自来水实时数据采集与监控系统设计.doc

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湖南工业大学本科毕业设计（论文）

（2011届）

本科毕业设计（论文）

题目名称:

自来水实时数据采集与监控

（SCADA）系统

学院（部）：

电气与信息工程学院

学生姓名：

班级：

学号

指导老师姓名：

职称

最终成绩评定：

2011年月

摘要

随着我国城市建设的加快，管网越来与庞大，分散，作为城市极为重要的基础设施，加强对供水系统实时数据的采集与监控及信息化建设都具有相当重要的意义。

实时数据采集与监控（SCADA）系统是采集各站点的数据信息，并对这些信息进行存储、分析汇总等处理。

通过数据分析，及时给出报警信息或向站点发出控制命令，控制站点设备的运行。

论文在了解实时数据采集与监控系统（SCADA）系统的基础上，对实时采集到的数据、监控状态的收集进行计算处理，并且从数据库的历史中获取的经验，进行优化调度，实现自来水网管的智能化控制。

充分运用现代化的信息技术手段，通过对SCADA系统的硬件和软件的设计，完成一个具有先进性、高可靠性、经济性的系统设计方案。

关键词：

SCADA,数据采集，监控，设计

ABSTRACT

Alongwiththeconstructionspeedquicklyofourcity,thepipelinenetworkismorehugeanddispersion.Asanextremelyimportantinfrastructure,strengthentooptimizepipelinenetworkandtheinformation-basedconstructionisveryimportant.

TheSCADAsystemistocollecteachsite'sdatainformation,storeitandstattools.accordingtodataanalysis,AndthengiveaAlarminformationorsendoutaControlCommandstositetimelytocontralthesiteOperationofequipment.

ThispaperisbasedontheSCADAsystem,Collectrealtimedataandsupervisedatatocalculateorprocess.Andthenacquireavailablecluefromthehistoryinthedatabaseofexperience,makeanexcellentoptimizeddecision.Implementintelligentcontrolofwaterpipenetwork,makethemostofthemoderninformationtechnique,throughHardwareandsoftwaredesignoftheSCADAsystemtoimplementaadvanced,highreliabilityandeconomicsystemdesign.

KEYWORDS:

SCADA,Dataacquisition，Supervisorycontrol，Design

目录

一绪论

（一）SCADA系统概述………………………………………1

1SCADA系统组成及工作……………………………….1

2SCADA系统的功能…………………………………….2

（二）本课题研究的背景、内容及意义……………………..5

二自来水SCADA系统总体设计

（一）自来水SCADA系统结构分析及监控站点组成……...7

（二）自来水SCADA系统的技术基础……………………...11

（三）城市自来水SCADA系统的建立……………………...14

1城市自来水SCADA系统设计原则…………………...14

2城市自来水SCADA系统的结构设计………………...14

3网络设计………………………………………………..15

4数据采集、控制和调度系统的设计…………………..17

5网络通讯系统设计……………………………………..22

6自来水SCADA系统数据库…………………………...23

7供水SCADA系统的防雷保护………………………...24

三自来水厂SCADA系统设计方案

（一）引言……………………………………………………..26

（二）系统总体方案…………………………………………..26

（三）系统构成及功能描述…………………………………..28

（四）访问和保护信息系统安全……………………………..33

（五）结束语…………………………………………………..34

四结论…………………………………………………..35

五参考文献……………………………………………..36

六致谢…………………………………………………..37

36

一绪论

（一）SCADA系统概述。

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即采集与监视控制系统，它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。

SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、供水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

1SCADA系统组成及工作原理。

SCADA系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一，它包含两个层次的含义：

一是分步式的数据采集系统，即智能数据采集系统，也就是通常所说的下位机；另一个是数据处理和显示系统，即上位机HMI（HumanMachineInterface）系统。

下位机一般意义上通常指硬件层上的，即各种数据采集设备，如各种RTU、FTU、PLC及各种智能控制设备，等等。

这些智能采集设备与生产过程和事物管理的设备或仪表相结合，实时感知设备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，并通过特定数字通信或数字网络传递到HMI系统中；在必要的时候，这些智能系统也可以向设备发送控制信号。

上位机HMI系统在接受这些信息后，以适当的形式如声音、图形、图象等方式显示给用户，以达到监视的目的，同时数据经过处理后，告知用户设备各种参数的状态（报警、正常或报警恢复），这些处理后的数据可能会保存到数据库中，也可能通过网络系统传输到不同的监控平台上，还可能与别的系统（如MIS，GIS）结合形成功能更加强大的系统；HMI还可以接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目的。

由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。

在供水系统中，SCADA系统应用非常广泛，技术发展也最为成熟。

它作为能量系统的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已成为供水系统不可缺少的工具。

它对提高管网运行的可靠性、安全性与经济

效益，减轻调度员的负担，实现管网电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。

在SCADA系统投入运用后，提高了输配管网运行的可靠性、安全性、有着潜在的社会效益和企业经济效益，减轻了管理人员工作负担。

是实现调度自动化、管理信息化的软件平台的基础。

系统采用两级控制，如图1所示。

一级是SCADA控制中心，监测分布在管网上的各个测量点，对数据采集分析，负责监视、管理和控制、统计输出等工作。

通过控制中心，可实时得到整个地区的城市供水管网运行状态、大用户用水工况，分析历史数据，判断管网运行质量，支持管网输配调度和管理。

二级为管网测量点RTU（远终端单元），实施远距离监控，将管道的压力、流量、设备运行工况、现场水泄漏的值等有关信息发送回控制中心，即使掉电也能将信息短期储存以便补发。

控制中心与管网测量点间采用多种传输方式，为实现"优质、高效、低耗、安全"的供水目标并创造最大的经济效益和社会效益，建立开放性好、可靠性高、适应性强的供水监控调度系统。

图1SCADA系统

2SCADA系统的功能。

SCADA系统得基本功能包括功能性、安全性、维护性和实用性。

（1）功能性

SCADA系统的功能性可简单定义：

在一定运行时间下，一套SCADA系统所有功能实现的百分度：

功能性（%）=硬件、软件、通信的实现情况/系统所有设计功能的总合。

硬件的功能，主要根据所选控制器、执行单元、仪器仪表和通信设备性能而定。

在行业的硬件设备的选型几乎是系统配套，而主流的SCADA系统集成商对硬件的选型更是各不相同，最终用户对硬件选型上基本上被系统集成商所左右，用户缺乏自主性。

在具体功能性的实现上，配套的系统优点在于系统构建周期短，硬件设备间配合性更好。

缺点是性价比不高，维修零配件必须指定专用设备，维护性差，甚至整体更换。

软件功能的功能与配套的硬件设备密切相关，分开说硬件和软件哪个功能更好是不科学的。

SCADA系统的软件功能的核心在于集成技术人员对应用现场、基本功能的调查度及对相关接口的实现方法。

针对具体的SCADA系统，设计人员、工程技术人员和现场用户需要不断地进行交流和讨论，只有将系统的目的完全了解、熟悉、掌握之后，才能将功能做得更加完善。

通信功能主要突出安全可靠的特点。

在不同工作层面的网络通信，与硬件设备、管理要求、现场特点等密切相关。

采用不同的通信方式、加密认证技术，是系统通信功能实现的重点内容，如作为监视层的人机界面，现场数据的刷新率不可能低5秒；作为控制层的操作响应不能大于系统设计的最长时间10等。

（2）安全性

SCADA系统的安全性是功能实现的保证，安全性和可靠性并没有严格的区分。

安全性更注重数据的秘密性、完整性和不易受外部攻击，可靠性更侧重于系统的连续工作时间和对于突发事件的处理。

由于现场大部分过程控制器都具有网络通讯能力，这就使得网络接口的安全显得格外重要。

现代SCADA系统中，为保证系统的连续长期稳定工作，冗余是必不可少的。

在冗余的本地局域网中，如果其中一个操作站通信发生故障，网络上其它的操作站可进行"无缝"连接。

在工业生产现场，核心工作站通常都设计成两套，在某一个操作站的硬件或应用程序出