。在給排水SCADA系統(tǒng)中，如自來水凈水過程控制，污水處理過程控制，自來水二級泵站多泵系統(tǒng)控制和遠(yuǎn)程調(diào)水中多泵閥的控制等方面具有無可爭議的優(yōu)勢。PLC 的缺點(diǎn)在給排水SCADA中也暴露無遺，這表現(xiàn)在模擬量數(shù)據(jù)采集的高價(jià)位，人機(jī)界面高價(jià)位和中小型PLC數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)歷史事件追憶(SOE)功能等方面，在給排水SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。在SCADA調(diào)度系統(tǒng)中，無法忍受做一個(gè)測壓點(diǎn)終端只監(jiān)測一個(gè)模擬量而采用PLC的資源浪費(fèi)，應(yīng)當(dāng)因地制宜地采用PC+PLC構(gòu)建SCADA系統(tǒng)

1.3.2PC+單片機(jī)模式

這里只講與控制有關(guān)的單片機(jī)(下位機(jī))。十多年來單片機(jī)構(gòu)成給排水SCADA系統(tǒng)下位機(jī)是主流。由Z80單板機(jī)經(jīng)8031、8098過渡到目前主流為80C196的單片機(jī)。各種科研單位及公司研制的單片機(jī)構(gòu)成SCADA系統(tǒng)的RTU，始終沒有改變目標(biāo)設(shè)計(jì)的模式。在這種方式下單片機(jī)RT U的軟件采用互相保密(甚至同一單位內(nèi)部也互相保密)的封閉式做法。這種封閉既造成了難以維護(hù)的缺點(diǎn)又破壞了單片機(jī)的資源，還造成了單片機(jī)RTU不廉價(jià)的怪現(xiàn)象。據(jù)悉，迄今為止每一個(gè)單片機(jī)裝置的售價(jià)都在數(shù)千元之巨，而一片單片機(jī)CPU才幾十元人民幣。當(dāng)然較之P LC與進(jìn)口RTU相比，單片機(jī)還是價(jià)位最低的。單片機(jī)RTU只適于做測壓點(diǎn)終端、簡單的水源井控制和簡單環(huán)境的數(shù)據(jù)采集。還應(yīng)當(dāng)指出的是，目前國內(nèi)各廠家用單片機(jī)做的RTU，只支持有線RS232、RS485和無線200MHz通訊，很少有人考慮其它高效率通信協(xié)議的接口應(yīng)用問題。迄今為止，還沒有適用于給排水SCADA的按系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)的商品化的單片機(jī)RTU產(chǎn)品。十多年來，單片機(jī)RTU的廣泛應(yīng)用給SCADA用戶培養(yǎng)了一大批應(yīng)用與維修人員。這些人員是給排水SCADA發(fā)展的寶貴資源，是給排水自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)大軍的一部分。

1.3.3PC+進(jìn)口RTU模式

據(jù)悉一個(gè)進(jìn)口RTU完成一個(gè)測壓點(diǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測，有的要6萬元人民幣之巨，這是一個(gè)怪現(xiàn)象，不多加評述。

1.3.4混合模式

采用PLC和單片機(jī)RTU構(gòu)成混合SCADA下位機(jī)，是目前大多數(shù)系統(tǒng)的做法。

5現(xiàn)場測控智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)

現(xiàn)場測控智能機(jī)構(gòu)在SCADA系統(tǒng)中有許多種類。在給排水SCADA中使用最多的是變頻調(diào)速裝置，該裝置對完善給排水工藝，加強(qiáng)工藝可控性及節(jié)能降耗等方面都有著很好的作用?，F(xiàn)場測控智能還包括壓力調(diào)節(jié)器等等，應(yīng)歸類在傳感裝置中，現(xiàn)場測控智能裝置一般在SC ADA系統(tǒng)的Slave控制之下。有些直接與上位PC機(jī)通訊構(gòu)成系統(tǒng)。

控制技術(shù)作為SCADA系統(tǒng)的重點(diǎn)工作，迄今為止沒有一個(gè)規(guī)范的做法，更沒有標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。在具體構(gòu)建SCADA系統(tǒng)時(shí)它主要由承建者和設(shè)計(jì)者的水平、好惡與利益決定。另外，技術(shù)的不斷發(fā)展更新，也是造成沒有標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的原因之一。做好SCADA系統(tǒng)下位機(jī)平臺的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化是建設(shè)高質(zhì)量低價(jià)位SCADA系統(tǒng)的關(guān)鍵

1.4傳感(Sensor)技術(shù)

在給排水SCADA系統(tǒng)的生產(chǎn)現(xiàn)場層，安裝著許多傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成SCADA系統(tǒng)的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與調(diào)控命令的執(zhí)行。

傳感器可分為智能型和非智能型兩類。非智能型完成電量的標(biāo)準(zhǔn)化信號轉(zhuǎn)換和非電量的理化數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)化電量信號轉(zhuǎn)換。智能型傳感器除完成上述非智能型傳感器的工作之外，還具有上、下限報(bào)警設(shè)置，數(shù)據(jù)顯示，簡單數(shù)字邏輯控制，PID調(diào)節(jié)等功能。最新的智能傳感器大都具有某種現(xiàn)場總線功能，可以與SCADA的上位PC或下位控制單元通訊，構(gòu)成SCADA系統(tǒng)。在給排水SCADA中常用的傳感器主要有：水位、壓力、流量、溫度、濕度、濁度、余氯、BOD、COD、電壓、電流、功率、電度、cosφ、流動(dòng)電流儀以及接近開關(guān)、限位開關(guān)、水位開關(guān)、繼電器等。前幾年，國產(chǎn)傳感器普遍沒有過關(guān)，給排水SCADA的傳感器還是國外傳感器廠商的天下。

近來給排水傳感器市場推出了大量的國產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品?？梢哉f，傳感器是SCADA 國產(chǎn)化最高也是最成功的環(huán)節(jié)。

2給排水自動(dòng)化SCADA的市場概述

給排水自動(dòng)化市場由供需雙方構(gòu)成。供方主要由從事SCADA系統(tǒng)集成及相關(guān)的廠商構(gòu)成，需方為各自來水公司、污水處理廠及與給排水相關(guān)的大型廠、礦和政府機(jī)構(gòu)等。

1需方市場構(gòu)成

我國現(xiàn)有城市600多個(gè)，每個(gè)城市都具有一個(gè)給排水自動(dòng)化市場，還有數(shù)百座發(fā)電站和大型聯(lián)合企業(yè)及廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)，都構(gòu)成廣大的給排水自動(dòng)化市場。需方是市場原動(dòng)力，需方購買給排水SCADA系統(tǒng)的動(dòng)力大致如下：

2.1.1法律原因

(1)給水(自來水)：有水法制約，必須達(dá)標(biāo)。SCADA系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要手段之一。

(2)排水：國家制定了相關(guān)法律，污水必須達(dá)標(biāo)排放，而SCADA系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的重要手段之一

2.1.2經(jīng)濟(jì)原因

一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完整，設(shè)備選型慎重、科學(xué)，系統(tǒng)集成良好，質(zhì)量可靠的SCADA系統(tǒng)，可為排水SCADA的需方在減員、節(jié)能、降耗、加強(qiáng)管理等方面帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.3公司形象

很多用戶考慮公司形象建立SCADA系統(tǒng)。

2.1.4投資方要求

現(xiàn)在很多凈水廠和污水處理廠及大型廠礦為外商投資，在原設(shè)計(jì)中已有SCADA系統(tǒng)，受投資方要求建SCADA系統(tǒng)

2.2供方市場構(gòu)成

面對廣大的需方市場和復(fù)雜的需方購買原因，勢必造成復(fù)雜的供方市場。供方是市場競爭的動(dòng)因和參與人。供方市場權(quán)且按設(shè)備供應(yīng)商構(gòu)成的一級市場與系統(tǒng)集成商構(gòu)成的二級市場分類

2.2.1SCADA設(shè)備供應(yīng)的一級市場

一級市場包括計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備硬件供應(yīng)商；計(jì)算機(jī)及控制器軟件設(shè)備供應(yīng)商；通訊設(shè)備供應(yīng)商；控制設(shè)備供應(yīng)商(PLC等)；傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)供應(yīng)商；線纜與機(jī)箱機(jī)柜供應(yīng)商；電子器件供應(yīng)商；電源供應(yīng)商等。

2.2.2系統(tǒng)集成商(自動(dòng)化工程承包商)構(gòu)成的二級市場

 (1)國外SCADA系統(tǒng)的專業(yè)代理集成；

 (2)從事系統(tǒng)互連的系統(tǒng)集成；

 (3)科研單位自己開發(fā)軟硬件裝置的工程承包商；

 (4)需方用戶自己承包的SCADA系統(tǒng)集成；

 (5)轉(zhuǎn)包商。