浅议给排水自动化技术

郭文艳　孙聪

【摘 要】 本文首先对给排水自动化技术（SCADA）概述进行了说明，然后对系统控制要求进行了分析，最后详细阐述了完善给排水自动化技术的方法。

【关键词】 给排水；自动化；技术

一、前言

给排水自动化技术的管理与控制是保证工程质量优劣的首要前提，给排水自动化技术的设计不仅关系到工程的质量，而且关系到人民群众的切身利益。

二、给排水自动化技术（SCADA）概述

1、计算机技术

近年来，计算机技术的飞速发展，使得windows操作系统和网络技术不断的更新换代，功能也越来越强大现在的SCADA系统都是基于windows的，具有很好的图形化人机界面，其中PC机主要是用来做调度中心，SCADA系统就是通过一些组态软件平台，来完成给排水调度相关数据的采集与处理，并将这些数据显示和记录建档。其中，MMI的趋势分析和控制功能，优化了给排水的调度，提高了节能降耗的水平，而网络功能则大大扩展了多级SCADA系统的功能，更有利于水厂的多级管理。

2、通讯技术

通讯技术的选择关系到SCADA系统设计的合理性，它使SCADA系统变得更加的丰富。在SCADA系统的上层管理中，选择了LAN，WAN和Intranet等网络技术作为通讯技术，它们都是采用TCP/IP作为通讯协议的，并通过网关、路由器等连接形成一个系统。在SCADA系统终端中，数据线连接多数采用串行互连总线RS232，RS485和USB等方式，其中USB是能进行热切换、即插即用的接口，效率较高，得到了最广泛的应用。在现场、测量仪表与智能终端之间的通讯方式则包括无线通讯和有线通讯两类。

3、控制技术

控制技术的可靠性主要是由控制设备的性能决定的，这些控制设备不仅包括SCADA系统的下位机，还包括下位控制单元，如：远方终端RTU，智能测控装置、专用的RTU，智能仪表、智能控制器以及PLC系统等虽然在每个SCADA系统中都会有若干台控制设备，但主要有三种模式：PC+PLC模式、PC+单片机模式和纯进口的PC+RTU模式。PC+PLC模式是一种可靠性较高的技术产品，特点是严谨、方便，安装容易，编程简单易学，能给用户提供高性能的硬件，系统软件平台水平较高，用户软件平台易学、易懂，在给排水SCA-DA系统中主要用于复杂的计算和顺序逻辑控制，而且规模越大就越经济，在自来水厂中得到广泛的应用，主要用于对自来水净水过程、污水处理过程、自来水二级泵站多泵系统、远程调水中多泵阀等的控制单片机RTU只能用于做测压点终端、简单水源井控制和简单环境的数据采集，但价格较低，而纯进口的PC+RTU模式费用非常昂贵，所以这两种模式应用较少目前，主流的模式为混合模式，即采用PLC和单片机RTU构成混合SCADA下位机。

4、传感技术

在SCADA系统中，有许多的现场数据需要讲行采集和調控，如：水位、压力、流量、温度、湿度、浊度、余氯，BOD，COD，电压、电流、功率、电度，等，这些都要通过传感器来进行传感器有智能型和非智能型两种非智能型只能用于电量标准化信号的转换和非电量理化数据向标准化电量信号的转换，而智能型不但具有非智能型传感器功能，还能够进行上、下限报警设置，数据显示，以及简单数字逻辑控制和PID调节等。

三、系统控制要求

给排水系统的监控和管理由现场控制和集控中心来实现，其最终目的是实现给排水的合理调度，也就是说，无论用户用水量怎样变化，水泵都能及时改变其运行方式，实现水泵的最佳运行。

给排水的监控系统需随时监视大楼给排水系统，并自动储水及排水；当系统出现异常情况或需要维护时，及时发出信号，通知管理人员处理。给排水系统监控主要包括水泵的自动启停控制、水泵的故障报警、水泵的运行状态监测、水箱水位监测等，通过程序设计来满足自动控制要求，即根据水箱的高低水位信号来控制水泵的启/停，并且进行溢水和枯水预警。当水泵出现故障时，立即发出报警信号，同时备用泵自动投入运行。当发生火灾时，根据火灾信号的性质立即启动消防泵。

高位水箱与低位水箱中均设液位计，将水位信号送至B&RPCC2003控制器，实现自动控制；回水泵应同时接受这两个水箱的制约。当低位水箱处于低水位时，为了避免水泵的空转，无论高水位水箱如何，回水泵都不能启动；应设有3台电动机运行指示器及自动鼓掌显示、液位显示。3抬电机均有过载保护，短路保护，对于变频器启动时，应先是接触器通电，然后变频器通电；停止时，变频器先停止运行，然后接触器断电。设手动/自动方式转换，手动时，可优操纵者分别启动每台水泵；自动时，制定启动运行后，由B&R控制器根据高/低位水箱的液位计信号进行逻辑运算判断后，对3台水泵运行实现自动控制；手动十，3台水泵可同时运行，而自动时，生活泵和消防泵不能同时运行；对生活泵要能实现恒压供水。手动控制时，变频器解除。

四、完善给排水自动化技术的方法

1、充分利用社会资源建设SCADA系统

众所周知，计算机（PC）技术与通讯技术已构成了巨大的社会资源。这包括数以万计的PC软硬件平台、有线电话（PSDN、ISDN）、无线电话（GSM、CDMA）、卫星通讯、广电网（B ISDN）、INTernet、INTranet以及各种通讯总线、协议等。给排水SCADA系统建设要尽可能地利用上述资源，这包括：利用不断发展升级的PC软硬件平台，构建SCADA调度中心；利用WAN技术与公共通讯网构成多级SCADA调度系统；利用INTernet技术与防火墙技术，在网上对SCADA调度进行远方浏览与操作；利用B ISDN增值业务和无线双向寻呼业务作为SCADA远方智能控制单元的数据通讯；在网上学习浏览SCADA新技术、新设备、新经验。

2、SCADA系统集成的建议

我很赞成COTS（Commercialoff-Theshelf）的做法，意为采用商品化的产品和技术。这是采用社会化大生产方式集成SCADA系统的方式，也是构建最合理、最可靠、最廉价的SCADA系统的方式，所采用的技术包括：调度中心软件应彻底淘汰由集成商自编的软件，改用基于Windows95以上平台的forSCADA组态软件。这样多系统的互相移植与互连、升级、功能扩充、冗余、热备份、数据库、优化手段、上网等功能可一次性解决，摆脱了某些系统集成商的暗箱操作，使系统维护由自己或社会进行。

在尽量采用公共通讯网仍然不足以解决问题的情况下，应选择专业化、商品化的产品，构建SCADA通讯网。很多科研单位自行研发的通讯设备因小批量、手工制造，质量很差，早应淘汰。只有规模生产才有规模效益。

对构成SCADA系统影响最大的是现场控制单元设备PLC或RTU：！对较复杂的顺序控制应选用PLC，但要注意该PLC要具备与上位机组态软件相适应的驱动程序和适用的通讯接口。从一般意义上看，各种PLC没有质量差别。?模拟量数据采集和简单控制应充分调查供方市场，并进行相应的技术分析，尽量采用能与上位机进行通讯的智能仪表。#对选用单片机构成的RTU或PCU应注意选用市售的商品而非科研单位自己使用的东西。

市售商品应包括如下特点：按规模生产、有标准、有规模、有厂牌按系统平台设计（即有系统软件和应用软件，应用软件应按梯形图编程）、能提供全部软硬件文檔、负责培训等售前售后服务、有适用的通讯接口并完整提供接口使用方法。?建议不采用进口高价位RTU。%构建的SCADA系统的设计与实现，不能依赖某特定的供应商提供的软硬件平台。

3、对SCADA系统设备制造商的建议

生产SCADA系统中应用的设备应注意开放性原则，包括：！标准化：程序设计、通信、网管、界面、接口等按国际标准兼容；?可移植性：应用程序可在多种平台上互相移植；#可伸缩性：设计的系统规模应按需要而伸缩；?可互操作性：不依赖特定供应商的平台。选用最新技术与产品：大规模集成电路的发展使原来需多个元件完成的工作，已集成在一个芯片上。选用高功能的CPU是降低造价与提高可靠性的捷径。同时还要注意新的总线协议、标准的应用。加强软件的研制投入：建设一个自动化系统，硬件采用商品化的产品，除现场安装之外，绝大部分工作是开发软件。加强不同应用领域和应用环境的软件研制的投入，形成自己的NOWHOW是企业发展的关键。

五、结束语

从实践出发对当前给排水自动化，进行了粗略的分析和研究。综上分析，给排水自动化技术的主要任务是运用科学的方法，促进给排水工作的开展。

参考文献：

[1]张杨，刘吵升.SCADA系统分析及探索[T].科技资讯，2011（22）.

[2]杨立福，赵静生，张公度.给水排水自动化技术（SCA-DA）综述[T].给水排水，2010