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论文集-APROOL产品在供水调度SCADA系统改造项目中的应用
来源:技术支持  点击:1527

[澳大利亚埃波罗科技(中国)有限公司上海200122] 殷书林

1、 前言
二十世纪90年代中期,世界著名RTU(Remote Terminal Unit)生产厂商澳大利亚APROOL公司,推出了新一代高度集成化的AP105H系列无线智能RTU,它与我们在无线SCADA系统中应用的传统RTU有本质的区别,随着技术的发展,传统意义上的RTU在无线SCADA(Supervisory Control And Data Acquistion)系统实际应用中主要有两种形式:单片机+电台、PLC+电台。而APROOL公司研发的AP105H系列无线智能RTU,是基于现代成熟的微电子应用技术,把数据I/O、通讯控制器、逻辑控制器、微处理器、数传电台及电源集成在一起,真正做到了智能一体化的RTU。AP105H系列产品的无线传输速率可达9600波特率以上,通讯方式采用自报(report)和轮巡(pooling)相结合的方式,微功耗、误码率低(10E-6)和高灵敏度(-117dBm),自带中继站功能,防雷功能以及场强测试功能,由此可以看出该产品在使用过程中的显著特点是:实时、简单、安全可靠。
在全球范围内,无线RTU在供水调度SCADA系统中的应用已经非常成熟,虽然在中国起步较晚,但这些年来在各个行业中的大量应用,其显著作用(优异的性能)已经得到广泛认同,尤其是在现代化管理、节约能源和提高经济效益等方面。

2、 早期中国市场上RTU的构成与存在的问题
1) 以单片机为核心的RTU
A. 单片机以其集成度较高、价格低廉而在早期受到工程技术人员的欢迎,目前国内很多SCADA系统的开发商采用单片机来生产用于供水调度SCADA系统的RTU,早期的RTU一般采用8031系列芯片为核心的单片机,利用本身的I/O口和计数器来完成数字信号和脉冲信号的采集,利用外围的A/D转换芯片来完成模拟信号的采集,在90年代初期,带有A/D转换功能的8096/8098系列单片机也被大量采用,目前,大量的厂家采用89C51/89C52系列的单片机来生产RTU。单片机主要完成数据采集、数据的临时存储和通讯,运行程序由开发商自行开发,通信协议各个厂家一般自行规定,用户基本不能对系统进行修改,不同厂家的RTU也不能互换。
B. 以单片机为核心的RTU,在供水调度SCADA系统中应用中,信号传输一般采用单片机加调制解调器(Modom)拨号的有线方式,以及单片机加电台的无线两种形式。
C. 虽然以单片机为核心的RTU有价格低廉的优点,但是我们也不难看出它在供水调度SCADA系统应用中存在诸多问题。如集成度低,体积大,环境适应能力差,维护成本高,传输速率低,实时性不好,扩展性和兼容性差等缺点,其性价比较低。
2) 以PLC为核心的RTU
A. PLC(可编程逻辑控制器)主要用于现场的数据采集和控制,一般主要应用于工厂环境但同时也可应用于其它场合,PLC采取机架式的结构,它以主机为核心,可以扩充各种采集和通信模块。微型PLC 由于体积较小,价格适中,一般自带通信协议,也可以用做RTU,用做RTU的PLC一般是在国内市场上直接购买,其整体性能和国外成套进口RTU有一定的差距。
B. 同样以PLC为核心的RTU,在供水调度SCADA系统中应用中,也有信号传输采用有线和无线方式两种形式。
C. 以PLC为核心的RTU在供水调度SCADA系统应用中,其整体性能要优于以单片机为核心的RTU,但是同样存在集成度低,体积大,环境适应能力差,维护成本高,传输速率低,实时性不好等缺点。

3、 供水调度SCADA系统改造项目之典型案例
1) 原系统概况
西宁市自来水公司承担着全市生活、生产、经营等用水的供水和管理任务,对城市建设、经济发展及市民的生活质量均起着举足轻重的作用,日供水能力达35万吨,下辖六个水厂,六个水厂又分辖水源井81眼,分布在西宁市近郊,另外在市区还设有10个加压站和30个城市管网测压点。原供水调度SCADA系统在自来水总公司内设一调度中心(主站),负责对六个水厂分控中心及其所辖水源井群、加压站、城市管网测压点的监控。主站及分站计算机选用通用计算机,完成对数据的处理、报表打印等管理功能。而各个站点信号的采集和传输采用PLC+Modom拨号方式,虽然这种方式使整个供水调度SCADA系统的实时性比较差,并需专门的技术人员维护,但在理论上是可行的。然而由于其水源井区自然条件恶劣,雷击频繁,供水调度系统的运行经常受到干扰,以至系统无法正常运行。
 

原系统拓扑结构框图如下:

2) 改造后系统概况
针对西宁市自来水公司原供水调度SCADA系统存在的具体问题,APROOL公司和西宁市自来水公司工程技术人员经过仔细的研究,本着充分利用现有设备的原则,提出对原有的有线拨号网络系统进行改造,具体改造部分为:
A. 水源井泵站、加压站、水厂分控中心
其他设备不变,仅用数传电台EP 105H-D替换用于拨号的调制解调器(Modom)。
B. 管网测压点
其他设备不变,仅用无线智能RTU EP 105H-K替换原有的PLC和Modem。
C. 调度中心
其他设备不变,仅用无线智能调度机EP 105H-C替换用于拨号的调制解调器(Modom)。另外新增一台计算机,作为网络服务器使用,这样以来管理人员可以方便地在外地通过因特网对系统进行监控。

新系统拓扑结构框图如下:

改造后的供水调度SCADA系统经过一段时间运行,设备遭雷击现象没有发生,系统运行正常,中心控制室对30个管网测压点、10个加压站、6个分控中心及其所属的81口水源井实现统一管理、监控的功能得到了加强,提高了供水质量和效率,维护量也大大减少, 降低了企业运行成本。

 

 

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