長距離引供水工程SCADA系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加快,城市及工農(nóng)業(yè)用水量迅速增加。我國水資源地域分配不均衡,因此長距離輸水工程成為解決用水量迅速增加問題、平衡水資源地域分配的重要措施之一。其中,遼西北供水工程屬長距離、大流量、跨流域的供水工程,具有點多、面廣、線長、地形地質(zhì)條件復雜、交通及現(xiàn)場條件差的特點,工程運行管理點眾多,運行管理工作量大、難度高。

考慮到遼西北供水工程分水口眾多,對輸水過程的控制難度極大,因此必須建立現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SuperviSoryControlAndDataAcquiSition,SCADA）。基于通信、計算機網(wǎng)絡、遠程測控等先進技術,與工程運行管理方案緊密結合,獲取和綜合分析處理相關信息,提高信息化、自動化科學管理的水平,及時、全面了解掌握整個工程的運行工況,實現(xiàn)調(diào)水過程的自動化及穩(wěn)定安全地供水,保證工程安全高效地運行。

1SCADA系統(tǒng)設計方案

1.1集成原則

SCADA系統(tǒng)設計遵循以下原則:

(1）按"無人值班,少人值守"方案進行設計,既可實現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控,又能實現(xiàn)調(diào)度中心遠程監(jiān)控。

(2）調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)采用全開放、分布式結構,系統(tǒng)配置和設備選型能夠適應計算機技術迅速發(fā)展的特點,具有先進性和向后兼容性,以充分保護用戶的投資。

(3）軟件采用模塊化、結構化設計,保證系統(tǒng)的可擴展性,滿足功能增加及規(guī)模擴充的需要。

1.2控制策略

SCADA系統(tǒng)采取分級監(jiān)控模式,即調(diào)度中心、管理處、現(xiàn)地站分級監(jiān)控。

分級調(diào)度管理模式下監(jiān)控權限的級別由低至高為:調(diào)度中心一管理處一現(xiàn)地站一現(xiàn)場設備。

其中,調(diào)度中心可以在管理處授權下控制全線所有電站、配水站、進出口、檢修閥井等現(xiàn)地站:管理處在現(xiàn)地站授權下可以控制本轄區(qū)的機組、閘、閥、泵等:現(xiàn)地站在現(xiàn)場設備授權下可以控制本LCU下現(xiàn)場設備等。

1.3存儲機制

SCADA系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)分為兩類:過程數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)。

過程數(shù)據(jù)為記錄完整生產(chǎn)運行過程的數(shù)據(jù),包含所有數(shù)據(jù)(壓力、流量、閘位、閘門啟閉狀態(tài)、電流、電壓、溫度、各類保護信息和告警信息等）,按照數(shù)據(jù)掃描周期存儲,特點是頻次高、數(shù)據(jù)量大。

特征數(shù)據(jù)是根據(jù)系統(tǒng)的需要,滿足某些特征條件的數(shù)據(jù),觸發(fā)存儲的特征條件為:定時存儲、啟閉變化存儲、水位變化存儲、壓力變化存儲等:特點是頻次較低、數(shù)據(jù)量較小。

1.4負載均衡

現(xiàn)地站對象作為工程監(jiān)控系統(tǒng)的服務主體,其所在的位置是系統(tǒng)的關鍵監(jiān)控平臺節(jié)點,為保證監(jiān)控服務的速度,每個關鍵監(jiān)控平臺節(jié)點上運行的現(xiàn)地站對象數(shù)量不宜過多。在中心配置兩臺監(jiān)控服務器,相互熱備冗余,正常情況下均衡分擔系統(tǒng)中的各種服務:當一臺服務器出現(xiàn)故障時,另外一臺服務器能夠全面接管所有的服務。

1.5冗余機制

對于現(xiàn)地站監(jiān)控系統(tǒng),支持在調(diào)度中心和備用中心采用冗余容災機制,即備用中心能夠對中心進行災備。采用分布式系統(tǒng),正常情況下,災備中心分擔中心的部分負荷,且實時同步中心的各種數(shù)據(jù),實時監(jiān)視中心的運行狀態(tài)。當中心崩潰時,備用中心能夠接管中心的所有任務,實現(xiàn)中心的所有功能。

2SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)遼西北供水工程的運行管理特點,SCADA系統(tǒng)最終實現(xiàn)方案分為調(diào)度中心控制級、管理處控制級和現(xiàn)地站三級。

(1）調(diào)度中心控制級主要由數(shù)據(jù)服務器、應用服務器、通信服務器、磁盤陣列、操作員工作站、工程師工作站、語音報警工作站、備份計算機等計算機設備組成,完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制命令下發(fā)、圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)外部通信等功能。

系統(tǒng)架構如圖1所示。

(2）各管理處主控級主要由數(shù)據(jù)/應用服務器、操作員工作站、通信服務器、工程師工作站等計算機設備組成,完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制命令下發(fā)、圖形顯示、系統(tǒng)外部通信等功能。

(3）現(xiàn)地站由LCU及RTU組成,完成數(shù)據(jù)采集與處理、設備控制與調(diào)節(jié)、與主控級通信、智能設備數(shù)據(jù)通信等功能。

各管理處主控級與現(xiàn)地控制單元采用冗余光纖以太網(wǎng)進行通信。

3結語

遼西北供水工程分水口眾多,對輸水過程的控制難度極大。本文分析了遼西北供水工程SCADA系統(tǒng)的五個核心內(nèi)容:集成原則、控制策略、存儲機制、負載均衡、冗余機制,提出了采用調(diào)度中心控制級、管理處控制級和現(xiàn)地站的三級設計方案。該系統(tǒng)設計將為遼西北供水工程運行管理提供安全、可靠、經(jīng)濟、科學、先進的技術手段。