数据采集与监控系统

　　引言

　　SCADA系统，即数据采集与监控系统。是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。当前，SCADA系统的应用领域很广，它主要应用于电力系统、给水排水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制。

　　当前SCADA系统通常的基本结构是：智能监测设备+数据采集设备+网络系统+用户终端。其中智能监测设备主要是指测量仪表或传感器，如压力表、液位计、流量计等。也可以是控制水流动的阀门。网络系统则是实现远程监控点与SCADA控制中心之间进行数据传输的线路。数据采集设备通常是一个独立的数据获取与控制单元，它的作用是在远端与现场设备，获得设备数据，并通过网络系统将数据传给SCADA系统的调度中心，也可以将SCADA系统调度中心的数据或命令传给现场设备。

　　目前，充当这一角色的主要是PLC(Programmablelogic Controller)和RTU(Remote Terminal Unit)。而与传统的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，而且更适用于恶劣的温度和湿度环境，提供更多的符合专有标准的计算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU产品在

　　SCADA系统中得到了大量的应用，更适用于现代化新兴行业的分散监控的需求。以下的将要介绍的案例就是以远程测控终端RTU为数据采集设备的SCADA系统。

　　案例背景

　　某企业坐落于山区，具有占地面积大，水源监测点分布广，地势起伏明显等特点。供水网络分布在全厂区和周边地区很远的地方。水源包括了生产水、生活用水、污水等，其中有些是循环用水，有些是非循环水。调度中心需要对各个水源泵站、管段及蓄水池进行管理。在使用SCADA系统前，是通过人工对仪表

　　及设备进行24小时监视，并通过电话定期向调度中心汇报数据，再由人工将数据录入电脑进行数据分析和报表打印。在远程设备出现异常时则由人工进行报警并对设备进行现场控制。

　　建立SCADA系统的主要目的是解决全厂区内各分厂、各地区水源监测点的数据采集和监控。通过对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、水流量、水池液位、阀门开度状态的数据传及阀门开关的自动控制，以达到降低故障率和提高了对系统的反应时间，便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，并节省人力资源的目的。同时各水源监测点的数据信息传输到监控中心，还可与监控中心GIS系统进行接口，为GIS系统提供数据基础，通过对传输回的数据进行分析，可及时找出故障的地点并排除故障隐患。从而实现全厂生产生活用水管理的信息化、现代化。

　　方案

　　目前，GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动的GPRS数据业务。而且利用GRPS网络实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。在没计时，为了提高数据传输效率，和网路的稳定性，数据中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，即将项目监测网点及数据中心组成一个APN专网，所有点都采用内网固定IP，这样的网络结构无论实时性，安全性和稳定性都得到很大的提高。

　　硬件设备

　　根据用户的需求，系统需要监控的设备主要有压力、流量、液位和阀门等。因此在RTU的选型上，要求必须具有的10接口点包括了AI，DI和DO等三种。在进行网络布局时，尽量做到多点集中，充分利用RTU的接口资源，以节约设备购置上的花销。同时，由于厂家地处北方，大量的监测点分布点在长期无人值守的室外，因此还要充分考虑到温度与湿度。综合考虑，我们选用了JY-RTU6640、JY-MD和多功能DAM6640。

　　这两种产品都具有数据存储量大、接口便利、扩展性强、10点多等特点。尤其是它们都具有很宽的工作温度(-40℃～85℃)和工作湿度(5%一95%RH)，完全可以确保产品在北方室外低温和潮湿的环境下正常工作。

　　工业用现场数据采集模块。具有RS232/RS485双串口。支持6路模拟量输入,4路光耦输入，6路继电器控制输出。通信协议支持Modbus RTU/ASCII及自定义协议。采用工业级ARM7处理器，内嵌RTOS实时操作系统，工作稳定可靠。使用方便，性能优越，组网灵活对于水池的监控，则相对复杂一些，要求读取液位值，当液位高于警戒值时，要远程报警且自动关闭入水阀门;相反的，当液位低于警成值时，要远程报警并根据实际需要远程控制入出水阀门的开关。

　　而工业采集模块  具有RS232/RS485双串口;双服务器连接;断线重连;6路AD模拟量采集;4路光耦输入;6路继电器控制输出;掉电状态保存;7-30V供电 因此，与轮循方式相比，很大程度上提高了工作效率，并减少了的数据流量方面的花销。

　　设计

　　由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，监控中心路由器和各端站配置固定的APN专网IP地址，各个端站的GPRS模块与中心站RTU进行通信。

　　1、管网监控点

　　管网监控点：各监控点通过数据采集模块(RTU)采集如压力、流量、液位及阀门开头状态等数据，通过以太网接口与GPRS数据传输终端相连，通过GPRS数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后，使用移动通信公司统一的SIM卡进行身份认证并与GPRS网络连接。发送到GPRS网络。

　　2、监控中心

　　监控中心路由器申请配置固定IP地址，采用当地移动通信公司提供的APN专线，与GPRS网络相连。APN专线2M带宽，当管网监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。

　　3 、GPRS/GSM移动数据传输网络

　　现场监控点采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终经APN专网传送到监控中心口地址。

　　4、应用系统

　　数据传输到数据中心后，监控系统将数据一方面实时显示，另一方面定期存人数据库系统中。SCADA系统管理软件可以将数据按用户的实际需求，对实时数据、历史数据进行查询、生成数据统计报表、生成数据分析曲线图表等。同时SCADA系统还与调度中心的GIS系统、OA系统进行数据接口，为GIS系统提供及时可靠的基础数据。

　　监控软件界面：

　　实时显示

　　1、左侧设备列表显示出当前在线和离线设备的信息，当设备联网后，将从“离线设备列表”进入“在线设备列表”，设备长时间不在线将从“在线设备列表”进入“离线设备列表”;

　　2、右上角显示设备编号、用户名称、联系人、电话、传真、手机、SIM卡号、地址等信息;

　　3、左上角显示泵的转速、泵电流、水池液位、流量、压力等信息;

　　4、窗口下面实时显示泵的转速、泵电流、水源液位、流量、压力等曲线;

　　5、中部文字提示当前设备登陆时间，采集回传数据的最后时间;

　　历史记录

　　1、用户可以根据时间段来搜索历史记录;

　　2、历史记录将以曲线形式绘制在窗口上面，历史记录可以以列表的形式显示在窗口下面，通过历史记录可以查看设备运转状态和相关趋势;

　　3、同时查询的历史记录可以导出为excel表格;

　　组态软件效果图

　　用户可以根据需要通过组态软件来定制程序，这样界面表现形式更为灵活;

　　结论

　　采用GPRS网络系统构建的供水管理SCADA系统，系统运行稳定、数据准确及时，已逐步成为企业用户不可或缺的管理工具和助手。原来的手工抄表、手工录入和分析统计，被由系统定期自动生成日常的数据统计报表所取代，24小时的人工值守被自动化的数据监控系统所代替，从而为企业节约了大量的人力资源，提高了工作效率。企业的自动化程度得到了很大的提高。而且，在不久的将来，随着企业的不断发展，对系统的需求不断的增加，SCADA系统的监测范围还将进一步扩大，功能还在进一步的完善，在企业的发展过程中也将发挥更大的作用。