南京水司供水调度SCADA系统的开发与使用

尤博文、季明

　　摘　要:南京自来水总公司生产处供水调度中心SCADA系统，采用客户机/服务器工作环境，集中储存、灵活管理、查询迅速；系统基于MS WINDOWS NT4.0操作系统及MS SQL7.0数据库，运行稳定、安全可靠；系统应用一机双屏、图形化窗口等技术，显示清楚、界面友好。实现了生产数据的实时采集、定时存储、集中处理、数据发布、远程查询和远程控制的功能。为以后开展优化调度、经济调度打下坚实基础，使总公司供水调度水平又跃上了一个新的台阶。
　　关键词：供水调度 监测系统（SCADA） 数据库

　　供水中心调度是整个供水管网运行的指挥中心，它对城市安全供水及水司的经济效益都至关重要。目前供水行业已广泛应用微机调度监测系统（SCADA），对供水管网上各类数据进行采集、加工、处理并以报表或图形曲线的型式输出，供有关人员分析使用。我们南京自来水公司的无线微机调度系统94年投入使用至今已连续工作近四万五千个小时。它曾为总公司的供水调度管理做出了很大贡献。为了适应管网址及调度水平不断发展的需要，我们对原系统成功进行了改造，现介绍如下：

一、开发的目标

　　供水调度中心原有的一套“无线微机调度系统”，为个单机单任务监测系统。由于当时计算机技术水平不高，设计时没有考虑网络功能，计算机型号为386，运行在DOS平台上，运行速度慢，数据处理功能较弱等原因，已不能适应今天“优化调度”的要求。为了实现供水管网优化调度的目标，开展高层次的优化调度，我们在对全国几个大城市水司调研的基础上，制定了改造计划和开发目标：建立一个构架在网络基础上客户机/服务器模式的综合性供水调度实时监测系统。由于新系统的开发是在老系统的基础上展开的，对老系统中经实践检验行之有效的功能，我们予以全部保留；对老系统不足之处新系统完全克服。

二、 系统功能简介

　　根据上述开发目标，新系统具有以下功能：
　　（1）能自动巡测和选站遥测供水网中所有分站的监测量，主要有各水厂的出水压力、出水浊度、出水余氯、出厂水量、用电量、清水池水位、长江水位、二泵房台时和各管网测压点压力。
　　（2）将上述供水物理量通过一机双屏的形式分别显示在计算机的两个屏幕上，每2分多钟显示涮新一次，每15分钟的数据送入服务器数据库存盘。并定时向总公司企业网送数。
　　（3）在超宽模拟屏上实时显示各水厂出水压力、二泵房水泵开关状态、所有测压点的管网压力。
　　（4）具有越限报警查询功能，用户可自行设置各输入量报警上下限，一旦发生数值越限，即在计算机显示器上显示相应报警指示。并可查询历史报警记录。
　　（5）打印各类月报表和日报表。
　　（6）可根据需要对各数据进行统计、修正、分析。
　　（7）具有数据滤波功能，可自动滤除浊度、余氯数据内非正常干扰脉动值。
　　（8）通过表格、曲线、直方图、棒图、饼图等显示方式对历史数据进行查询分析。
　　（9）有泵站遥控功能，可远程操作增压站开停，为以后实现增压站无人值守作准备。
　　（10）具有远程查询功能，可通过电话拨号上网查询各水厂、测压点数据。

三、系统构成与运行

　　整个系统由一个主站、七个水厂分站、二十七个管网测压点分站组成。采用233MHZ超短波组网通讯。
　　1、主站
　　主站是整个系统的核心，硬件通过交换机连接两台服务器、五台工作站及其他附属设备构成100M以太网，采用客户机/服务器工作环境，集中储存、灵活管理、查询迅速；操作系统基于MS WINDOWS NT4.0，采用NTFS格式的文件系统和MS SQL7.0数据库系统，运行稳定、安全可靠；运行软件选用Intouch 7.1工控软件组态和自行开发的VB、VFP应用软件相结合的方法，并应用一机双屏、图形化窗口等编程技术，界面友好、显示清楚。实现了生产数据的实时采集、定时存储、集中处理、数据发布、远程查询和远程控制的功能。
　　2、分站
　　分站是系统的基础，主要完成对现场数据采集和转换，累计量的累加，并将这些数据按照通信规约传给公司调度室。分站硬件由各种传感器和终端组成。终端除由原来的单片机测压点和水厂终端外，这次改造还新增SIMENS--700测压点终端和AB-SLC水厂及泵站终端。这些以PLC为控制单元、输出输入单元的终端，因其集成度高，工作稳定，技术成熟等优点，整体性能优于原单片机终端。
　　3、系统工作流程
　　通讯工作站通过电台不间断的采集各水厂、泵站、测压点的实时生产数据分别在计算机和模拟屏上显示。通讯工作站每15分钟存储一条记录到数据服务器SERVER1上的数据库中；调度员每天通过调度管理工作站访问数据库，审核前一天的生产数据，并汇总产生报表；审核过的数据库按照不同用户访问需求转换成相应格式存储到数据服务器DDSERVER上，并通过网页等形式送上企业网或提供远程访问。
　　4、系统维护管理
　　（1）、设备备份：
　　由于供水SCADA系统的实时性，其服务器和通讯工作站需要24小时不间断运行，出现问题必须及时恢复，因此采用主域控制器（SERVER1）与备份域控制器（DDSERVER）相互备用；备用工作站（PC2）同时备用通讯工作站（PC1）和维护工作站（PC0）。软件设计时也考虑了故障期间的解决方法，当数据服务器暂停时，通讯工作站将采集数据临时存放在本地，待恢复后再向数据服务器发送，从而确保任一微机瘫痪不影响系统正常运行。
　　（2）、数据备份：
　　生产数据集中保存放于主服务器（SERVER1）中；查询数据库放于查询服务器（DDSERVER）中；服务器暂停时，生产数据临时存放于通讯机（PC1）中。
　　为避免系统故障造成生产数据丢失，使用SQL SERVER7.0自动化任务，定期备份SQL数据库，用不同存储介质保存两份，年历史数据刻录到光盘保存。
　　备份策略：使用自动化备份任务，每周五完整备份，每天增量备份，每4小时事务日志备份。
　　（3）、安全管理：
　　主站局域网中只有查询服务器（DDSERVER）允许外部共享，可以分别通过MODEM池和公司企业网访问。为保证系统安全性，采用了NT域用户管理和SQL SERVER用户认证，给用户分配密码，根据不同需求加入调度组、仪表组、远程访问等用户组，分配数据库、WEB页、文件等访问权限、定期修改密码等安全策略。

四、数据库的设计

　　确定数据库结构在整个系统设计中占有极重要的位置，设计者必须根据用户工作需要巧妙构思。根据供水调度管理的特点和本单位工作实践，我们对系统的数据库进行如下策化：
　　1、主数据库
　　该数据库根据建在主服务器（SERVER1）上，用来存贮通讯工作站通过电台采集各水厂、泵站、测压点的实时生产数据。共有两个库：
　　（1）、通讯工作站应用程序数据库。主要按Intouch 应用程序的格式要求存贮各类TagName量的信息。使用通讯工作站应用程序中的查询模块可对数据进行查询。
　　（2）、供水调度主数据库（DDDBF）。通讯工作站每十五分钟将从供水网上采集来的实时数据存入该数据库，使用管理工作站上的“调度管理系统”可对其数据进行各种操作。
　　2、查询数据库（DDDBF2）
　　该数据库建在查询服务器上，结构完全与主服务器上的DDDBF数据库，数据是由SQL的发布而得。作为DDDBF的副本，提供总公司企业网和远程拨号查询。

六、主要程序简介

　　1、通信程序
　　该程序运行在通信工作站上，主要完成对远方各终端的数据采集及通信功能，并将采集的数据送给Intouch 应用程序，同时能接收INTOUCH程序发来的定站、巡站、初始化、遥控等命令，控制远方各终端的操作；将压力参数、开停泵状态、阀门状态送给模拟屏。
　　2、Intouch程序
　　运行在通信工作站上，将通信程序传来的数据实时的在计算机的双屏显示器上显示，显示的画面有测压点参数表、水厂泵站参数表、工艺流程图、平面图等。可对通信程序进行定站、巡站及遥控设置及模拟屏、阀门控制；可自行设置各模拟量的上、下限，一旦发生越限，显示屏幕上显示相应报警指示，将报警请求存盘；能自动将各类有效的输入量数据送至调度中心主服务器和查询服务器数据库，模拟量每15分钟存一次盘，累计量每小时整点存盘一次，开关量有变化时存一次，以供历史查询之用。该程序是一个主控程序，可以调用其它外部应用程序。
　　3、查询、报警程序
　　这些程序运行在WIN NT4.0操作系统下，用VB5.0编制而成，由Intouch 调用。主要完成对模拟量、累计量、开关量和历史报警记录的历史查询和打印。
　　4、调度数据库管理系统
　　该系统在调度管理地工作站上运行，作为供水调度的主要工具，该系统是紧密联系供水调度的实际，充分考虑我公司传统工作经验，用VFP开发的程序。它以友好的界面，为调度管理人员提供决策依据。调度员使用它可对主服务上的DDDBF数据库进行编辑、修正、统计等操作。根据调度人员的指令该程序能自动对出水浊度、余氯等参数进行滤波，排除干扰，并自动打印各类日报月报。利用该系统还可以表格、图形和曲线的型式对数据库中的数据查询。
　　5、企业网远程查询系统
　　该系统在企业以太网内客户端运行，可对查询服务器上数据进行查询，界面基本同上。
　　6、远程拨号查询系统
　　运行在水厂等用户计算机上，操作系统可以是WIN NT4.0、WIN95或WIN98，通过远程拨号网络查询调度中心查询服务器上的有关数据。用VB、VFP编制，使用时将调度中心查询服务器上的数据一次下载到本地计算机的数据库中，然后进行查询和打印，这样可以节省通信费用。
　　南京水司SCADA系统改造后于2000年1月6日起开运行。新系统与老系统相比，性能稳定可靠，刷新周期从原来的15分钟提高到现在的2分多钟，解决了老系统有时“死机”的现象，成为调度中心工作中不可缺少的调度手段。例如：我们的调度管理员通过使用该系统，对竹林增压站及相关测压点的历史和3有关数据进行对比分折，发现该站供水区域由于管道阀门开关不合理，造成打循环水的现象。纠正后节约了大量电能。再例如：新建成的城北水厂的投产并网中。为了保持供水网正常运行状态，避免大水厂并网对管网的冲击，需要根据几个测压点的压力精确控制城北水厂出水流量，同时减少相邻水厂的流量。由于SCADA系统两分多钟就刷新一遍数据，有关人员能及时掌握管网运行情况，使得这次试车顺利进行，确保了试运行期间的居民用水。
　　综上所述，南京水司SCADA系统的成功建设，实现了供水网生产数据的实时采集、定时存储、集中处理、数据发布、远程查询和远程控制的功能。为以后开展优化调度、经济调度打下坚实基础，使我公司供水调度水平又跃上了一个新的台阶。