长距离引供水工程SCADA系统设计与实现

引言

随着我国经济发展和城市化进程的加快,城市及工农业用水量迅速增加。我国水资源地域分配不均衡,因此长距离输水工程成为解决用水量迅速增加问题、平衡水资源地域分配的重要措施之一。其中,辽西北供水工程属长距离、大流量、跨流域的供水工程,具有点多、面广、线长、地形地质条件复杂、交通及现场条件差的特点,工程运行管理点众多,运行管理工作量大、难度高。

考虑到辽西北供水工程分水口众多,对输水过程的控制难度极大,因此必须建立现代化的数据采集与监视控制系统(SuperviSoryControlAndDataAcquiSition,SCADA）。基于通信、计算机网络、远程测控等先进技术,与工程运行管理方案紧密结合,获取和综合分析处理相关信息,提高信息化、自动化科学管理的水平,及时、全面了解掌握整个工程的运行工况,实现调水过程的自动化及稳定安全地供水,保证工程安全高效地运行。

1SCADA系统设计方案

1.1集成原则

SCADA系统设计遵循以下原则:

(1）按"无人值班,少人值守"方案进行设计,既可实现站内监控,又能实现调度中心远程监控。

(2）调度中心SCADA系统采用全开放、分布式结构,系统配置和设备选型能够适应计算机技术迅速发展的特点,具有先进性和向后兼容性,以充分保护用户的投资。

(3）软件采用模块化、结构化设计,保证系统的可扩展性,满足功能增加及规模扩充的需要。

1.2控制策略

SCADA系统采取分级监控模式,即调度中心、管理处、现地站分级监控。

分级调度管理模式下监控权限的级别由低至高为:调度中心一管理处一现地站一现场设备。

其中,调度中心可以在管理处授权下控制全线所有电站、配水站、进出口、检修阀井等现地站:管理处在现地站授权下可以控制本辖区的机组、闸、阀、泵等:现地站在现场设备授权下可以控制本LCU下现场设备等。

1.3存储机制

SCADA系统存储的数据分为两类:过程数据和特征数据。

过程数据为记录完整生产运行过程的数据,包含所有数据(压力、流量、闸位、闸门启闭状态、电流、电压、温度、各类保护信息和告警信息等）,按照数据扫描周期存储,特点是频次高、数据量大。

特征数据是根据系统的需要,满足某些特征条件的数据,触发存储的特征条件为:定时存储、启闭变化存储、水位变化存储、压力变化存储等:特点是频次较低、数据量较小。

1.4负载均衡

现地站对象作为工程监控系统的服务主体,其所在的位置是系统的关键监控平台节点,为保证监控服务的速度,每个关键监控平台节点上运行的现地站对象数量不宜过多。在中心配置两台监控服务器,相互热备冗余,正常情况下均衡分担系统中的各种服务:当一台服务器出现故障时,另外一台服务器能够全面接管所有的服务。

1.5冗余机制

对于现地站监控系统,支持在调度中心和备用中心采用冗余容灾机制,即备用中心能够对中心进行灾备。采用分布式系统,正常情况下,灾备中心分担中心的部分负荷,且实时同步中心的各种数据,实时监视中心的运行状态。当中心崩溃时,备用中心能够接管中心的所有任务,实现中心的所有功能。

2SCADA系统实现

根据辽西北供水工程的运行管理特点,SCADA系统最终实现方案分为调度中心控制级、管理处控制级和现地站三级。

(1）调度中心控制级主要由数据服务器、应用服务器、通信服务器、磁盘阵列、操作员工作站、工程师工作站、语音报警工作站、备份计算机等计算机设备组成,完成数据采集与处理、控制命令下发、图形显示、历史数据管理、系统外部通信等功能。

系统架构如图1所示。

(2）各管理处主控级主要由数据/应用服务器、操作员工作站、通信服务器、工程师工作站等计算机设备组成,完成数据采集与处理、控制命令下发、图形显示、系统外部通信等功能。

(3）现地站由LCU及RTU组成,完成数据采集与处理、设备控制与调节、与主控级通信、智能设备数据通信等功能。

各管理处主控级与现地控制单元采用冗余光纤以太网进行通信。

3结语

辽西北供水工程分水口众多,对输水过程的控制难度极大。本文分析了辽西北供水工程SCADA系统的五个核心内容:集成原则、控制策略、存储机制、负载均衡、冗余机制,提出了采用调度中心控制级、管理处控制级和现地站的三级设计方案。该系统设计将为辽西北供水工程运行管理提供安全、可靠、经济、科学、先进的技术手段。