尤博文、季明

　　摘　要:南京自來水總公司生產(chǎn)處供水調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)，采用客戶機(jī)/服務(wù)器工作環(huán)境，集中儲(chǔ)存、靈活管理、查詢迅速；系統(tǒng)基于MS WINDOWS NT4.0操作系統(tǒng)及MS SQL7.0數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠；系統(tǒng)應(yīng)用一機(jī)雙屏、圖形化窗口等技術(shù)，顯示清楚、界面友好。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、定時(shí)存儲(chǔ)、集中處理、數(shù)據(jù)發(fā)布、遠(yuǎn)程查詢和遠(yuǎn)程控制的功能。為以后開展優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟(jì)調(diào)度打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，使總公司供水調(diào)度水平又躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。
　　關(guān)鍵詞：供水調(diào)度 監(jiān)測系統(tǒng)（SCADA） 數(shù)據(jù)庫

　　供水中心調(diào)度是整個(gè)供水管網(wǎng)運(yùn)行的指揮中心，它對(duì)城市安全供水及水司的經(jīng)濟(jì)效益都至關(guān)重要。目前供水行業(yè)已廣泛應(yīng)用微機(jī)調(diào)度監(jiān)測系統(tǒng)（SCADA），對(duì)供水管網(wǎng)上各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、處理并以報(bào)表或圖形曲線的型式輸出，供有關(guān)人員分析使用。我們南京自來水公司的無線微機(jī)調(diào)度系統(tǒng)94年投入使用至今已連續(xù)工作近四萬五千個(gè)小時(shí)。它曾為總公司的供水調(diào)度管理做出了很大貢獻(xiàn)。為了適應(yīng)管網(wǎng)址及調(diào)度水平不斷發(fā)展的需要，我們對(duì)原系統(tǒng)成功進(jìn)行了改造，現(xiàn)介紹如下：

一、開發(fā)的目標(biāo)

　　供水調(diào)度中心原有的一套“無線微機(jī)調(diào)度系統(tǒng)”，為個(gè)單機(jī)單任務(wù)監(jiān)測系統(tǒng)。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不高，設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮網(wǎng)絡(luò)功能，計(jì)算機(jī)型號(hào)為386，運(yùn)行在DOS平臺(tái)上，運(yùn)行速度慢，數(shù)據(jù)處理功能較弱等原因，已不能適應(yīng)今天“優(yōu)化調(diào)度”的要求。為了實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)，開展高層次的優(yōu)化調(diào)度，我們在對(duì)全國幾個(gè)大城市水司調(diào)研的基礎(chǔ)上，制定了改造計(jì)劃和開發(fā)目標(biāo)：建立一個(gè)構(gòu)架在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上客戶機(jī)/服務(wù)器模式的綜合性供水調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。由于新系統(tǒng)的開發(fā)是在老系統(tǒng)的基礎(chǔ)上展開的，對(duì)老系統(tǒng)中經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)行之有效的功能，我們予以全部保留；對(duì)老系統(tǒng)不足之處新系統(tǒng)完全克服。

二、 系統(tǒng)功能簡介

　　根據(jù)上述開發(fā)目標(biāo)，新系統(tǒng)具有以下功能：
　　（1）能自動(dòng)巡測和選站遙測供水網(wǎng)中所有分站的監(jiān)測量，主要有各水廠的出水壓力、出水濁度、出水余氯、出廠水量、用電量、清水池水位、長江水位、二泵房臺(tái)時(shí)和各管網(wǎng)測壓點(diǎn)壓力。
　?。?）將上述供水物理量通過一機(jī)雙屏的形式分別顯示在計(jì)算機(jī)的兩個(gè)屏幕上，每2分多鐘顯示涮新一次，每15分鐘的數(shù)據(jù)送入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫存盤。并定時(shí)向總公司企業(yè)網(wǎng)送數(shù)。
　?。?）在超寬模擬屏上實(shí)時(shí)顯示各水廠出水壓力、二泵房水泵開關(guān)狀態(tài)、所有測壓點(diǎn)的管網(wǎng)壓力。
　?。?）具有越限報(bào)警查詢功能，用戶可自行設(shè)置各輸入量報(bào)警上下限，一旦發(fā)生數(shù)值越限，即在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示相應(yīng)報(bào)警指示。并可查詢歷史報(bào)警記錄。
　　（5）打印各類月報(bào)表和日?qǐng)?bào)表。
　　（6）可根據(jù)需要對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、修正、分析。
　　（7）具有數(shù)據(jù)濾波功能，可自動(dòng)濾除濁度、余氯數(shù)據(jù)內(nèi)非正常干擾脈動(dòng)值。
　?。?）通過表格、曲線、直方圖、棒圖、餅圖等顯示方式對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析。
　?。?）有泵站遙控功能，可遠(yuǎn)程操作增壓站開停，為以后實(shí)現(xiàn)增壓站無人值守作準(zhǔn)備。
　　（10）具有遠(yuǎn)程查詢功能，可通過電話撥號(hào)上網(wǎng)查詢各水廠、測壓點(diǎn)數(shù)據(jù)。

三、系統(tǒng)構(gòu)成與運(yùn)行

　　整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)主站、七個(gè)水廠分站、二十七個(gè)管網(wǎng)測壓點(diǎn)分站組成。采用233MHZ超短波組網(wǎng)通訊。
　　1、主站
　　主站是整個(gè)系統(tǒng)的核心，硬件通過交換機(jī)連接兩臺(tái)服務(wù)器、五臺(tái)工作站及其他附屬設(shè)備構(gòu)成100M以太網(wǎng)，采用客戶機(jī)/服務(wù)器工作環(huán)境，集中儲(chǔ)存、靈活管理、查詢迅速；操作系統(tǒng)基于MS WINDOWS NT4.0，采用NTFS格式的文件系統(tǒng)和MS SQL7.0數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠；運(yùn)行軟件選用Intouch 7.1工控軟件組態(tài)和自行開發(fā)的VB、VFP應(yīng)用軟件相結(jié)合的方法，并應(yīng)用一機(jī)雙屏、圖形化窗口等編程技術(shù)，界面友好、顯示清楚。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、定時(shí)存儲(chǔ)、集中處理、數(shù)據(jù)發(fā)布、遠(yuǎn)程查詢和遠(yuǎn)程控制的功能。
　　2、分站
　　分站是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要完成對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，累計(jì)量的累加，并將這些數(shù)據(jù)按照通信規(guī)約傳給公司調(diào)度室。分站硬件由各種傳感器和終端組成。終端除由原來的單片機(jī)測壓點(diǎn)和水廠終端外，這次改造還新增SIMENS--700測壓點(diǎn)終端和AB-SLC水廠及泵站終端。這些以PLC為控制單元、輸出輸入單元的終端，因其集成度高，工作穩(wěn)定，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，整體性能優(yōu)于原單片機(jī)終端。
　　3、系統(tǒng)工作流程
　　通訊工作站通過電臺(tái)不間斷的采集各水廠、泵站、測壓點(diǎn)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)分別在計(jì)算機(jī)和模擬屏上顯示。通訊工作站每15分鐘存儲(chǔ)一條記錄到數(shù)據(jù)服務(wù)器SERVER1上的數(shù)據(jù)庫中；調(diào)度員每天通過調(diào)度管理工作站訪問數(shù)據(jù)庫，審核前一天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并匯總產(chǎn)生報(bào)表；審核過的數(shù)據(jù)庫按照不同用戶訪問需求轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)服務(wù)器DDSERVER上，并通過網(wǎng)頁等形式送上企業(yè)網(wǎng)或提供遠(yuǎn)程訪問。
　　4、系統(tǒng)維護(hù)管理
　?。?）、設(shè)備備份：
　　由于供水SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，其服務(wù)器和通訊工作站需要24小時(shí)不間斷運(yùn)行，出現(xiàn)問題必須及時(shí)恢復(fù)，因此采用主域控制器（SERVER1）與備份域控制器（DDSERVER）相互備用；備用工作站（PC2）同時(shí)備用通訊工作站（PC1）和維護(hù)工作站（PC0）。軟件設(shè)計(jì)時(shí)也考慮了故障期間的解決方法，當(dāng)數(shù)據(jù)服務(wù)器暫停時(shí)，通訊工作站將采集數(shù)據(jù)臨時(shí)存放在本地，待恢復(fù)后再向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送，從而確保任一微機(jī)癱瘓不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。
　?。?）、數(shù)據(jù)備份：
　　生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中保存放于主服務(wù)器（SERVER1）中；查詢數(shù)據(jù)庫放于查詢服務(wù)器（DDSERVER）中；服務(wù)器暫停時(shí)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)臨時(shí)存放于通訊機(jī)（PC1）中。
　　為避免系統(tǒng)故障造成生產(chǎn)數(shù)據(jù)丟失，使用SQL SERVER7.0自動(dòng)化任務(wù)，定期備份SQL數(shù)據(jù)庫，用不同存儲(chǔ)介質(zhì)保存兩份，年歷史數(shù)據(jù)刻錄到光盤保存。
　　備份策略：使用自動(dòng)化備份任務(wù)，每周五完整備份，每天增量備份，每4小時(shí)事務(wù)日志備份。
　?。?）、安全管理：
　　主站局域網(wǎng)中只有查詢服務(wù)器（DDSERVER）允許外部共享，可以分別通過MODEM池和公司企業(yè)網(wǎng)訪問。為保證系統(tǒng)安全性，采用了NT域用戶管理和SQL SERVER用戶認(rèn)證，給用戶分配密碼，根據(jù)不同需求加入調(diào)度組、儀表組、遠(yuǎn)程訪問等用戶組，分配數(shù)據(jù)庫、WEB頁、文件等訪問權(quán)限、定期修改密碼等安全策略。

四、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

　　確定數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有極重要的位置，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)用戶工作需要巧妙構(gòu)思。根據(jù)供水調(diào)度管理的特點(diǎn)和本單位工作實(shí)踐，我們對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行如下策化：
　　1、主數(shù)據(jù)庫
　　該數(shù)據(jù)庫根據(jù)建在主服務(wù)器（SERVER1）上，用來存貯通訊工作站通過電臺(tái)采集各水廠、泵站、測壓點(diǎn)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。共有兩個(gè)庫：
　　（1）、通訊工作站應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫。主要按Intouch 應(yīng)用程序的格式要求存貯各類TagName量的信息。使用通訊工作站應(yīng)用程序中的查詢模塊可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。
　　（2）、供水調(diào)度主數(shù)據(jù)庫（DDDBF）。通訊工作站每十五分鐘將從供水網(wǎng)上采集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存入該數(shù)據(jù)庫，使用管理工作站上的“調(diào)度管理系統(tǒng)”可對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作。
　　2、查詢數(shù)據(jù)庫（DDDBF2）
　　該數(shù)據(jù)庫建在查詢服務(wù)器上，結(jié)構(gòu)完全與主服務(wù)器上的DDDBF數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)是由SQL的發(fā)布而得。作為DDDBF的副本，提供總公司企業(yè)網(wǎng)和遠(yuǎn)程撥號(hào)查詢。

六、主要程序簡介

　　1、通信程序
　　該程序運(yùn)行在通信工作站上，主要完成對(duì)遠(yuǎn)方各終端的數(shù)據(jù)采集及通信功能，并將采集的數(shù)據(jù)送給Intouch 應(yīng)用程序，同時(shí)能接收INTOUCH程序發(fā)來的定站、巡站、初始化、遙控等命令，控制遠(yuǎn)方各終端的操作；將壓力參數(shù)、開停泵狀態(tài)、閥門狀態(tài)送給模擬屏。
　　2、Intouch程序
　　運(yùn)行在通信工作站上，將通信程序傳來的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的在計(jì)算機(jī)的雙屏顯示器上顯示，顯示的畫面有測壓點(diǎn)參數(shù)表、水廠泵站參數(shù)表、工藝流程圖、平面圖等?？蓪?duì)通信程序進(jìn)行定站、巡站及遙控設(shè)置及模擬屏、閥門控制；可自行設(shè)置各模擬量的上、下限，一旦發(fā)生越限，顯示屏幕上顯示相應(yīng)報(bào)警指示，將報(bào)警請(qǐng)求存盤；能自動(dòng)將各類有效的輸入量數(shù)據(jù)送至調(diào)度中心主服務(wù)器和查詢服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，模擬量每15分鐘存一次盤，累計(jì)量每小時(shí)整點(diǎn)存盤一次，開關(guān)量有變化時(shí)存一次，以供歷史查詢之用。該程序是一個(gè)主控程序，可以調(diào)用其它外部應(yīng)用程序。
　　3、查詢、報(bào)警程序
　　這些程序運(yùn)行在WIN NT4.0操作系統(tǒng)下，用VB5.0編制而成，由Intouch 調(diào)用。主要完成對(duì)模擬量、累計(jì)量、開關(guān)量和歷史報(bào)警記錄的歷史查詢和打印。
　　4、調(diào)度數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)在調(diào)度管理地工作站上運(yùn)行，作為供水調(diào)度的主要工具，該系統(tǒng)是緊密聯(lián)系供水調(diào)度的實(shí)際，充分考慮我公司傳統(tǒng)工作經(jīng)驗(yàn)，用VFP開發(fā)的程序。它以友好的界面，為調(diào)度管理人員提供決策依據(jù)。調(diào)度員使用它可對(duì)主服務(wù)上的DDDBF數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編輯、修正、統(tǒng)計(jì)等操作。根據(jù)調(diào)度人員的指令該程序能自動(dòng)對(duì)出水濁度、余氯等參數(shù)進(jìn)行濾波，排除干擾，并自動(dòng)打印各類日?qǐng)?bào)月報(bào)。利用該系統(tǒng)還可以表格、圖形和曲線的型式對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)查詢。
　　5、企業(yè)網(wǎng)遠(yuǎn)程查詢系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)在企業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)客戶端運(yùn)行，可對(duì)查詢服務(wù)器上數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，界面基本同上。
　　6、遠(yuǎn)程撥號(hào)查詢系統(tǒng)
　　運(yùn)行在水廠等用戶計(jì)算機(jī)上，操作系統(tǒng)可以是WIN NT4.0、WIN95或WIN98，通過遠(yuǎn)程撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)查詢調(diào)度中心查詢服務(wù)器上的有關(guān)數(shù)據(jù)。用VB、VFP編制，使用時(shí)將調(diào)度中心查詢服務(wù)器上的數(shù)據(jù)一次下載到本地計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，然后進(jìn)行查詢和打印，這樣可以節(jié)省通信費(fèi)用。
　　南京水司SCADA系統(tǒng)改造后于2000年1月6日起開運(yùn)行。新系統(tǒng)與老系統(tǒng)相比，性能穩(wěn)定可靠，刷新周期從原來的15分鐘提高到現(xiàn)在的2分多鐘，解決了老系統(tǒng)有時(shí)“死機(jī)”的現(xiàn)象，成為調(diào)度中心工作中不可缺少的調(diào)度手段。例如：我們的調(diào)度管理員通過使用該系統(tǒng)，對(duì)竹林增壓站及相關(guān)測壓點(diǎn)的歷史和3有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分折，發(fā)現(xiàn)該站供水區(qū)域由于管道閥門開關(guān)不合理，造成打循環(huán)水的現(xiàn)象。糾正后節(jié)約了大量電能。再例如：新建成的城北水廠的投產(chǎn)并網(wǎng)中。為了保持供水網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)，避免大水廠并網(wǎng)對(duì)管網(wǎng)的沖擊，需要根據(jù)幾個(gè)測壓點(diǎn)的壓力精確控制城北水廠出水流量，同時(shí)減少相鄰水廠的流量。由于SCADA系統(tǒng)兩分多鐘就刷新一遍數(shù)據(jù)，有關(guān)人員能及時(shí)掌握管網(wǎng)運(yùn)行情況，使得這次試車順利進(jìn)行，確保了試運(yùn)行期間的居民用水。
　　綜上所述，南京水司SCADA系統(tǒng)的成功建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了供水網(wǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、定時(shí)存儲(chǔ)、集中處理、數(shù)據(jù)發(fā)布、遠(yuǎn)程查詢和遠(yuǎn)程控制的功能。為以后開展優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟(jì)調(diào)度打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，使我公司供水調(diào)度水平又躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。