摘要：本文主要介紹了目前供水行業SCADA的應用現狀等，詳細討論了一體化技術的特點、發展趨勢及設計時應注意的問題。
關鍵詞：Web Infranet Intranet Internet SCADA
隨著社會經濟的發展，水對人民生活與企業生產的影響日益加強，對供水的質量與安全可靠性的要求不斷提高，人們也更加重視降低供水系統的能耗。針對上述問題水行業目前普遍采用的SCADA管理系統已遠遠的不能滿足人們的需求，尤其在應用的過程中SCADA管理系統主要存在：
1、統開放的局限性
早期SCADA系統，由于沒有通訊規約的統一標準，使各個不同廠家的設備不能實現信息交流。
2、可操作性與互用性的局限性
受系統平臺和軟件的制約，很難實現互連設備間、系統間的信息傳送與通訊，不同生產廠家的性能類似的產品不可互相替換，使各儀表之間采集的數據處于孤島狀態。
3、現場設備的選擇與功能的局限性
應用的傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等是分散到各現場設備中完成，由于采用的通訊傳輸方式是單工傳送，因此有傳輸時延大，傳輸距離短等缺點；同時又受軟件開發工具的限制，只能實現一些基本功能。
基于以上情況，本文探討采用基于Web和自動化組態軟件及“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術，完善水行業SCADA管理系統是在今后應用中的最新模式；本文重點討論了一體化技術的特點、發展趨勢及設計時應注意的問題。
一、水工業的應用現狀
現代化城市供水體系實現全公司及水廠的信息管理MIS系統，首先要強化生產及管網的監控及數據采集SCADA的功能和長期穩定性，這是MIS系統的基礎信息源和數據庫。根據目前自動控制設備和計算機技術的發展現狀，實現三遙監控SCADA系統的理想硬件模式就是：檢測儀表+單片機（PLC）+數傳電臺+計算機，現階段這種模式應比較穩定，特別是管網端站。
目前水司自動化模式的應用現狀大致可分為：SCADA系統(Supervisory Control And Data Acquisi-tion)，DCS集散型控制系統(Distributed Control System)，IPC十PLC三種類型。
1、SCADA系統
SCADA系統是由一個主控站(MTU)和若干個遠程終端站(RTU)組成，MTU與RTU之間用物理鏈路層或數據鏈路層聯系，該系統特點：
(1)組網范圍大，通訊平臺靈活，可實現一個城市或地區這樣較大的地理分布的監測和控制。通訊方式可采用無線/有線或微波通訊；
(2)系統分為主控機和遠程機兩部分，RTU的控制較固定，處理能力較小；(3)MTU或RTU通過通訊接口進行協議變換后可與其它網絡鏈接，可以組成較大、較復雜的通訊網絡；
(4)系統實時性較低，對大規模和復雜的控制實現較困難。
2、DCS系統
DCS系統是由多臺計算機和現場端機組成。通過網絡將現場控制站、檢測站和操作管理站、控制管理站及工程師站聯系起來。共同完成分散控制和集中操作。管理的綜合控制系統特點：
(1)采用分級，分布式控制；
(2)在物理上實現了真正的分散控制，系統可靠性較高；
(3)有較好的擴展能力；
(4)系統的軟硬件資源豐富，可適應各種要求；
(5)響應時間較快；實時性較好；
(6)應用軟件的編程工作量較大，對開發和維護人員要求較高，開發周期長。
DCS系統具有較高的可靠性及良好的擴展能力，他注重功能分散以求危險分散，他可根據用戶管理體系的需要和用戶功能要求，組成層次化(縱向分散)和功能化(橫向分散)的各類系統，借助于網絡技術，完成縱向和橫向的通信，或向最上層的管理機構通信。在軟件方面，有面向過程控制用的支持軟件和功能軟件包，以便于過程控制工程師擺脫軟件人員而獨立編程(生成應用程序)。
3、IPC十PLC系統
該系統是IPC和PLC組成的分布控制系統，可實現DCS系統的功能，其性能已經達到DCS要求，而價格比DCS低的多。開發方便，在國內水廠自動控制中得到最廣泛的應用。該系統特點：
(1)可實現分級分布控制;
(2)可實現集中管理分散控制的功能，將危險分散，大大提高了系統的可靠性；
(3)可靠性高，組網方便；
(4)編程方便，開發周期短，維護方便；
(5)系統內的配置和調整非常靈活；
(6)與工業現場信號直接相連，易于實現機電一體化；
(7)系統分布不大。
由于DCS系統運行可靠性高，能實現中心控制室、現場監控子站和就地控制的分級控制，結構模塊化，擴展靈活，結構開放，組網能力強等優越性，而被眾多水廠采用。
二、基于Web及“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術的特點
進入90年代以來，基于Internet(國際互聯網)的Web應用技術爆炸性發展，同樣也引發了工業控制領域深刻的技術變革——這一領域的專家們長期追求的以實現“企業綜合自動化”為目標的“管控一體化”工業流程生產集成解決方案所面臨的各種所謂技術標準化問題、用戶程序可移植性問題、系統功能可伸縮性問題、控制設備互操作性問題等等，似乎都已找到了一個已既成事實的解決方法——這就是在全球范圍內得到廣泛而深層次成功應用的基于TCP/IP協議的網絡技術和基于WWW協議的Web技術——也就是說，組成“企業綜合自動化”的企業MIS(管理信息系統)和企業生產過程SCADA都以TCP/IP和Web技術為基礎，實現了企業“管”、“控”數據流之間無縫連接，“管控一體化”解決方案變得簡捷和現實可行，產生了以開放性、網絡化為特征的立足于Web和“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術的應用可靠成熟的SCADA系列產品，其主要特點表現在如下幾個方面：
1.微電子集成技術的進一步發展促使微機、工作站、服務器等計算機設備以及PLC、智能儀表等控制器設備在硬件上相互兼容，在性能上完全可以滿足Web技術應用的條件。
2.網絡技術：基于TCP/IP協議實現現場總線、非標準控制網絡和信息網絡的透明互連，并最終形成“Infranet+Intranet+Internet”一體化。
3.操作系統：主要由Unix、Windows-NT及Linux構成相互透明的大系統操作平臺。
4.數據庫：企業MIS數據庫和生產過程實時數據庫無縫互連，并成為SCADA的核心功能之一。
5.基于Web技術的分布式人機界面(HMI)功能。
·在Infranet層——由實時數據庫、Web服務器、操作臺瀏覽器等組成，主要完成生產過程的實時監控功能；如果實時數據庫、Web服務器、操作臺例覽器等都基于同一臺計算機設備，則可稱為Web嵌入式控制系統——這也是當前機電一體化設備控制系統的發展模式。
·在Intranet層——由數據庫服務器、Web服務器、辦公用戶瀏覽器等組成，主要完成生產過程的實時監視功能和企業數據的管理功能。
·在Internet層——由企業Internet網站和用戶瀏覽器(如家用微機等)組成，主要完成遠程數據交互功能和向城市居民公布給水工況及處理結果。
6.編程軟件：控制系統的編程軟件同樣經歷了從最初的語句系列、面向對象的結構化程序，到工業控制組態軟件的發展過程；隨著Internet的發展，由Microsoft公司基于Windows操作系統所提出的COM（Component Object Model）、 DCOM(Distributed Coponent Object Model)、ActiveX等概念事實上引導著世界計算機軟件產業界的編程思想和方法，在工控領域這種概念的一個重要成果就是OPC(OLE for Process Control，過程控制中的對象嵌入技術)技術規范。基于OPC技術，從傳統的“組態軟件”概念，發展到了已有成熟產品的“組件軟件”概念。
7.與地理信息管理系統GIS(Geographic Information System)的接口：鑒于GIS在市政管理中日益重要的作用，作為市政系統一部分的城市給水體系，通過Internet，實現其SCADA與市政GIS的在線連接具有重要的意義。
三、在Web平臺下，用 “Infranet+Intranet+Internet”一體化技術是完善當前水工業SCADA管理系統的最新模式
從工程控制的角度看，城市供水體系是一個直接由城市人群生產生活過程產生的、物理位置分散、分布時變參數多、生產過程及結果透明度高的開放型大系統。系統設計、軟硬件設備選型都要堅持開放性原則——在目前以“信息化、全球化、以人為本”為標志的知識經濟時代，這不僅是當前儀表自動化產業的發展規范，也是降低綜合成本(主要是設備成本和人工成本)的有效措施——只有堅持全開放性原則，充分利用各種社會資源(通訊資源、人力資源、技術服務資源等等)，才能節省投資。根據以上的技術特點，基于TCP/IP網絡協議和Web應用技術的SCADA結構模型（見圖1），可從三個方面描述：
1.網絡拓撲結構：Infranet+Intranet+Internet：
·面向工廠控制設備的現場總線及工業控制網絡層——
Infranet(Infrastructure Networks)；
·以“實時數據庫管理”和“人機操作界面”為主要內容的企業內部互聯網層——Intranet(Intra-Networks)；
·以實現“遠程人機交互”為主要內容的國際互聯網層——Internet(International Networks)；
2.數據庫分布結構：企業管理數據庫+生產實時數據庫；
3.HMI(Human-Machine Interface：人—機界面)分布結構：
4.生產工況監控+數據庫管理。
支持TCP/IP協議以實現三層網絡無縫互聯，應用Web技術實現“企業綜合自動化”，是當前SCADA發展的主要方向，國際上一些著名的工控領域軟硬件制造商、系統集成商如：Rockwell、Siemens、Foxbro、Fisher-Rosemount、Schneider、Intellution、Wanderware、PC-Soft等等最近2、3年中所推出的基于“整體自動化”和“工廠自動化”概念的各種系列產品基本上都是這種結構的典型范例和事實“標準”，并且在發達國家城市供水體系中得到了廣泛應用。綜上所述，基于Web平臺下開發及應用 “Infranet+Intranet+Internet”一體化技術是當前完善供水SCADA管理系統的發展趨勢
四、基于Web平臺下，設計“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術時應注意的問題
基于Web平臺下，用“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術進行開發設計時應注意：
1、應對現有的SCADA系統進行客觀的分析，充分調研該系統是否滿足用戶需求、業務需求、功能需求，然后編寫詳細的需求說明書；最后確定建設目標，完成系統設計方案。
2、系統采用的技術盡可能是當前的先進技術，但這些技術應是經過考驗、即是成熟的。在系統設計時，必須采用統一的技術標準、統一設備選型。
3、在選擇系統平臺時，應選用開放性、兼容性、互移性、安全性好的系統平臺。在Web平臺下，“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術分三層，即基于TCP/IP協議集通向遠程監控計算機的Internet體系結構為骨干層；基于TCP/IP協議集的企業內部網絡Intranet體系結構為核心層；基于Profibus—DP協議集的水廠監控網絡RS—232/485體系結構為應用層；這樣完全可以實現企業內部用戶通過Intranet訪問Internet。
4、在選用計算模式時，應選用系統穩定、維護量小的計算模式，采用B/S（瀏覽器/服務器）（Broswer/Server）計算模式是比較好的選擇。因為它于客戶機/服務器（C/S）計算模式相比，B/S結構是一種平面型多層次的網狀結構，最主要的特點是B/S結構與軟、硬件平臺的無關性，所以瀏覽器、Web、Server、Java、HTML以及數據庫資源都可以做到與軟、硬件平臺無關。
5、在選用應用軟件開發工具時，應選用可用性、開放性、可擴展性、安全性好的開發工具。后臺服務器軟件開發工具可選用SQL 2000平臺進行開發；前臺客戶端軟件開發工具可選用Visual Basic 7.0和Java平臺進行開發；這樣可以使前后臺連接比較穩定，前臺主界面是具有動感畫面的網頁界面，在使用時，只要把鼠標放到要點擊的位置，點擊一下便可擊活。
參考文獻：
①繆學勤.現場總線技術最新進展與我們的對策［A］.工業儀表與自動化學術會議論文集［C］.2000
②郭鳳文，水工業自動化控制技術的發展趨勢 《中國給水排水》2001年 第3期
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