無線通信SCADA系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用

1 SCADA系統(tǒng)的特點

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)即監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是以計算機為基礎(chǔ)的監(jiān)測控制與調(diào)度管理自動化系統(tǒng)，能實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號報警等各項功能，可廣泛應(yīng)用于電力、水利、石油、化工、環(huán)保和市政等眾多領(lǐng)域。

SCADA系統(tǒng)一般采用分散式測控、集中式管理的方式，整個系統(tǒng)由監(jiān)控中心、若干個分散的遠(yuǎn)程測控終端RTU（Remote Terminal Unit）和通信介質(zhì)三部分組成。監(jiān)控中心又稱主站，是SCADA系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制管理整個系統(tǒng)的運行；RTU又稱外圍站點，是采用微處理器或DSP的可獨立運行的智能測控模塊，完成各種遠(yuǎn)端現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理、現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的控制以及與遠(yuǎn)程控制中心的通信，具有易擴展性和易維護性特點；通信介質(zhì)根據(jù)實際需求和應(yīng)用對象的不同多種實現(xiàn)方式，下面稍作分析。

2 通信介質(zhì)的選取

數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)分為有線和無線兩類。有線傳輸方式如：電力線載波、RS-485現(xiàn)場總線和PSTN公用電話網(wǎng)等。無線傳輸方式如：VHF/UHF無線電臺 、ISM擴頻電臺、GSM移動電話網(wǎng)以及衛(wèi)星通信網(wǎng)等。每種方法各種其特點。

電力線載波利用現(xiàn)有的供電線路不需另鋪專用通信線路，但電力線固有干擾較大，且載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域內(nèi)傳送，通信跟蹤較短；RS-485現(xiàn)場總線具有通信效率高、可靠性好等優(yōu)點，但用于大容量系統(tǒng)時鋪設(shè)專用線路工程造價太高。

PSTN公用電話網(wǎng)和GSM移動電話網(wǎng)的初期投入費用少，無盲區(qū)覆蓋，但日積月累的運營費用極高；ISM（工業(yè)科學(xué)醫(yī)療用途）頻段的擴頻電臺（2.4GHz）及微波（4GHz以上）可用于遠(yuǎn)距離、高性能傳輸，但價格昂貴。

VHF/UHF無線電臺：傳輸距離較遠(yuǎn)，只需維護費用而無運營費用，系統(tǒng)使用及站點擴展很方便，尤其適用于大容量分散式SCADA系統(tǒng)，其性能價格比高，但必須向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部分申請相應(yīng)頻點才可使用。

由此可見，有線與無線方式各有利弊，有線通信的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，但?dāng)RTU分散時測控系統(tǒng)輔設(shè)專用線路造價過高；而無線通信則在大容量SCADA系統(tǒng)中優(yōu)勢明顯。城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)正是采用VHF/UHF無線電臺通信方式，已在南京、福州、長春等省會城市連續(xù)常運行幾年且客戶反映好。實踐證明，只要解決好數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃@一關(guān)鍵問題，就能保證整個無線通信SCADA系統(tǒng)正常可靠運行。

3 城市路燈無線通信SCADA系統(tǒng)的設(shè)計

該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成：監(jiān)控中心、若干個外圍站RTU及VHF/UHF無線電臺進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。監(jiān)控中心選用TAIT 855/856基地臺，外圍站選用Motorola GM300車載電臺。城市路燈無線通信SCADA系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1 監(jiān)控中心組成和功能

城市路燈無線通信SCADA系統(tǒng)的控制中心主要由主控機、后備機、服務(wù)器、大屏幕多媒體投影機、電臺、鐵塔及天線等組成。

主控機與服務(wù)器按Client/Server結(jié)構(gòu)連網(wǎng)。主控機作為系統(tǒng)的客戶機，由一臺Intel工控機構(gòu)成，用VB語言編程，主要功能實現(xiàn)人機界面并通過無線Modem與電臺連，向RTU發(fā)送控制指令，接收返回的檢測數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)。為提高系統(tǒng)的可靠性，在該系統(tǒng)中采用另一臺Intel工控機作為后備機對主控機進(jìn)行備份。

用一臺IBM服務(wù)器作無線通信SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，RTU采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)主控機處理后存放在數(shù)據(jù)服務(wù)器中，其它管理系統(tǒng)經(jīng)授權(quán)可以直接訪問該服務(wù)器，很容量實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享。

監(jiān)控中心主要完成以下功能：

（1）大屏幕多媒體投影機動態(tài)顯示SCADA系統(tǒng)中每一個RTU在城市地圖中所處位置及該站點的工作狀態(tài)和實時參數(shù)（包括各條線路的交流電壓、電流、功率、電度表讀數(shù)、亮燈率等）。

（2）根據(jù)該城市所處經(jīng)糾度及日出日落時間，制定出對應(yīng)全年的每日開/關(guān)燈時間曲線以實時控制路燈的通/斷；另外可由控制人員結(jié)合具體情況，修改開/關(guān)燈時間，并傳送給RTU以進(jìn)行控制。

（3）定時巡檢/定點檢測RTU，并通過無線Modem獲取RTU返回的開關(guān)狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)及報警碼。

（4）在巡檢過程中，若發(fā)現(xiàn)故障或參數(shù)越限，可進(jìn)行聲光報警，并在大屏幕上動態(tài)顯示以該站點位置為中主的放大地圖及相應(yīng)的工況、實測數(shù)據(jù)及故障形式。

（5）具有節(jié)省能源功能，實行全夜燈/半夜燈兩種工作方式，由控制人員針對每條線路決定是否采用半夜燈方式及任意調(diào)節(jié)半夜燈的起止時間。同時還具有防竊電監(jiān)測功能：當(dāng)檢測到某一支路電流值大于正常運行值時，若同一RTU中其它支路電流值正常（表明A/D芯片工作正常），則該支路存在竅電現(xiàn)象。

（6）采用虛擬儀表方法顯示電壓表、電流表、電度表等儀表形狀，利用VB控件Meter在儀表盤上直觀顯示模擬數(shù)據(jù)量的動態(tài)變化。

（7）定時對所有RTU進(jìn)行校時，確保外圍站時間準(zhǔn)確性。

（8）數(shù)據(jù)處理、存儲及報表打印功能。