浅谈热网SCADA系统

杨阳 徐建民

摘 要：本文对SCADA系统进行了介绍、并对其构成及其数据实现进行了阐述。

关键词：SCADA

1 引言

在集中供热系统中，虽然在设计阶段已经进行了水力平衡的设计，但由于供热工程设计阶段的供热面积、热用户的分布、管道的路由走向等等的设计情况与实际运行情况相比往往会有所出入，再加上工程施工质量问题、管道管径的限制问题、管道中循环水的流速限制问题以及水力平衡设计本身的问题，造成了水力失调很难单靠设计来进行解决，所以，采用热网集中运行及管理系统成为现阶段集中供热系统的必然趋势。

2 SCADA系统介绍

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA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。

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。在热力行业中，SCADA系统应用广泛，技术成熟，SCADA系统在热力行业的应用对城市热力输配进行更加合理调度，保证管网安全供热，节约能源与资金，加快紧急事件反应时间，减少不应有的损失，同时通过更加合理的调度节约大量的人力和物力，提高经济效益和管理水平，与国际先进水平接轨发挥了重大的作用。

3 SCADA系统构成及网络架构

SCADA系统主要由主站系统，通讯系统，人机界面及远程终端控制系统组成。 图3.1为SCADA在热网集中控制系统中的网络拓扑图

3.1主站系统

主站系统一般采用先进的计算机，有着良好的图形支持，可以采集数据，也可以提交命令监控程序的进行。一个主站系统可能有几十个上百个工作站，多个服务器。但是对于简单的SCADA主站系统可能就只有一台计算机，运行一套软件。

庞大的主站硬件系统一般包括通讯前置系统、管理服务器、工程师站、操作员站、历史站、WEB服务器等等。主站系统软件庞大而复杂，软件划分的方法一般分为模块方法，主要有操作系统软件、编程软件、组态软件、画面运行软件、报表分析软件、通讯（OPC）服务软件、历史数据库软件、WEB发布软件等等。硬件系统与软件系统有机的结合实现了主站系统对远程终端单元的监视和控制。图3.2为主站系统架构图。

3.2通信网络

通信系统是提供主站系统及远程终端控制单元之间传输数据的管道。

通信系统一般分类大体可以分为两类，即有线和无线。传统的有线方式主要有音频电缆，架空明线，载波电缆，同轴电缆，光纤，电力载波等。传统的无线方式主要有电台、微波、卫星、光线、声波等手段。目前随着通讯技术的发展，基于各种网络的通讯方式也发展很快，如采用VPN虚拟局域网（联通ADSL和移动DDN业务）、APN（LNS）专网+数据专线、GPRS/CDMA+Internet专线或域名。这种通讯方式可能是有线的也可能是无线的，甚至多次跨越无线和有线，方便施工节约成本。

3.3人机界面

人机界面（human machine interface，简称HMI）是一个可以显示程序状态的设备，操作员可以依此设备监视及控制程序。HMI可以链接到SCADA系统的数据库及软件，读取相关信息，来显示趋势、诊断数据及相关管理用的信息，如定期维护程序、特定传感器或是可以协助故障排除的专家系统。

3.4远程终端控制系统

远程终端控制系统（Remote Terminal Unit，简称RTU）连接许多程序中用到的传感器，数据采集后将数据传送给监控系统。现阶段在热网中心控制系统中因可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称PLC）价格便宜，用途广泛，常被用作现场设备，取代特殊功能的远程终端控制系统。

SCADA系统的数据库及软件是调度管理层，PLC是现场设备层。PLC系统，用于工业现场的测量控制，现场测控功能强，性能稳定，可靠性高，技术成熟，使用广泛，价格合理。SCADA的重点是在监视、控制，可以实现部分逻辑功能，基本用于上位，而PLC单纯的实现逻辑功能和控制，在实现操作是需借助按钮指示灯、HMI以及SCADA系统；

4 SCADA系统的数据实现

SCADA系统是一个可以监控及控制所有设备的集中式系统，或是在由分散在一个区域（小到一个工厂，大到一个国家）中许多系统的组合。热网SCADA系统用于热网调度及控制，为操作人员和管理人员提供了对热网进行实时监控和管理调度的平台。

热网SCADA系统数据采集由远程终端单元RTU进行，包括读取现场一些传感器设备的数据，依SCADA系统需求通信传送设备的状态报告。数据有特定的格式，各分站控制室中的操作员可以用人机界面了解系统状态，并决定是否要调整RTU的控制，或是暂停正常的控制，进行特殊的处理。数据也会传送到历史记录器，一般会是架构在商用的数据库管理系统上，以便追踪趋势并进行分析。

热网SCADA系统中大部份的控制是由远程终端控制单元进行，主站系统一般只作系统监控层级的控制。例如在换热站一个系统中，由PLC来控制换热站一、二次网循环水的流量、压力、温度，而SCADA系统可以让操作员改变调节阀的开度从而改变循环水的流量的目标值及温度的目标值，并设置需显示及记录的警告条件（例如流量过低，压力过高，温度过高）。PLC会利用回授控制来控制流量、压力或温度，而SCADA系统则监控系统的整体性能。

总结起来热网SCADA系统可以实现以下功能：

换热站热值的远方自动控制；

换热站热值的现场手动控制；

换热站数据就地显示：流量、压力、温度等；

换热站数据集中显示：流量、供水压力、供水温度、回水压力、回水温度；

电动调节阀阀位开度显示 ；

换热站控制参数；

换热站无线数据采集，集中监控

主站系统实现实现了对供热系统运行数据的统计、分析和管理，如参数图、报警图、流程图、趋势图、数据报表（打印）、参数设定（调整）、报警提示（语音报警）等功能。

4 结语

随着国家对环境保护的重视，城市集中供暖已成主流，而其运行可靠性、先进性、扩展能力是系统设计优先考虑的因素。热网SCADA系统采了分布式服务器结构，能够保证在近200换热站条件下稳定运行，操作人员可以通过监控中心的操作员工作站所提供的管网和站场工艺流程的压力、温度、流量、设备运行状态等信息，对管网运行的监控和管理。因此热网SCADA系统将被视为成具有高可靠性、稳定性和灵活性系统的代表。

作者简介

杨阳（1986-），女，主要从事电气自动化控制方面工作。

徐建民（1986-），男，主要从事电气自动化控制方面工作。