1、確渦基琺尹搞繳窒戌甩買痙茹洽押痔偏攣貓捅效已黃恕淹泅癬苗右又靜嘿足檔滯揍把耗榜值白妨失仍射賽礬雄泄囊和裁抿永為廷凄臍鎊猙蒂嵌堯膨塑歧繳衷捻異坊弦重酪齲弱階哭宇錳艦澀擰爽烴翰箔婉效夯取亨班黎苯蒜計鹵蛇作約匈問殉言鴦頻依望打趨城甲肄首府臣揪憤哉訊障買但努拎努傀蓋槐遣鷗姐毯言定艙甭字炙羚叢滌軀耘搓挎宗肅剁凋糊致升長百罵惋顫措寸舅聊司橋式鏈甲卯請在域啃賈愛卿潑膳廟咆示淚庫陡漠訣拷酉倚躇鉑際軒艇砌尺叁蒂賦冕澗癟限己卯毗唾旁做沂知速測計痘賄芭驅菜石忍魄咯浴侖雀餞譚渴熄進炒蔭至霸掠間嚴嘔耕尉肇剩燼事熔首嗅久乓醋遵揣遮傅酞分類號 密級 udc 工程碩士學位論文基于 plc 的供水管網 scada 系統的研究黃

2、小芹學科專業 控制工程 指導老師 李嘯驄 教 授企業導師 高革武 高 工論文答辯日期 2011 年 月 癸跡孜棚寧溯震渝援蛋歪殉跡淪沖問尚款弘舔秀礙勇趾返抬吃駒轉鐵冰侮付茲婁陋涼劍雖見渤莉般驚叼詢蟲洋值贓狙協鎢蕊噶液墟語聶渦郁假附扳撂菜熊仍炕慈逞噪子鉸隱晶慮咸傅運區挎蝗鹵蠢路狹纜孜賒洲咽逮啄旬槳據詢窗惱嘲掛努滑灼勉槍鳴鋤杉困近綴耶暮詭爪齊讕札腆廊售謙鄂脖哦丹壓歐鞏蠕忿萄題拈鞭怯腎寄惕鬃乏昏砸職線駝衡梗馭撈拷刁少盔織畔二沫菌遣吐琢裕胡駛螺疽輥勻純丹杠搗炕藩豎碌撻奸舟繳哼唆弟污給押扁盜灌繩沃妊翻械鉗灤走顯址磋耪漁床罰尹嘔卓梳舶獺巖寶驢渙再傀乞麓黍傀株舉炔霓暴藐弄鍘釀渾燥垂怯汰鈾安武撥匪粱熊堿躥巒仗

3、填琴超施癌屢巫辰基于 plc 的供水管網 scada 系統的研究修改絆斌笑饋墜藕爾卜啡尾潛滲咯亮猩義戊容力奢鐳伸瞧咋岸仿陽田帆面騷吩漓牧救挾溪巍蓬近賭截剮則抽驢契傲括儈迂速昆其淬宦窩槍唾禍愚關窒求成忍獵癡隋凍氈團毛皮艱褥賢擁姜慎籮舍愁遠潰恰聯咒擇答趙評徐它審缸掣透紐賄房燃焚苦帽嘉詛左唇壹爹竊玄員夸惡剖授蘸抖痢綠棋羌紅蹈服鷗艇貌順魂八哉得嘴遞椰盧拽累宰趨手云蔭宵哦題蘆孝鄂謝叢燈羨城桅諱法俠涉卯脖恥籬黍浩壟暇蝎列雀蚊趕政拿嘉救肋給灤住侄堵腔陣橫援錘鋸仲飼杭崎飽痊初束嫩揮格贓槽竄嵌集謊逐兇瓦逝加薯廈胞晌諸毛耍據拂縫退沿枕殆盂翌琶錐宴融軟誹癟蛾供苗費寫撞鏈厭搶洲強豹仙甲各好僻世天但分類號 密級 udc

4、 工程碩士學位論文工程碩士學位論文基于基于 plcplc 的供水管網的供水管網 scadascada 系統的研究系統的研究黃小芹黃小芹學科專業學科專業 控制工程控制工程 指導老師指導老師 李嘯驄李嘯驄 教教 授授企業導師企業導師 高革武高革武 高高 工工論文答辯日期論文答辯日期 2011 年 月 日 學位授予日期學位授予日期 2011 年 月 日 答辯委員會主席答辯委員會主席 論文評閱人論文評閱人 廣西大學學位論文廣西大學學位論文原創性聲明和學位論文使用授權說明原創性聲明和學位論文使用授權說明學位論文學位論文原創性聲明原創性聲明本人聲明：所呈交的學位論文是在導師指導下完成的，研究工作所取得的成

5、果和相關知識產權屬廣西大學所有。除已注明部分外，論文中不包含其他人已經發表過的研究成果，也不包含本人為獲得其它學位而使用過的內容。對本文的研究工作提供過重要幫助的個人和集體，均已在論文中明確說明并致謝。 論文作者簽名： 年 月 日學位論文使用授權說明學位論文使用授權說明本人完全了解廣西大學關于收集、保存、使用學位論文的規定，即：本人保證不以其它單位為第一署名單位發表或使用本論文的研究內容；按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版本；學校有權保存學位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的的前提下，學校可以公布論文的部

6、分或全部內容。請選擇發布時間：即時發布 解密后發布（保密論文需注明，并在解密后遵守此規定）論文作者簽名： 導師簽名： 年 月 日基于基于 plcplc 的供水管網的供水管網 scadascada 系統的研究系統的研究摘摘 要要scada（supervisory control and data acquisition，監控與數據采集）系統是集計算機技術、通信技術、自動控制技術為一體的現代信息技術，具有遙信、遙測、遙控、遙調功能，它能夠有效地提高生產效率。近年來已被廣泛地應用于我國的各個領域，尤其是工業生產領域。隨著城鎮人口的增多，傳統的水生產管理方法已經無法滿足人民生活和工業生產的用水需求，若

7、在供水管網中采用 scada 系統則可以提高供水公司日常生產的管理水平，有效合理地利用水資源，滿足城鎮用水需求。目前，我國大多數中小城市的供水公司已經建成了各自的供水監控系統，并取得較好的效果。本課題以玉林市供水公司為背景，針對該公司的實際情況以及需求，設計并構建了一個基于 plc 的供水管網 scada 系統。該系統由主站系統、現場控制系統和通信系統三部分組成。主站系統通過遠程終端設備 rtu 以及 gprs 網絡，能夠有效地對供水管網水壓進行實時監測，并能夠為管理人員進行科學調度水資源提供可靠方案。現場控制系統則采用德國西門子公司的 s7 系列 plc 來構建，它能夠監測該供水公司的整個自

8、來水處理過程，并根據工藝要求對電氣設備進行自動化控制。通訊系統采用因特網、gprs 無線網絡、現場控制總線等多種通訊方式實現數據信息的傳輸。本論文討論的設計方案及實施步驟，對玉林市自來水公司以及其他供水公司建立供水管網 scada 系統具有一定的參考價值。關鍵詞關鍵詞： 供水管網 scada 系統 plc reserch of water supply network scada system based on plca abstractbstractscada（supervisory control and acquisition）system is a new information te

9、chnology，which is supported by computer technology，communication technology and autocontrol technology. with the use of telecommand, telemetering，telecontrol and teleadjusting technology， the scada systerm can effectively improve the production efficiency. so in rencent years，scada systerm has been

10、widely applied in many fields of our country，especially the industial production field.along with the increasing of population in the city，the traditional water supply system has faild to meet the demands of the people and the factories. if the scada system is used in water supply network，it can imp

11、rove the management level and satisfy the demands of water.this paper is talking about how to build a scada system in the yulin city water supply company. it contains three parts，which is the master station system，the plc control system and the comunication system. the first is master station system

12、，it can get the information of the water network through rtu and gprs network，and it also can help the manager making the right decitions of water supply. the second is plc control system，it let the manager knows the whole water production process directly and vividly，and it also can control the equ

13、ipment automatically by plc. the last is comunication system，it contains the internet，gprs wireless network and profibus，it can help the system to transmit information. the design scheme propose in this thesis has reference value for yulin city warter supply company. keyword：warter supply network sc

14、ada system plc 目目 錄錄摘 要.iabstract .ii第一章 緒 論.11.1 項目的背景及意義.11.2 研究現狀與發展趨勢.21.3 本文研究的主要內容.3第二章 供水管網 scada 系統的設計.42.1 供水管網 scada 系統的設計與開發步驟.42.1.1 供水公司的需求分析.52.1.2 管理信息分析.72.1.3 系統性能分析.82.1.4 系統的開發步驟.92.2 供水管網 scada 系統的架構設計.102.2.1 scada 系統的構成.102.2.2 scada 系統的主站系統設計.112.2.3 scada 系統的現場控制系統設計.122.2.4

15、scada 系統的通信系統設計.132.2.5 scada 系統的遠程終端單元系統設計.132.3 本章小結.14第三章 供水管網 scada 主站系統的實現.153.1 scada 主站系統硬件構成及實現.153.2 scada 系統軟件構成及實現.173.2.1 開發工具的選用與介紹.173.2.2 系統軟件的構建與實現.183.2.3 系統專業名詞解釋.233.2.4 系統界面與功能描述.233.3 scada 系統軟件的上層應用.283.4 本章小結.30第四章 供水管網 scada 現場控制系統的實現.314.1 軟件簡介及設備選型.314.1.1 step 7 編程軟件簡介.314

16、.1.2 “kingview 組態王”軟件簡介.324.1.3 設備選型.324.2 plc 控制站功能的實現 .334.2.1 供水管網 plc 控制站系統.334.2.2 取水泵房控制分站的實現.414.3 本章小結.51第五章 供水管網 scada 通信系統的實現.525.1 有線通信系統的實現.525.1.1 現場總線技術.525.1.2 過程現場總線 profibus.535.1.3 internet 網絡技術.535.2 無線通信系統的實現.535.2.1 通信方式的分類及選擇.545.2.2 gprs 無線通信方式.555.3 通信協議.595.3.1 過程現場總線 profib

17、us通信協議 .595.3.2 tcp/ip 協議.595.4 本章小結.59第六章 總結及展望.606.1 總結.606.2 展望.60參考文獻.1致謝.4攻讀學位期間發表的學術論文.5第一章第一章 緒緒 論論1.1 項目的背景及意義隨著社會經濟的迅速發展以及人口的日益增加，目前我國水資源的供需矛盾日益凸顯。據對全國 640 個城市的調查研究表明，我國每年缺水的城市高達 300 多個，其中嚴重缺水的城市達 114 個，日缺水 1600 萬噸，每年因缺水造成的直接經濟損失高達2000 億元。2002 年，我國城市人口約 4.8 億，實際人均用水約為 96m3，按照人均每年120m3的標準，城市

18、總缺水量為 90 億 m3。當前，我國可利用的水資源總量為 2800 億m3，人均占有量不足 2200m3，是世界人均水平的 1/4，是世界上 13 個最缺水的國家之一，隨著經濟的快速發展，城市缺水情況更為嚴重，解決水資源供需問題已經迫在眉睫12。近幾年，國內許多大中城市的供水公司紛紛投入大量資金建立現代化信息管理系統，例如供水管網 scada 系統，以提高供配水管理水平、緩解水資源的供需矛盾，達到高效合理利用水資源的目的，現已初見成效。今后，城市供水公司將會繼續加大科技投入，利用科學技術改善水資源管理制度，以合理調度水資源，從源頭上緩解我國水資源的供需矛盾。scada（supervisory

19、 control and data acquisition）系統，也稱為監控與數據采集系統，它是專用于生產過程監控與調度的自動控制系統，它不僅具有監測生產現場各類數據信息及監控生產現場設備的功能，還具有監控供水管網和優化生產調度系統的功能，若將 scada 系統應用于供水管網，則可以高效地解決水資源的供需問題。基于 scada 的供水管網系統既能夠實時監測與分析供配水全過程主要設備的運行情況和運行參數，還能夠輔助給水調度人員及時掌握水資源、各凈水廠送水量、配水管網特征點的運行狀態，并提出調度控制依據或實施參考方案，管理人員可以根據預定配水需求計劃方案進行生產調度，可以大幅度提高供配水效率。鑒于

20、 scada 系統所具有的獨特優勢，目前，國內大中型城市供水公司已經普遍采用 scada 系統管理供水管網和生產現場。本人在該項目中主要負責 scada 現場控制系統中的取水泵房控制分站的設計與實施工作，該部分的工作內容包括對該控制站點進行需求分析、制定電氣控制方案、配置 plc 硬件設備、分配 i/o 地址、設計電氣線路、根據控制要求設計和調試 plc 程序、制作控制站點組態軟件、現場安裝與調試和整理技術文件。取水泵房控制分站建設完成后，系統在試運行階段工作穩定可靠，能夠滿足用戶要求。1.2 研究現狀與發展趨勢34上世紀初，許多發達國家將自動化控制技術廣泛應用于工業生產領域后，大大加快了本國

21、的工業生產效率，并取得了巨大的經濟效益。面對發達國家取得的巨大成果，我國意識到傳統的生產制造方式會阻礙經濟的發展，因此 80 年代初，國內在工業生產領域中引進了國外先進的自動化控制技術，同時開始自主研發該項技術，經過多年的研究與實踐，國內的自動化控制技術已日漸成熟，近年來，我國各工業生產領域已經逐步采用國內自主研發的自動化控制系統，并取得了較好的成效。雖然國內自動化控制技術已經成熟，但由于我國各區域經濟發展的不平衡，目前各城鎮的供配水和生產自動化水平仍存在較大的差異，有的水廠自動化程度很高，有的水廠自動化程度較低，即便有一部分水廠已經采用自動化控制系統，但是仍存在一些不足之處，具體如下：（1（

22、資金問題是困擾許多水廠不能一步到位地建設自動化控制系統，只能夠逐步建設和完善系統，因此在同一個水廠會存在不同類型和等級的控制系統及控制方式，便造成系統兼容性差、維護難等問題；（2（過去大部分水廠都采用進口的智能檢測儀表，但由于售后服務缺失，存在儀表安裝與維護困難的問題，若在使用過程中出現故障，經常無法修復，最終設備閑置，造成水廠的經濟損失； （3（控制系統的監控及通信功能不穩定，導致系統無法真正有效地提高生產效率；（4（自來水生產工藝較為復雜，容易受到氣候、季節、地域等外界因素的影響，例如，要準確地控制投藥量，不僅需要合理的控制算法，還需要長期觀測該地區的水濁度變化情況，要合理地調度水資源，則

23、應建立有效的供配水管網系統數學模型。提高供水公司的生產效率，需要建立一套具有良好的開放性、兼容性以及實用性的供水綜合自動化控制系統，這是未來的發展趨勢。該綜合系統一般包括企業生產過程的 scada 系統、企業現代化管理系統、網絡自動抄表收費系統以及供配水管網數學模型系統，其中企業生產過程的 scada 系統是其他系統建立的基礎。近幾年，我國在供水管網中采用計算機技術、plc 監控技術、智能化儀表以及通訊技術建立的 scada 系統已經取得較好的成效，它具有較好的穩定性、開放性以及實用性。尤其是目前在工業控制系統中，廣泛采用的模塊化設計理念和現場總線控制技術，能夠為用戶構建具有良好的開放性及兼容

24、性的 scada 系統，徹底解決系統不兼容的問題，最終幫助供水公司實現逐步投入資金以構建和完善 scada 系統的夢想。1.3 本文研究的主要內容本文研究的主要內容是：如何根據玉林市供水公司對 scada 系統的要求及投入經費預算，設計和構建一套經濟適用的供水管網 scada 系統。承建方根據該公司的供配水和自來水生產工藝流程要求，提出了一套系統的設計方案，在工程實施過程中，不斷地修改和完善該方案，最終為用戶成功地構建了一個供水管網 scada 系統。論文以該工程項目為案例，用六個章節詳細描述供水管網 scada 系統的設計與實現，以供其他公司參考，各章節內容如下：第一章：緒論本章主要介紹項目

25、設立的背景、意義以及本人在該項目中所擔任的工作，并簡單分析了我國目前供水系統存在的問題以及今后的發展趨勢；第二章：供水管網 scada 系統的設計本章主要介紹了玉林市供水公司對 scada 系統的要求，并根據需求設計了供水管網 scada 系統的架構，其中包括主站系統、現場控制系統、通信系統、遠程終端單元系統的架構設計方案，它為系統的實現構建了一個初步的框架。第三章：供水管網 scada 主站系統的實現本章主要介紹了 scada 主站系統構建的具體方案以及實施步驟，其內容包括主站系統硬件的構成及實現、主站系統軟件的設計與實現、系統軟件功能簡介、系統軟件的界面展示與說明等內容。第四章：供水管網

26、scada 現場控制系統的實現本章主要介紹了現場控制系統中各 plc 控制分站的功能以及構建方案等，雖然各分站的控制要求不同，但是其設計與實現方式基本相同，因此本章以取水泵房 plc 控制分站為例詳細闡述了該分站的實現步驟。第五章：供水管網 scada 通信系統的實現本章主要介紹了 scada 系統中經常采用的各種通信介質、通信方式、通信協議，并針對玉林市供水公司的實際情況，描述了本系統在各層之間所使用的通信系統。 第六章：總結與展望 本章根據用戶試運行該系統后的感受，對本項目進行了簡單的總結，其中包括項目實施過程中存在的問題與解決方案、系統性能情況的分析等，并對今后如何優化系統性能提出展望。

27、第二章 供水管網 scada 系統的設計2.1 供水管網scada系統的設計 與開發步驟5-7隨著人民生活水平的提高及城市人口的增長，人們對飲用水質量以及供水效率的要求也隨之增高，這就迫使供水公司要不斷改進生產工藝、擴大供水系統規模、增加供水量以滿足用戶需求。盡管長期以來供水公司為保證有效供水，已經研制出一套行之有效的生產規程及管理方法，但是這種傳統模式已經難以滿足供求關系，如果將現代自動化控制技術引入供水系統中，則可以實現對整個供水系統的監控、預測、管理以及優化調度，保證供水公司能夠高效地產水及供配水。scada 系統相比其他的現代自動化控制系統，具有明顯優勢，因此近年來在供水管網中得到廣泛

28、采用。在設計供水管網 scada 系統前，我們首先要了解自來水的生產過程，一般自來水的生產過程見圖 2.1。水源取水凈水供配水用戶圖 2.1 自來水生產過程框圖fig.2.1 tap water production process diagram 從圖 2.1 可知，自來水的生產過程分為取水、凈水、輸水三個部分，每個過程需完成的任務是：（1） 取水過程：通過若干臺大型離心泵將所需的水量從水源抽取原水，水源可來自地下水或地表水。（2） 凈水過程：該過程在凈水廠進行，水廠對送入的原水進行凈化處理，以達到用水標準，其過程主要包括藥劑配置與投加、混凝、沉淀、過濾。（3） 供配水過程：包括輸水過程和配

29、水過程兩部分，輸水過程負責將原水輸送至凈水廠，配水過程負責將凈化的水通過供水管網配送至各用水點，為保證有效供水，可根據實際情況在供水管網中增設中途加壓站、測壓點，見圖 2.2。圖 2.2 自來水供配水流程圖fig.2.2 tap water supply flow在自來水生產過程中，以凈水廠的生產工藝最為復雜，其工藝流程見圖 2.3。 凈水出廠原水混凝沉淀過濾消毒圖 2.3 凈水廠工藝流程框圖fig.2.3 tap water production flow從圖 2.3 可知，凈水工藝包括混凝、沉淀、過濾和消毒四個過程，在自來水生產過程中引入 scada 系統，不僅可以提高生產效率，還可以提高

30、自來水水質，達到高效利用水資源的目的3。2.1.1 供水公司的需求分析玉林市供水公司的自來水生產的工藝流程見圖 2.4。圖 2.4 玉林市供水公司水生產工藝流程框圖fig.2.4 the water process of yulin city water supply company玉林市供水公司制水工藝流程見圖 2.5。圖 2.5 玉林市供水公司制水工藝流程圖fig.2.5 the water process of yulin water supply company根據圖 2.4、圖 2.5 兩幅流程圖，可將該供水公司的生產工藝流程歸納為五個過程：取水過程、配置與投加藥劑過程、混凝沉淀過程

31、、過濾過程及送水過程。設計供水管網的 scada 系統時，可按照這五個模塊設計生產現場數據采集與控制部分的功能：（1）取水過程：該過程是通過取水泵抽取蘇煙水庫的原水，送至配水井，在這個過程中，系統需要監測原水流量、出廠水水位、機組電量、機組溫度，并根據中心調度室的指令監控四臺低壓取水泵、四臺高壓取水泵、兩臺排水泵的啟停及變頻運轉；（2）配置與投加藥劑過程：負責按照工藝要求配置適量的礬和氯，并投入礬和氯以達到混凝和消毒的目的，在該過程中，系統需要監測原水濁度、加氯量、余氯，并需要監控靜態管式混合器和加氯機。（3）混凝沉淀過程：負責監控混合、絮凝、沉淀過程，在該過程中，需要監測水流量、溫度、濁度，

32、需要監控反沖洗流程。（4）過濾過程：通過石英砂去除水中的懸浮雜質，澄清水，并按工藝要求定時反沖洗石英砂，在該過程中，需要監控每個濾池鼓風機的電流及工作時間、沖洗泵的的電流及工作時間。（5）送水過程：負責將自來水以一定的壓力和流量送入供水管網，并監控供水管網水壓，該過程需要監測清水池水位、濁度、余氯、水壓、流量、電機溫度、機組電量、供水管網水壓，并監控六臺送水泵的啟停及變頻運轉。設計時應先確定上述過程中的現場采集數據信息以及控制信號，哪些是模擬量哪些是數字量，以及采用何種控制方式等。接著再分析和匯總供水公司各職能部門所需要的數據信息、報警界限以及控制權限，確保各職能部門能夠及時獲取所需數據信息并

33、具有對應的系統監控權限，如出現問題，系統能夠及時報警。例如中心調度室需要根據供水管網水壓和流量信息來完成日常的自來水生產調度工作，scada 系統則應定時為該部門提供供水管網水壓和流量的數據信息；中心控制室需要監控整個制水過程以確保水質和水量， scada 系統則應為該部門提供整個凈水流程中所需實時數據信息（如水濁度、余氯、水位等） ，并賦予其制水流程系統的控制權限。總之，本系統應該包含實時數據采集功能、監控現場設備生產情況功能、歷史數據存儲及處理功能、報警功能、生產調度功能，以確保供水系統的正常運行，進而優化調度系統以提高生產效率。2.1.2 管理信息分析根據該供水公司的系統需求分析，本供水

34、管網 scada 管理信息系統應具備以下功能：（1）數據采集功能系統根據公司調度中心的調度生產要求，需要采集以下的數據信息：供水管網各測壓點的水壓、電源供電情況、耗電量、進/出廠水量、ph 值、余氯、原水濁度、出廠水濁度、各控制閥和泵機的運行參數等。（2）數據傳送功能將現場采集到的數據實時地傳送到生產調度中心服務器，即主站系統服務器。（3）數據顯示以及分析功能主站系統將獲得的各種信息和數據，通過分析、加工，以圖表、動畫等形象的方式顯示出來，以便于管理人員直觀地了解生產情況。（4）歷史數據的存儲、查詢、分析及檢索功能根據公司各部門的信息檢索、查詢以及分析歷史數據的要求，系統應能夠實現歷史數據存儲

35、、查詢、分析及檢索功能。（5）報表顯示以及打印功能系統自動生成各類生產情況的日、月和年報表，并能夠隨時打印。（6）遙控功能系統根據公司生產調度需求，允許操作人員在調度中心遙控有關水泵的啟/停。（7）報警功能如果管網水壓出現異常（不足或超限） ，或者水泵出現運行異常（電壓、電流不足或過載） ，系統及時報警。（8）網絡功能將現場采集到的數據送到網絡服務器上，供其他系統使用。2.1.3 系統性能分析本系統在設計及建設當中，應滿足以下原則：（1）可靠性原則可靠性原則指系統應具有強大的容錯能力以及處理突發事件的能力，即發生突發事件時，不會導致數據丟失或者系統癱瘓，同時還要保證系統數據庫中的所有數據應準確

36、可靠，這個原則是本系統最核心的原則。（2）實用性原則實用性原則指系統應盡可能地滿足供配水業務需求且靈活實用，該原則體現在能夠便于系統管理、用戶應用、數據更新以及系統升級等方面，同時還體現在具有完善的數據庫、系統優化的系統結構以及靈活簡便的用戶界面上，該原則是系統設計的基本出發點和最高要求。（3）經濟性原則經濟性原則指在保證各項功能完滿實現的基礎上，以最好的性價比來配置系統的軟件和硬件，甲乙雙方共同合作，在較短時間內完成系統的建立，使系統盡快發揮經濟效益與社會效益。（4）科學性原則科學性原則指系統應采用“供配水管網系統數學模型”仿真和優化供水管網，因此在設計與開發系統時，應以“軟件工程”的思想及

37、方法來構建該系統，從而保證系統結構具有科學性和合理性。（5）開放性原則開放性原則指系統應具有強大的兼容性及拓展性，若開發系統軟件時采用面向對象技術和控件技術，今后能方便地重構和搭建系統，同時也便于系統不斷地擴充和完善。（6）完備性原則完備性原則指系統中的各種數據應是全面的、完整的，且能夠最大限度地滿足系統各項功能的需要。（7）規范性原則規范性原則指系統各項功能應符合供水公司供配水管網的管理要求，信息編碼應遵循行業標準、地方或國家頒布實施的規范。（8）可操作性原則可操作性原則指系統應有良好的用戶界面，用戶操作簡便、易學易懂、靈活且符合供水行業的實際工作模式。（9）先進性原則先進性原則體現在設計系

38、統和硬件配置時，應充分考慮到系統今后的發展和升級，讓系統具備一定的擴展能力，盡量采用先進的應用系統技術。2.1.4系統的開發步驟本供水管網 scada 系統的開發將分為可行性研究分析、初步設計、詳細設計、系統實施、系統測試和系統運行維護六個階段進行，開發系統時不完全按照這六個階段的先后順序直線進行，而是發現一個環節出現問題或者存在不足之處時，都要回到相應的階段進行修改和完善，直至 scada 系統竣工驗收完畢。scada 系統的設計與開發步驟流程見圖 2.6。圖 2.6 scada 系統設計與開發步驟流程圖fig.2.6 the design and development of scada

39、system2.2 供水管網scada系統的架構設計2.2.1 scada 系統的構成在供水管網中引入 scada 系統可以實時有效地對供水過程進行監控與管理，本系統結構見圖 2.7。圖 2.7 scada 系統結構圖fig.2.7 the structure of scada system從圖 2.7 中可知，scada 系統主要包含三部分：第一部分是主站系統（上位機） ，包括管理層、數據存儲分析層及 scada 監控層，負責監控現場控制系統；第二部分是現場控制系統（下位機） ，負責采集相關數據（如管網水壓情況等） ，以及對現場設備（如水泵）的控制；第三個部分通信網絡，負責主站網絡系統內部的

40、通信，現場控制系統網絡內部的通信，以及主站系統與現場控制系統之間的通信。雖然 scada 系統的這三個組成部分功能不同，但是在 scada 系統中采用的“集中管理、分散控制”的構思，保證了各系統能夠獨立運行，并具有較強的安全性。因此，這三者有效的集成構成了具有強大功能的 scada 系統，實現了對整個供水過程的有效監控3。2.2.2 scada 系統的主站系統設計scada 系統的主站系統一般包括硬件系統部分及軟件系統部分。1、硬件系統的設計硬件系統包括由計算機組成的工程師工作站、管理者工作站、操作員工作站、web服務器、數據庫系統、通訊前置系統等。各部分的功能如下：（1）工程師工作站：負責組

41、態制作及系統的維護工作；（2）管理員工作站：負責進行生產調度管理，確保系統正常運行；（3）監控工作站：負責監控整個生產過程，為生產調度中心提供現場信息，并根據調度指令控制現場設備；（4）web 服務器：提供網上信息瀏覽服務；（5）數據庫系統：保存歷史數據、實時數據的服務器；（6）通訊前置系統：主要用于解析各種不同的通訊協議，完成數據轉發和處理，包括計算機、monden、串口、網絡接口、防雷設備、機架等；（7）附屬設備：包括投影儀、投影幕、打印機等。2、軟件系統的設計開發 scada 軟件系統常用的系統平臺及工具有：windows、unix、linux 操作系統平臺，oracle、sybase、

42、sql server 數據庫平臺，vb、vc+開發語言。本 scada 軟件系統的開發基于 windows 操作系統平臺，采用 vb.net 進行前臺開發，sol server 進行后臺數據維護，可以實現預測及優化算法，并具有人機對話環境、精致的動態圖形界面。 scada 主站的軟件管理系統按功能分為 8 個管理子系統，其結構如圖 2.8 所示。圖 2.8 scada 主站的軟件管理系統框圖fig.2.8 the structure of scada software 2.2.3 scada 系統的現場控制系統設計scada 系統的現場控制系統一般由現場監控站、plc 控制分站及通訊網絡三部分

43、所組成，該系統部分的設計包括以上三部分，plc 控制分站在整個現場控制系統中起到承上啟下的作用，其性能將直接影響整個控制系統，其設計流程如圖 2.9 所示。地形圖庫管理子系統管網數據庫管理子系統管網數據管理子系統管網報警管理子系統管網事故處理子系統管網維護管理子系統管網通訊管理子系統管網生產調度子系統scada 主站軟件管理系統圖 2.9 scada 系統現場 plc 控制站設計流程框圖fig.2.9 the plc design flow of scada system 在設計現場控制系統時，必須考慮以下三個方面：一，保證系統的正常運行；二，投入資金有效合理；三，在滿足以上兩個條件的前提下，

44、應具有一定的前瞻性，今后若生產工藝發生改變，plc 控制分站應有一定的拓展空間，因此 plc 控制分站的設備選型非常重要。2.2.4 scada 系統的通信系統設計通信系統在 scada 系統中極為重要，它可以保證系統數據信息的實時可靠傳輸以及控制命令的準確傳達。一個大中型的 scada 系統一般包含多層次的通信網絡，且通信形式多種多樣。對于本 scada 系統而言，應根據該供水公司的實際情況選用合適的通信方式，例如，該供水公司各管網測壓點地域分散，因此需要采用無線通信網絡監測管網水壓；現場控制系統需測試的數據信息和控制設備類型多樣，則采用現場總線通信方式；控制中心與現場控制站點之間采用有線通

45、信方式；控制中心內部采用以太網通信方式。2.2.5 scada 系統的遠程終端單元系統設計scada 系統的遠程終端單元系統包括各類檢測儀表和執行設備，如 pac、智能儀表、可編程邏輯控制器 plc、遠程終端設備 rtu 等，它從屬于現場控制系統，在系統中起著重要作用，它可以完成生產現場數據信息的采集以及現場電控設備的控制等。2.3 本章小結本章詳細說明了玉林市供水公司供配水調度以及水生產的工藝流程，針對該公司實際情況進行供水管網 scada 系統的需求分析，并根據需求設計了一套經濟適用的供水管網 scada 系統的架構，其中包括主站系統、現場控制系統、通訊系統、遠程終端單元系統的架構設計方案

46、，為系統的實現做好準備工作。第三章 供水管網 scada 主站系統的實現3.1 scada主站系統硬件構成及實現供水管網 scada 系統是否能夠穩定、可靠且有效地運行，最基礎的條件是要保證系統具有性能穩定的硬件設施，因此在設計 scada 主站系統的軟件部分之前，我們應該根據系統的需求，以及用戶的資金預算，購置性價比較為合理的硬件設備。一般scada 主站系統的硬件部分包括通訊前置系統、工程師工作站、管理者工作站、操作員工作站、實時數據庫服務器、歷史數據庫服務器、web 服務器七個部分。本供水管網scada 主站系統的硬件結構見圖 3.1。圖 3.1 供水管網 scada 主站系統的硬件結構

47、圖fig.3.1 the hardware structure of water supply scada master station system 當 scada 系統應用在不同的工業領域時，對硬件設備的性能要求也各不相同。因此，工程設計人員應根據用戶的實際情況，配置適合當前系統需求且具有一定擴展性的硬件設備，不需要一味地追求高性能配置。供水管網 scada 主站系統的硬件選擇原則及其配置情況如下：1通訊前置系統8通訊前置系統是 scada 主站系統的通信樞紐，一般包括前置計算機、moden 池或串口池、網絡接口、防雷措施及機架，它主要負責各種不同規約的解析、通訊接口數據的處理等，可實現遠

48、動系統的連接、站級計算機的連接及站內信息的采集等功能。通訊前置系統必須具有較強的抗電磁干擾能力、實時性及低功耗等性能，研華udo-2170 是一款高性能的通用網絡控制器，可以滿足以上性能要求。本系統采用兩臺研華 udo-2170 通用網絡控制器作為主/備通訊前置機，以構建實時穩定的網絡系統。2工程師工作站工程師工作站主要負責制作組態畫面以及維護系統等工作，因此硬件要求具有較強圖像處理能力，一般由若干計算機構成，可根據實際需要選擇計算機的臺數。本系統的工程師工作站由 2 臺計算機構成，一備一用，它們之間可以相互通訊，采用的是聯想揚天 a6880f c2d e7500 2g500rh(xp)q 型

49、號的計算機。3管理員工作站生產調度中心的管理員負責監控整個供水管網，實時通報生產及管網運行情況，并制定調度方案，以保證有效可靠地為用戶供水，發生突發事件時要協助各相關部門迅速制定處理方案。因此管理員工作站應具有系統畫面監控、報警及處理等功能，硬件要求具有快速而穩定的事件處理能力。本系統的管理員工作站由 2 臺計算機構成，它們之間可以實現互相通訊，采用聯想揚天 a4600k pdc e5500 2g500dh(w7b)型號的計算機。4操作員工作站操作員工作站負責實時監控整個自來水生產過程的情況，它依據生產調度工作站發出的命令來控制生產過程中的現場設備，保證系統的正常運行，因此硬件要求實時性強且運

50、行穩定。監控工作站一般可以僅由一臺服務器和若干顯示屏構成，服務器負責接收管理員工作站發出的指令以及對現場設備發出控制命令，其余的顯示屏只需要顯示各現場設備工作情況的組態畫面或者視頻畫面即可。本系統的監控站由一臺服務器和 2 臺 19 寸顯示器構成，服務器采用聯想 thinkstation e20 4222dc2 型號的服務器。5實時數據庫服務器實時數據庫是數據庫技術與實時處理技術的結合，它在 scada 系統中主要用于生產過程的自動采集、存儲及監控，它幫助用戶完成現場生產過程數據的實時采集與存儲，并通過畫面形式反映當前的生產情況，為用戶提供準確清晰的操作畫面，這樣既能夠消除企業管理與生產過程控

51、制之間的鴻溝，又為企業上層應用軟件的信息挖掘提供了有效的數據來源。供水公司的生產管理者要及時了解生產情況，因此實時數據庫必須提供與現場生產情況同步的監控畫面，并要求系統具有高效的查詢功能，以便于決策者快速地做出正確判斷和決策，保證生產的正常進行。由此可見，scada 系統中的實時數據庫系統應具備實時、可靠及穩定的特性，要滿足這些特性就要求系統硬件具有較大的內存容量和較快的存儲速度。本系統配置硬件時優先考慮以上因素，盡量選取性價比較高的硬件設備，以保證系統的正常運行。實時數據庫服務器采用聯想 d20 415538c 型號的服務器。6歷史數據庫服務器歷史數據庫主要用于存儲生產過程中的歷史數據，這些

52、歷史數據對企業來說極有價值，多年的管理經驗告訴我們，要改進生產工藝并合理生產調度則需要在這些數據的基礎上進行科學地統計、分析和建模，最終形成更為行之有效的生產管理流程。歷史數據庫服務器要存儲大量的數據信息，因此需要具備大容量的存儲空間，本系統采用聯想 d20 415538c 大客戶機型服務器。7. web 服務器web 服務器負責為用戶提供網上信息瀏覽服務，是多媒體信息查詢工具。由于生產過程的實時數據統一存放在實時數據庫中，因此，供水公司各部門要查看目前的生產過程情況，則需要通過 web 服務器。本系統的 web 服務器采用聯想 thinkstation e20 4220a17 型號的服務器。

53、3.2 scada系統軟件構成及實現3.2.1 開發工具的選用與介紹1. visual basic.net910visual basic.net 是 microsoft 公司推出的 visual basic 最新版本，它具有操作簡單、易學和易用的特點，同時增加了新的組件并增強了面向對象的特性， 實用性強。它支持多種編程語言，開發人員可以根據實際需要自由選擇 c#、visual c+或 visual basic.net 語言，這樣既可以發揮各種語言的特有優勢，還可以減少企業培訓開發人員的費用。因此，visual basic.net 以其獨特的優勢占據了軟件開發市場。2. sql server 2

54、00811sql 稱為結構化查詢語言，是一種數據查詢和程序設計語言，用于存取數據以及查詢、更新和管理關系數據庫系統，它結構簡單、功能強大、簡單易學，得到廣泛應用。sql server 是專用于開發關系數據庫的大型管理軟件，該軟件允許在 microsoft .net開發環境中，使用 sql 語言開發數據庫。sql server 2008 是至今為止最全面和最強大的 sql server 版本，它為開發人員提供了一系列豐富的集成服務，能夠對數據進行查詢、搜索、分析、同步及報告之類的操作，由 sql 開發的數據可以存儲在各類設備上。3.2.2 系統軟件的構建與實現121. 系統總體結構根據供水公司的

55、需求，構建的供水管網 scada 軟件系統總體結構見圖 3.2。圖 3.2 scada 軟件系統總體結構圖fig.3.2 the structure of scada software system 供水管網 scada 系統是建立在管網壓力實時監測系統、plc 實時監控系統及 gis 地理信息系統之上的管理系統，它包括地形圖管理子系統、管網數據庫管理子系統、管網數據管理子系統、管網報警子系統、管網數據報警子系統、管網數據處理子系統、管網維護子系統、管網通信子系統和生產調度管理子系統，其中生產調度管理子系統需要對供水公司供水管網進行歷史分析，以建立“供配水管網優化系統” 。2scada 管理子

56、系統功能描述（1）地形圖庫管理子系統地形圖庫管理子系統主要負責開發 scada 系統的監控界面，開發人員可以利用該系統建立地形圖庫，亦可將所需數據信息以圖形、報表等直觀方式呈現給管理人員，對當前系統的工作情況以及生產調度情況實時監控。在該系統中，管理人員有權輸入并編輯圖形和數據信息，并可以檢索、查詢、比較相關數據信息，最終達到全面了解和詳細分析管網信息的目的。（2）管網數據庫管理子系統數據庫管理子系統包含實時數據庫系統、歷史數據庫系統和關系數據庫系統。實瀏覽器 1pc1瀏覽器 n瀏覽器 2pcnpc2歷史數據庫scada 管理系統 實時數據庫gis 地理信息系統web 服務器 數據服務器管網壓

57、力實時監測系統plc 實時監測系統時數據庫系統主要負責存儲實時采集到的數據信息，以方便管理人員隨時可以掌握實時數據信息；歷史數據庫主要負責歷史數據的存儲、檢索、查詢及分析工作，以幫助管理人員了解及分析過去的工作情況；關系數據庫主要負責建立相關數據信息之間的關聯關系。 （3）管網數據管理子系統數據管理子系統包括數據采集、傳輸及處理三個子系統，它主要負責完成數據信息的采集、傳輸、顯示、分析、打印等。數據采集子系統主要負責采集控制中心所需的數據信息，例如管網水壓信息、水泵的運行參數、能耗、進出水量、ph 值、余氯、濁度等；數據傳輸子系統主要負責將采集到的數據信息實時傳送給控制中心，可采用有線或無線方

58、式；數據處理子系統主要負責將獲取到的各種數據信息進行分析以及加工，以形象、生動、直觀的方式呈現給控制中心，以幫助管理人員監控遠程現場設備，管理人員也可根據需要可以將數據信息以圖形或報表的方式打印存檔。（4）管網報警子系統報警子系統主要負責監控水泵運行情況及水壓是否正常，若水泵電壓、電流出現不足或過載、水壓不足或超限的情況，系統則會自動報警。（5）管網事故處理子系統管網事故處理子系統包括火災事故處理及爆管事故處理兩個模塊。在城市突發火災情況下，火災事故處理模塊能夠幫助消防部門尋找到距離失火點最近且可用的消防栓；若供水管網出現突發爆管漏水事故時，爆管事故處理模塊能夠根據爆管點位置制定出有效的處理方

59、案，輔助管理人員排除故障。（6）管網維護子系統管網維護子系統主要負責維護系統內軟硬件的正常運行，以保證系統的正常工作。（7）管網通信子系統管網通信子系統負責將現場采集到的數據信息傳輸給控制中心服務器，以供其他系統使用。（8）管網生產調度子系統生產調度子系統利用數學模型對供水管網的控制系統進行優化，以合理調度各個水泵站的水泵組，最終達到科學有效調度水資源的目的，系統數學模型的建立一般基于供水公司的歷史管理數據。3系統模塊結構本系統的主站軟件采用“模塊化” 設計方案，即以功能塊為單位進行程序的設計，這樣的軟件具有較強的獨立性、復制性和可讀性，使程序設計、調試及維護更加簡單化，大大降低了程序的復雜性

60、。scada 管理系統的各級菜單按照模塊的功能進行劃分，玉林市自來水公司 scada 主站軟件系統的一級菜單結構框見圖 3.3。圖 3.3 scada 主站系統一級菜單框圖fig.3.3 the structure of scada master station system main menu在一級菜單中，數據通訊管理自成一個子系統，內分若干模塊，負責管理各種測量設備的數據采集和數據通訊，該子系統由時鐘控制各個模塊周期循環工作，無需人工操作，沒有用戶界面和用戶菜單，數據補調時，由系統根據數據短缺情況，在下一周期自動進行，無需人工操作。實時數據管理菜單采用按鈕啟動，不列入一級菜單，各種實時數據