系统解决方案 ＭＯＳＣＡＤ系统在城市供水调度中的应用 陈健鑫 ，周力尤 （１．广东工业大学，广州５１０００６；２．广州铁路职业技术学院，广州５１０４３０） 摘要：在介绍城市供水系统的工艺特点的同时，阐述了ＭＯＳＣＡＤ系统的组成及性能特点，说明用ＭＯＳＣＡＤ构建城 市供水调度系统是一个良好的解决方案。 关键词：城市供水；调度系统；ＭＯＳＣＡＤ系统；ＭＤＬＣ协议 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＯＳＣＡＤ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｊｉａｎ－ｘｉｎ １，２ＺＨＯＵ Ｌｉ—ｙｏｕ２ １ （１．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅ￣ｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｕａｎｇｚｈｏ￣ＩｎｓｉｔｔｕｔｅｏｆＲａｉｌｗａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇ￣ｎｇａｌｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｒｂａｎＷａｔ￣￣ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＭＯＳＣＡＤ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｅｘｐｌａｉｎｓｉｔｉｓ ａ ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈａｔｕｒｂａｎｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｓｏｎＭＯＳＣＡＤ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｒｂａｎ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ＭＯＳＣＡＤ；ＭＤＬＣ ０引言 城市供水系统具有调度模式多样化、地域分布 广、水源的关联性高、实时性强以及现场环境复杂等工 供水系统的规模是按城市的最大需水量进行设计 艺特点。这些特点对供水调度的自动化提出了很高的 和配置，其通常工作在非满负荷状态，这种“静态”设计 要求。因此，建立起一个能全面监测和管理供水管网， 和“动态”运行的特点，容易造成以下情况：在需水量大 并且使其科行的管网调度系统是十分必要的，更 的时候，系统的供给能力不足，造成缺水；而在需水量少 是必不可少的。 的时候，供给能力过剩造成浪费。特别是在输配水环节 中，矛盾更加突出。调度自动化是解决矛盾的有效手段。 ２ ＭＯＳＣＡＤ系统的组成及特点 “动态”与“静态”的差距越大，自动化的效果就越明显。 ＭＯＳＣＡＤ系统是摩托罗拉公司设计、生产的最新 一１城市供水系统的工艺特点 代ＳＣＡＤＡ系统，它将先进的计算机技术、工业控制 技术、显示技术、通信技术（有线通信、无线通信和微波 城市给水系统一般由取水设施、净水厂、送水泵 通信等等）紧密地结合在一起，采用先进的计算机网络 站（配水泵站）和配水管网构成。给水系统从水源地取 体系结构一一客户机／服务器，利用先进的网络设备 水，送人净水厂进行净化处理，经泵站加压，将符合国 和网络互联技术设计而成。该ＳＣＡＤＡ系统具有合理的 家水质标准的清洁水通过配水管网送至用户。城市给 网络结构、较好的扩展能力和升级能力，为用户提供了 水系统通常是由若干座净水厂向配水管网供水。每座 长期的投资保护。 净水厂的送（配）水泵站设有数台水泵（包括调速水泵）， ＭＯＳＣＡＤ系统集中了ＰＬＣ系统的现场测控功能强 根据需水量进行调配。此外，某些给水区域内的地形和 和组网通信能力强这两大优点，其信道既可配有线通 地势对配水压力影响较大时，在配水管网上可设有增 信系统又可配无线通信系统，性价比高，而无线通信系 压泵站、调蓄泵站或高位水池等调压设施，以保证为用 统尤为适合于地域广阔的应用环境。 户安全可靠低成本地供水。 ＭＯＳＣＡＤ产品的核心是３２位ＣＰＵ和３２位数字协处 城市给水系统的调度工作主要是及时掌握各净 理器，具有极强的运算处理能力。它集完备的本地测控 水厂送水量、配水管征点运行状态，根据预定配水 功能和完善的网络通信功能于一体，其独特的网络通 需求计划方案进行生产调度，并且进行给水需求趋势 信协议（ＭＤＬＣ）能保证在极其恶劣的电磁环境中十分 预测和管网压力分布预期估算与、水厂运行宏观 可靠地通信。其环境适应性、系统可靠性皆按军标要求 等。 设计，代表着ＳＣＡＤＡ系统的发展方向。 作者简介：陈健鑫（１９７８．），讲师，研究方向为电气自动化。 ２．１ Ｍ０ＳＣＡＤ系统的组成 收稿日期：２０１０．０２－０５ 一般说来，ＭＯＳＣＡＤ系统由ＳＣＡＤＡ监控中心、通 自动化应用ｌ ２０１０ ５期 ３ 系统解决方案 信网络（有线、无线、光纤、扩频、微波、卫星等）和远程 终端单元（ＲＴＵ）３部分组成，如图１所示。 中心站 远程终端单元 通信 ．Ｉ ——Ｉ＿ ～■◆ 图１ ＭＯＳＣＡＤ系统的组成 中心站是一个网络化的调度平台，Ｒ Ｔ ｕ是 ＭＯＳＣＡＤ系统最基本的一级控制系统，所有被监控的 现场都配有一套ＲＴＵ。监控中心（站控中心）通过ＲＴＵ从 现场测量装置采集所有参数、信息和对现场设备进行 控制和调整。根据需要将采集的参数和信息传送至监 控中心（和站控计算机），同时接受来自监控中心的远 程控制指令对站场进行控制。ＲＴＵ具有的运行能 力，当ＲＴＵ与监控中心通信中断时，不影Ｉ］￣ＲＴＵ的数据 采集和控制功能，当计算机发生故障时，ＲＴＵ也能 完成全部功能。 监控中心与ＲＴＵ的通信采用异步轮询结合突发上 报方式，轮询周期可调。同时，也可以通过监控中心的 ＭＣＰ．Ｔ，利用ＭＯＴＯＲＯＬＡ的编程工具箱对ＲＴＵ远程诊 断，组态和编程。 ２．２ ＭＤＬＣ协议的特点 ＭＤＬＣ协议是摩托罗拉公司优化设计用于ＳＣＡＤＡ 系统的一种数据通信协议。ＳＣＡＤＡ系统工作于无线、 有线、本地网等各种通信媒体，为了在这些不同的媒体 中都能获得可靠和高效的通信效果，ＭＤＬＣ协议被设 计成符合国际标准化组织（ＩＳＯ）的开放系统互联（ＯＳＩ） 七层模型的通信协议，它优化了主计算机和ＲＴＵ之间 在无线及其它通信媒介上的数据传输。 ＭＤＬＣ协议有如下特点： （１）存储／转发功能：ＲＴＵ接收其它ＲＴＵ发来的信 息，将它们存储在自己的ＲＡＭ中，等信道空闲时向其 它ＲＴＵ或中心站转发出去，转发路径由程序设定。对于 那些中心站无线覆盖不到的ＲＴＵ，可以借助其它ＲＴＵ 实现与中心站的可靠通信。 （２）远距离数据上装／下载及诊断：可在中心站或 ＲＴＵ对系统中的任何ＲＴＵ进行定义组态软件和应用软 件的下载，并可对其进行软、硬件诊断。 （３）在同一物理媒介上允许有多个逻辑信道，因 而可以保证高效的数据传输，允许同时主一Ｒ Ｔｕ、 ＲＴＵ一主及ＲＴＵ—ＲＴＵ的会话，减少了通信媒介的负 担。 （４）ＭＤＬｃ协议支持ＲＴＵ数量达６５０００个。在数据传 ４ ｛、＾，、＾ｎ＾／．ａｕｔｏ—ａｐｐｌｙ．ｃｏｍ ｌ自动化应用 输过程中，能根据传输质量的好坏实现变帧长传输。 （５）ＣＲＣ校验使得数据通信误码率小于ｌ０～。 ２．３通信网络的功能 （１）轮循：中心站ＭＣＰ．Ｔ定时循环查询所有的ＲＴＵ。 轮循周期可根据需要设定，也可由ＳＣＡＤＡ界面实时修 改。 （２）突发传输：ＲＴＵ在检测到异常数据或异常状态 时，不需要等待中心站的轮循，主动用突发传输的方式 及时将数据或状态上报中心站。 （３）存储转发：当系统中某些ＲＴＵ由于各种原因 （如距离太远、高大物体遮挡等等）不能直接与中心站 进行通信时，可通过其他测点的ＲＴＵ将数据转发给中 心站而不影响其本身的功能。这种转发无须使用另一 频率，是ＭＯＳＣＡＤ系有的特点之一。 （４）数据补全功能：终端具备数据补全功能，即在 终端掉电的情况下能够依靠本身的备用电源采集数 据并保存起来，保存期不低于４８ｈ。在恢复供电之后应 将保存的数据尽快送回主站保存并补齐所欠缺的有 关数据。 （５）随机点测：在中心站，用户可随机点测任一 ＲＴＵ的实时数据。 （６）ＲＴＵ之间的数据传输功能：能实现从一个ＲＴＵ 到其他ＲＴＵ之间的信息通信。 ２．４ ＭＯＳＣＡＤ系统的主要特点 （１）ＲＴＵ及通信网关的本地智能化、模块化、标 准化：以ＭＯＴＯＲＯＬＡ ６８３０２为基础的多协议处理器， 备有多种通信接口；支持多ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、ＲＴＵ的冗余配 置，支持复杂运算，￣ＵＰＩＤ调节、ＡＧＡ计算等；Ｉ／Ｏ模块 均有光隔离、电激励、磁锁存继电保护，且输入、输 出端子均经过防雷击、防爆、防浪涌处理；符合欧 洲、北美等工业标准，如ＩＳＯ、ＩＥＣ、ＩＥＥＥ、ＥＩＡ、ＩＳＡ、 ＦＭ，且符合美标（一３０－＋６０℃），ＩＰ６５防护标准，可 直接安装在野外恶劣环境中；供电系统完备，支持 电源的冗余配置一一蓄电池或供电网络和３ Ｖ锂电 池；工艺严谨，采用门阵列技术、ＳＭＤ元件，无跳线、 无螺钉，嵌入式模块化设计，平均无故障时间超过 ２２５０００ｈ。 （２）系统采用基于ＯＳＩ模型的ＭＤＬＣ数据链通信协 议：保证系统能进行轮询和争用、存贮转发、中继等通 信方式；通信误码率小于１０～。 （３）利用编程工具箱，可方便地进行本地和远距编 程、诊断、上／下装载：可进行协议分析、网络优化配置， 使无线通信效率达Ｎ９４ｅ；支持远程系统维护，如故障 诊断、系统升级。 系统解决方案 ３ ＭＯＳＣＡＤ系统的性能 站采用开放的组态软件，系统的二次开发工作是系统 的组态和配置，所有的配置和源程序都对用户的系统 ３．１可靠性 工程师开放，可以很方便地增加系统的功能和增加 系统具有很高的可靠性。ＭＯＳＣＡＤ ＲＴＵ的平均无 ＲＴＵ的数量，满足调度业务不断发展的要求。 故障工作时间ＭＴＢＦ≥２２５０００ｈ，外壳防护满足ＩＰ６５标准， ３．６灵活性 中心站采用双机热备方式，从而保证系统的可用率大 本系统的通信协议ＭＤＬＣ具有存储转发功能，任 于９９．９％；同时通信协议ＭＤＬＣ是专为无线通信设计，采 一ＲＴｕ都可以兼任同频转发的任务。无论现在还是 用了变帧长传输、错误帧重发、ＣＲＣ校验等纠错技术， 将来，如果由于距离或阻隔等原因造成ＲＴｕ不能直 使系统无线通信这一薄弱环节也能可靠地工作。 接与中心站通信，则可利用另一ＲＴｕ进行“中继”，而 ３．２实时性 无须另行选点重新安装，给通信组网带来很大的灵 本系统配置的ＭＤＬＣ通信协议，除了支持通常的 活性。 轮询方式外，还支持ＲＴｕ向中心站的突发传输方式 （ｂｕｒｓｔ）。系统在正常时由中心站按设定的周期轮询各 ４结论 ＲＴＵ，一旦发生紧急情况，ＲＴＵ会打断正常的轮询，立刻 ＭＯＳＣＡＤ系统中从芯片到通信机等所有部件皆 将信息突发给中心站。本系统的最大时延可以做Ｎ／Ｊ， 由摩托罗拉公司生产，从整体上保证了系统的完整 于３ｓ。 性，较之于由多家设备拼装而成的系统具有更高的可 ３．３开放性 靠性，系统的升级、维护、扩容更有保障。另外，ＭＤＬＣ 本系统的通信协议ＭＤＬＣ符合ＩＳＯ的ＯＳＩ七层协议 无线通信协议又为整个系统的无线通信及数据传输 模型，通过网关ＭＣＰ／Ｔ可以实现ＭＤＬＣ与ＴＣＰ／ＩＰ的无缝 提供了坚强有力的保障。综上所述，以ＭＯＳＣＡＤ建立 连接；ＲＴＵ的通信接口均配有标准的第三方接口通信 的供水调度ＳＣＡＤＡ系统，具有很高的性价比，完全能 协议，可以直接与大多数的ＰＬＣ系统交换信息，真正实 满足供水调度业务的需要，为企业带来更高的经济和 现ＳＣＡＤＡ与ＰＬＣ系统的互联。 社会效益。 ３．４可维护性 ＭＯＳＣＡＤ ＲＴＵ采用模块式的插槽结构，模块的更 参考文献 【ｌ】朱永建，周力尤，周虹．基于ＭＯＳＣＡＤ的城市给水计算 换非常容易；利用编程软件包Ｔｏｏｌｂｏｘ可对系统进行诊 机辅助调度系统『Ｊ］．测控技术，２００５ 断和调试，特别是在通信协议ＭＤＬＣ的支持下，系统工 【２】吴铮，周剑利，申彦春．供水厂ＳＣＡＤＡ系统设计方案的 程师可以在中心站或任一节点对其他ＲＴＵ进行软件的 研究ｆＪ】．河北工业科技，２００７ 下载、调试和硬件的诊断，实现“远程维护”。大大缩短 【３】周力尤，程光等．Ｍ０ＳＣＡＤ监控系统在大型直抽式输 了系统的平均维修时间ＭＴＴＲ。 水泵站的应用ｆＪ】．测控技术，２００２ ３．５可扩展性 ［４】任汉文，章小纬，戴毓文．ＳＣＡＤＡ系统在生产调度管理 系统的扩展包括增加功能和扩大规模２方面。中心 中的发展与应用ｆＪ】．城镇供水，２００８ （上接第２页） 为了充分利用和发挥本系统数据库功能，向钢厂 工和维修工的劳动强度，又提高了炼钢系统质量分析、 办公网开放部分数据，利用．ＮＥＴ技术对数据库进行二 技术分析和生产管理水平。 次开发和数据挖掘实现全生产线生产过程的优化。 参考文献 ３结语 【１】高泽平．炼钢工艺学【Ｍ】．北京：冶金工业出版社．２００６ 系统建成后实现了炼钢物流跟踪、质量跟踪及各 【２】邹云涛，吴重光．ＯＰＣ技术初探及国内应用现状【Ｊ】．石油 类料耗统计和工艺指标考核，提高了产量、产品合格 化工自动化，２００３，（６） 率、金属收得率，基本达到了管控一体化，满足了炼钢 【３】郑秉霖，胡琨元，常春光．一体化钢铁生产计划系统的研 生产的根本需求； 在节能降耗、开发新品种等方面也提 究现状与展望［Ｊ】．控制工程，２００３，（１） 供了强劲的数据支持。系统数据信息的实时性、准确性 【４】Ｄａｌｅ Ｒｏｇｅｒｓｏｎ．ＣＯＭ￣￣术内幕【Ｍ］．北京：清华大学出 和完整性支持了在线决策功能。本系统既减轻了操作 版社，１９９９ 自动化应用ｉ ２０１０ ５期； ５
