1 引言
西安市自来水公司现有水厂8座，分布在市区内，供水能力164万立方米/日，供水管网1269公里，供水面积170平方公里，供水人口227万人。它实行两级生产调度和三级管理模式，即公司进行一级调度，各水厂设立一个二级调度站，各水源地为三级管理。
2 系统结构简介
公司SCADA系统选择两级调度结构，即设置一个主调度中心站和几个二级调度中心站及远程管网检测点。
主调度中心站是SCADA系统的管理指挥中心，设立在公司调度室，由以下硬件构成：数据库服务器，主/备SCADA服务器，Web服务器，通讯处理器，工程师站，大屏幕显示系统等；两套互为热备的SCADA服务器和两台MOTOROLA公司的通讯处理器MCP-T是主调度中心骨干；数据库服务器用来运行通用数据库管理系统和专用数据库管理系统。同时主调度中心采用先进的浏览器/服务器结构，配置一台Web服务器，为自来水公司的Intranet提供Web服务，使用户可以通过浏览器的方式轻松的了解系统信息。主调度中心的结构如图1所示。
软件采用Intellution公司的iFix组态软件。主调度中心还使用美国Microsoft公司的SQL Server关系数据库和美国Intellution公司的iHistorian实时历史数据库建立中心数据库。
二级调度中心站分别设置在各水厂的下属车间内，配置一台SCADA服务器和一套RTU。远程终端设备RTU（Remote Terminal Unit）是一种智能测控设备，它配置有数字量和模拟量的输入/输出模块，能通过有线网络、无线电台、专用线或调制解调器与远方设备进行通信，用于对远方设备进行监测控制，是测控系统中的关键设备。二级调度中心站用RTU 采集本水厂的数据和隶属于本水厂的远程检测点的数据，监测本水厂的运行参数，并且把一些数据上传到主调度中心。
远程管网检测点隶属于主调度中心站，配置一套RTU。它采集本地的数据，并上传数据到主调度中心。系统结构如图2所示。
3 RTU的选型
本系统选用MOTOROLA公司生产的MOSCAD系列产品，它有三种类型MOSCAD，MOSCAD-L和MOSCAD-M。三种类型的最主要区别在于可最多扩展的输入/输出模板数，它们最多可扩展模板数量分别为理论上240，3和1。考虑到工程费用和系统的可扩充性，本系统根据各点AI、DI输入量的多少，确定I/O模板多于3个的选择MOSCAD，少于等于3个的选择MOSCAD-L。MOSCAD具有适合本系统的很多特点，如MOSCAD采用MDLC通信协议，该通信协议是为无线电设备来传输大量数据而专门设计的；MOSCAD可以进行远程诊断和下载/上载；MOSCAD可以方便地进行存储/转发。
4 RTU的通讯组网
本系统有60多个管网检测点，地理位置十分分散，地域分布广泛，适合采用无线通信方式。选用美国MDS公司生产的MDS 2710A数传电台，该电台有坚固耐用，接收灵敏度高，抗干扰能力强，数据传输转换时间快的优点，并且该电台提供标准RS-232接口，可直接与计算机、RTU及PLC等数据终端连接，实现透明传输。系统使用的频率为233.900MHz，以单频半双工的通讯方式工作，功率（0.5~5W）可调。
系统采用了轮询与突发上传相结合的通讯方式。主调度中心站采用MOTOROLA公司的通讯处理器MCP-T，一种用于TCP/IP协议的MDLC网关。主调度中心站每3min轮询各水厂和远程管网检测点并获得该检测点的数据（每3s一个检测点），不论该数据是不是发生了变化；二级调度中心站采用了现场接口单元（FIU）作为通信处理器和数据采集器，FIU一方面通过无线网络响应主调度中心MCP-T的召测，上传本厂的工艺参数和设备运行状况事件，另一方面轮询本厂的远程检测点，并获得现场的工艺参数和设备的运行状况。如果本厂检测到的压力、流量、液位等超过报警限值，则采用突发上传的方式，把数据及时送给主调度中心和二级调度中心；管网检测点响应主调度中心站的召测，把现场的工艺参数及设备运行情况传送给主调度中心，如果检测到压力、浊度等发生了很大的变化，则采用突发上传的方式把数据及时传送给主调度中心。
准确、畅通的通信是SCADA系统功能实现的保障，特别是在采用无线通讯方式的西安市自来水公司SCADA系统中。笔者在设计阶段进行了场强测试，由于西安市南面、西面高，东面、北面低，而自来水公司调度室又在西安的西面这一实际情况，造成东面、北面较偏僻的水厂和管网检测点的场强和信噪比很低，通信不能保证，这给整个系统的实施带来困难。笔者初步确定两种解决方案：
(1) 在自来水公司调度室架高塔，所有点直接和主调度中心通信；
(2) 在北面和东面选择现有的信号比较好的管网检测点，通过中继的方式把数据转发到主调度中心。
MOSCAD系列产品具有存储/转发功能，即RTU从其他RTU接收数据，把数据保存在内存中，当通道空闲时，再把数据转发到主调度中心。任一个RTU通过正确的配置都具有存储转发功能，而且只需把定向天线换成全向天线，该点就可以成为中继点。由于第二种方案费用低，组网灵活，本系统确定采用第二种方案。但对实时监控系统，轮询时间是一个很重要的参数，经过实际的应用，经过一次中继传送数据的时间是没经过中继传送数据时间的1.2~1.4倍，系统轮询时间能够符合要求。
5 RTU的软件设计
MOSCAD系列产品提供了编程工具软件TOOLBOX，它提供了软件诊断、通道测试、硬件测试、MDLC协议分析等功能，还提供了C TOOLKIT软件，可以支持C语言开发应用程序。
在本系统的程序设计中，主要有以下几个功能模块：
(1) 本系统采用了轮询和突发上传相结合的通信方式。二级调度主站每3min轮询其所属子站获取数据。子站在测量数据超过临界值时或检测到硬件错误时将突发上传。二级子站通讯模块程序的流程图如图3所示。
(2) 报警记录，事件记录以及一些带时标的参数都需要写入主调度中心的数据库中。因此，所有的远程管网检测点及各水厂都必须有精确的时间，并能与主调度中心RTU 同步。本系统在每个整点时，主调度中心将对所有的RTU进行一次时间同步。
(3) 流量累计和压力累计及平均压力对供水调度有重要的意义。本系统用如下方式处理：流量计每流过单位体积的水量就输出一个脉冲信号（脉冲宽度可调），当RTU捕捉到脉冲信号，就触发一个事件，累加相应的变量，再乘以单位流量，就是累计流量。RTU扫描一次压力数据，就把这个压力数据累加到一个变量上，同时压力次数变量加一，当整点时求一次平均压力，并把两个变量清零。
6 RTU的安装
由于RTU工作环境恶劣，为了保证RTU的正常工作，本系统对RTU的安装采取了以下措施：
(1) 将RTU安装在坚固的机箱内，防尘，防水。机箱表面做了良好的处理，以防生锈，腐蚀，使表面处理层牢固。
(2) 对于RTU的交流供电单元，本系统用空气开关进行瞬时过载保护，短路保护等。机箱内装接地母线和接地端子。
(3) 在RTU箱内设置避雷设备，如交流电源输入避雷保护器，传感器信号线避雷保护器，传感器电源避雷保护器等。
(4) 铁塔安装避雷针，并敷设避雷接地网。避雷接地网接地电阻<4Ω，设备接地电阻<10Ω。
