數據采集與監控系統

　　引言

　　SCADA系統，即數據采集與監控系統。是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它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。當前，SCADA系統的應用領域很廣，它主要應用于電力系統、給水排水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制。

　　當前SCADA系統通常的基本結構是：智能監測設備+數據采集設備+網絡系統+用戶終端。其中智能監測設備主要是指測量儀表或傳感器，如壓力表、液位計、流量計等。也可以是控制水流動的閥門。網絡系統則是實現遠程監控點與SCADA控制中心之間進行數據傳輸的線路。數據采集設備通常是一個獨立的數據獲取與控制單元，它的作用是在遠端與現場設備，獲得設備數據，并通過網絡系統將數據傳給SCADA系統的調度中心，也可以將SCADA系統調度中心的數據或命令傳給現場設備。

　　目前，充當這一角色的主要是PLC(Programmablelogic Controller)和RTU(Remote Terminal Unit)。而與傳統的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優良的通訊能力和更大的存儲容量，而且更適用于惡劣的溫度和濕度環境，提供更多的符合專有標準的計算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU產品在

　　SCADA系統中得到了大量的應用，更適用于現代化新興行業的分散監控的需求。以下的將要介紹的案例就是以遠程測控終端RTU為數據采集設備的SCADA系統。

　　案例背景

　　某企業坐落于山區，具有占地面積大，水源監測點分布廣，地勢起伏明顯等特點。供水網絡分布在全廠區和周邊地區很遠的地方。水源包括了生產水、生活用水、污水等，其中有些是循環用水，有些是非循環水。調度中心需要對各個水源泵站、管段及蓄水池進行管理。在使用SCADA系統前，是通過人工對儀表

　　及設備進行24小時監視，并通過電話定期向調度中心匯報數據，再由人工將數據錄入電腦進行數據分析和報表打印。在遠程設備出現異常時則由人工進行報警并對設備進行現場控制。

　　建立SCADA系統的主要目的是解決全廠區內各分廠、各地區水源監測點的數據采集和監控。通過對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量、水池液位、閥門開度狀態的數據傳及閥門開關的自動控制，以達到降低故障率和提高了對系統的反應時間，便于及時迅速的了解及控制遠端管道及閥門，并節省人力資源的目的。同時各水源監測點的數據信息傳輸到監控中心，還可與監控中心GIS系統進行接口，為GIS系統提供數據基礎，通過對傳輸回的數據進行分析，可及時找出故障的地點并排除故障隱患。從而實現全廠生產生活用水管理的信息化、現代化。

　　方案

　　目前，GSM網絡經過電信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是中國移動的GPRS數據業務。而且利用GRPS網絡實現管網監控點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。在沒計時，為了提高數據傳輸效率，和網路的穩定性，數據中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，即將項目監測網點及數據中心組成一個APN專網，所有點都采用內網固定IP，這樣的網絡結構無論實時性，安全性和穩定性都得到很大的提高。

　　硬件設備

　　根據用戶的需求，系統需要監控的設備主要有壓力、流量、液位和閥門等。因此在RTU的選型上，要求必須具有的10接口點包括了AI，DI和DO等三種。在進行網絡布局時，盡量做到多點集中，充分利用RTU的接口資源，以節約設備購置上的花銷。同時，由于廠家地處北方，大量的監測點分布點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。

　　這兩種產品都具有數據存儲量大、接口便利、擴展性強、10點多等特點。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)，完全可以確保產品在北方室外低溫和潮濕的環境下正常工作。

　　工業用現場數據采集模塊。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。通信協議支持Modbus RTU/ASCII及自定義協議。采用工業級ARM7處理器，內嵌RTOS實時操作系統，工作穩定可靠。使用方便，性能優越，組網靈活對于水池的監控，則相對復雜一些，要求讀取液位值，當液位高于警戒值時，要遠程報警且自動關閉入水閥門;相反的，當液位低于警成值時，要遠程報警并根據實際需要遠程控制入出水閥門的開關。

　　而工業采集模塊  具有RS232/RS485雙串口;雙服務器連接;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，并減少了的數據流量方面的花銷。

　　設計

　　由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，監控中心路由器和各端站配置固定的APN專網IP地址，各個端站的GPRS模塊與中心站RTU進行通信。

　　1、管網監控點

　　管網監控點：各監控點通過數據采集模塊(RTU)采集如壓力、流量、液位及閥門開頭狀態等數據，通過以太網接口與GPRS數據傳輸終端相連，通過GPRS數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后，使用移動通信公司統一的SIM卡進行身份認證并與GPRS網絡連接。發送到GPRS網絡。

　　2、監控中心

　　監控中心路由器申請配置固定IP地址，采用當地移動通信公司提供的APN專線，與GPRS網絡相連。APN專線2M帶寬，當管網監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

　　3 、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡

　　現場監控點采集的數據經GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終經APN專網傳送到監控中心口地址。

　　4、應用系統

　　數據傳輸到數據中心后，監控系統將數據一方面實時顯示，另一方面定期存人數據庫系統中。SCADA系統管理軟件可以將數據按用戶的實際需求，對實時數據、歷史數據進行查詢、生成數據統計報表、生成數據分析曲線圖表等。同時SCADA系統還與調度中心的GIS系統、OA系統進行數據接口，為GIS系統提供及時可靠的基礎數據。

　　監控軟件界面：

　　實時顯示

　　1、左側設備列表顯示出當前在線和離線設備的信息，當設備聯網后，將從“離線設備列表”進入“在線設備列表”，設備長時間不在線將從“在線設備列表”進入“離線設備列表”;

　　2、右上角顯示設備編號、用戶名稱、聯系人、電話、傳真、手機、SIM卡號、地址等信息;

　　3、左上角顯示泵的轉速、泵電流、水池液位、流量、壓力等信息;

　　4、窗口下面實時顯示泵的轉速、泵電流、水源液位、流量、壓力等曲線;

　　5、中部文字提示當前設備登陸時間，采集回傳數據的最后時間;

　　歷史記錄

　　1、用戶可以根據時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備運轉狀態和相關趨勢;

　　3、同時查詢的歷史記錄可以導出為excel表格;

　　組態軟件效果圖

　　用戶可以根據需要通過組態軟件來定制程序，這樣界面表現形式更為靈活;

　　結論

　　采用GPRS網絡系統構建的供水管理SCADA系統，系統運行穩定、數據準確及時，已逐步成為企業用戶不可或缺的管理工具和助手。原來的手工抄表、手工錄入和分析統計，被由系統定期自動生成日常的數據統計報表所取代，24小時的人工值守被自動化的數據監控系統所代替，從而為企業節約了大量的人力資源，提高了工作效率。企業的自動化程度得到了很大的提高。而且，在不久的將來，隨著企業的不斷發展，對系統的需求不斷的增加，SCADA系統的監測范圍還將進一步擴大，功能還在進一步的完善，在企業的發展過程中也將發揮更大的作用。