【摘 要】 遼河油田供水公司水源井分布在油田各個生產生活區域，針對供水公司對水源井生產數據實時性、可操控性的要求，采用以數據采集板RTU為現場采集核心，實時采集水泵壓力、溫度、流量，以及電機電參量等現場生產數據，通過GPRS網絡傳送到監控中心服務器，對數據進行接收處理。經過SCADA系統一年的實地運行，在數據的穩定性、實時性、準確性等方面均達到了設計要求，為供水公司的安全穩定生產提供了保障。
【關鍵字】 SCADA,數據采集，RTU，GPRS，監控
1 概述
遼河油田供水公司承擔著遼河油田生產、生活用水的取水、處理、輸送、監測等工作，生產單元非常分散，尤其是大量的水源井、水源站、用戶和龐大的給水、供水管網分散在整個遼河油田的礦區和盤錦市區內。采用原始的人工抄表、人工巡檢的工作方式，導致數據監測、匯總和應急處理能力的嚴重滯后。基于上述原因，為提升供水公司生產運行調度指揮能力，保障設備、管網安全運行，提高工作效率等，根據客戶的需求研發了一套生產遠程實時監控系統。
2 遠程監控系統的監控對象和主要功能
2.1 供水遠程監控系統的監控對象
監控對象是供水公司所屬水源井、水源站，集中監控的內容包括：
1）水源井監控：水源井口的出水壓力、溫度、瞬時流量、累積流量，電機設備的啟、停狀態、三相電壓、三相電流、功率等生產數值，電機設備的遠程啟停。
2）水源站監控：水源站出水壓力、溫度、瞬時流量、累積流量、儲水罐液位，電機設備的三相電壓、三相電流、功率等生產數值，電機設備的遠程啟停、設置電磁閥開度。
3）安防監控：在每個水源井、水源站內安裝紅外報警器、門禁報警器、箱禁報警器、斷電報警器，報警信息通過本系統上傳至監控中心。
2.2 供水遠程監控系統的主要功能
供水遠程監控系統具有如下功能：
1)數據采集：對水源井、站的實時生產數據進行輪巡采集，采集間隔設成10秒。
2)數據處理：現場數據經由通信網絡送到網關軟件接收，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）采集軟件對接收到的數據進行顯示、存儲。根據生產要求將數據生成報表和曲線，SCADA采集軟件對數據進行數值判斷，超出設定閥值的數據進行報警處理。
3）用戶安全管理：監控系統設有三級用戶，第一級用戶擁有瀏覽和反控全部水源井、站數據的權限，第二級用戶擁有某一供水工區內的數據瀏覽和反控權限，第三級用戶僅擁有某一供水工區內的數據瀏覽權限。
3 遠程監控系統的工作原理
3.1 系統工作原理
安裝在水源井現場的傳感器將各種物理信號轉換成數據采集單元（RTU）能夠識別的標準工業信號，由RTU將生產數據打包成Modbus協議，經DTU通過GPRS網絡將現場數據上傳到通信網關服務器。 為了提高采集效率，對聯合站水泵組的監控還要增加SCM-2管理器。SCM-2下端可以連接254臺以內的RTU，每臺RTU又可以單獨的采集各種生產數據，上端以RS485總線與DTU相連，實現通過一個SCM-2 設備管理底端多個RTU設備，減少逐一輪巡RTU而造成采集效率低下的問題。現場安裝的流量計帶有HART協議輸出，使用HART-MODBUS協議轉換模塊將流量計采集到的瞬時流量、累積流量轉換成MODBUS協議，再由DTU將數據上傳到通信網關服務器，通信網關軟件將Modbus協議的數據解析成現場裸數據，并對這些裸數據進行處理、存儲和顯示。
系統監控原理圖見圖1。
3.2 系統軟硬件選擇及功能
3.3.1 硬件系統
1）在線儀表：壓力、溫度、液位傳感器負責將壓力、溫度、液位的物理信號轉換成標準的4~20ma的工業信號，門禁、紅外傳感器以開關量的形式輸出，電流互感器以5：100的變比將現場0~100A的電流轉換成0~5A的標準信號。這些信號再以二線制的形式連接到RTU的AI、DI、Ix、Ux端口,RTU的DO端口并聯在啟停按鈕上，實現遠程的電機啟停功能。
2）數據采集單元（RTU, Remote Terminal Unit）：負責采集傳感器送來的標準工業信號，再將這些信號以modbus協議打包成數據包。本監控系統采用的RTU分兩種類型，SC-112負責采集4~20ma的工業信號, 采集門禁、紅外傳感器的開關量的輸出信號，負責控制電磁閥開度的輸出信號。SC-101負責采集電機的電參量，控制電機的啟停。
3）數據傳輸單元（DTU, Data Terminal unit）：RTU和流量計與DTU模塊通過RS485總線連接，DTU模塊將MODBUS協議數據在TCP／IP上承載，DTU模塊登錄上GSM網絡后，自動連接到數據監控中心，向數據監控中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接。監控中心通信主機上安裝通信網關軟件，數據監控中心擁有固定的公網IP地址。這樣，監控中心通信主機和DTU模塊之間就可以通過IP地址用TCP／IP協議進行雙向數據通信。
4）中心服務器單元：監控中心通信主機接收DTU上傳的現場數據，將Modbus協議的數據解析成現場裸數據，再由SCADA采集服務器對數據進行存儲、顯示、處理，WEB發布服務器提供監控終端的數據顯示和數據操作。
3.3.2 軟件系統
1)通信網關軟件：負責管理現場DTU設備，維護GPRS通信鏈路的穩定，遠程接收DTU透傳上來的生產數據，將這些數據通過虛擬串口轉發給SCADA服務器。
2）SCADA采集軟件：采用虛擬串口技術讀取通信網關軟件送來的實時數據，該軟件完成與遠程各GPRS采集點間的命令頒布、執行和接收諸事件，具有完全分布式C/S和B/S結構，可以方便靈活的組成分布式網絡結構，實現數據的顯示、曲線顯示、報表生成、數據打印、用戶管理、參數設置、軟件冗余，還可以模擬顯示電機的運行狀態、儲水罐液位，操作人員可以通過這些界面全面掌握系統運行情況，本系統的監控主界面如圖2所示，實時數據如圖3所示。（其他界面如曲線、報表略）
該軟件擁有開放式軟件接口，通過ActiveX控件能夠實現視頻監控（視頻與現場數據聯動）、GIS（Geographic Information System）等功能，ODBC Router插件能夠實現與Oracle、SQL Server2000、Sybase等關系型數據庫連接，將采集的數據轉存到關系型數據庫或從數據庫中讀取數據。
3）WEB發布軟件：負責對終端用戶的驗證與管理，以IE網頁形式提供給終端用戶使用，最大支持256用戶的同時在線瀏覽數據。
4 系統組網方式
供水監控系統網絡由RS485工業總線，GPRS無線傳輸網絡，中心以太網絡三部分組成。組網框圖見圖4。
4.1 RS485現場工業總線
RS485工業總線為二線制傳輸，具有抗干擾強、傳輸距離遠特點，廣泛應用在工業控制領域。RS485處在通信網絡的的物理介質層和鏈路層，它負責承載各種協議數據，如modbus,hart,profibus等。本系統的RTU就是以RS485為接口載體，傳輸現場數據。
4.2 GPRS無線數據傳輸網絡
由于供水水源井、站分布廣泛，所以最經濟、穩定的通信方式就是采用GPRS網絡傳輸數據。GPRS是一種基于數據包的無線通信服務，按GSM標準定義的封包交換協議，可快速接入數據網絡。它在移動終端和網絡之間實現了“永遠在線”的連接，網絡容量只有在實際進行傳輸時才被占用。
GPRS供水遠程監控系統具備如下特點：
1、實時性強： 由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個數據采集點的數據。可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。
2、通過GPRS雙向系統還可實現對電機設備進行遠程控制，進行開關控制操作。
