图1  Ovation SCADA市政水系统原理图

如今，全球人口不断增加，对清洁水的需求空前膨胀。自然资源越来越少，以致对城市水处理及污水治理的要求也不断提高，更具有挑战性。为此，市政水管理部门需要在仪表监测和控制技术及项目管理技术方面进行大量投资，以便从系统设计、工程及生产到安装、检测、试运转和保养方面进行整体规划。本文介绍了艾默生Ovation SCADA系统在市政水处理行业中的应用方案，并详细说明了整个市政水监控系统的网络结构，以及基本应用功能和高级应用功能。

Ovation SCADA系统是艾默生过程控制有限公司结合几十年来在电力和水/废水处理行业的应用经验而开发的，能够将整个城市的净水厂、污水厂、提升泵站、管网和调度中心的数据集成起来，建成一个独立、强大的信息和控制网络，实现统一的监控管理功能。以市政水系统为例，艾默生可以提供基于Ovation系统的市政水处理整体解决方案。市政水系统监控方案

城市水系统一般包括水源地、净水厂、污水处理厂、管网、升压站和调度中心等主要设施。在设计整体的市政水监控系统应秉承以下原则：

可靠性原则：从硬件、软件和通信方面，应考虑冗余或容错配置，即使在某些设备出现故障的情况下，仍然能够维持正常的监控和数据历史存储等功能；

开放性和可扩展性原则：采用主流的商用技术，既便于未来平滑升级和系统扩展，又能够节省运行和维护成本；

先进性原则：尽量采用最先进和最成熟的技术与设备，切实提高水系统管理效率。

调度中心是整个市政水系统监控的核心所在，两台互为冗余的Ovation SCADA服务器负责采集和管理所有子系统的实时或历史数据，并对子系统进行监控。调度中心同时也是网络中心，不仅承担数据交换任务，同时也承担语音和视频网络、无线通信等任务。调度中心的网络核心交换机，通过光纤主干和水源地、管理所、净水厂、排水分控中心等单位实行联网，同时实现视频（电视会议与视频监视）及语音（IP电话系统）业务功能。

净水厂和污水厂，采用Ovation控制系统实行水处理流程的自动化控制，并通过通信方式将运行数据送入到调度中心。同时，主调度中心SCADA服务器可以通过网络对水厂控制系统下达监控类命令，在符合安全操作流程的前提下进行远程操作。

在水源地分控中心分别设置水情服务器和工情服务器各一台。水情服务器负责接收雨量、水位、流量、水质等信息，这些信息以自报或人工置数的方式传输到水库分控中心，在水源分控中心对各类信息进行分类处理，转换成标准水文数据，存入数据库中，以提供洪水预报、供水量计算和网上用户信息检索使用，水情情报通过水文分组数据交换网（chinapac）传输至水文局及各级防汛部门。

图2  Ovation水处理监视画面

各个区域管理所和泵站，采用PLC或者RTU进行本地的数据采集和控制，通过网络通信方式将数据送入调度中心。配水管网和管线，设置数套RTU，通过无线通信方式将数据信息送往调度中心。在调度中心，一般会配置专门的前端数据接口机，负责接收来自管网的无线通信数据。

监控系统的基本应用功能

针对市政水系统的需求，整个Ovation SCADA系统设计为以光纤为主干的数据、语音、视频三网合一的千兆以太网，同时实现自动化监测、控制和数据采集功能。SCADA系统一般包括1个主调度中心、数个分控中心和数个监控站，其中分控中心一般分为自来水分控、污水分控、水源地分控，监控站通常设置在具体的水厂、污水厂、提升泵站等。具体来说，SCADA的基本应用功能包括：

数据采集和处理功能：通过与各个分控中心的网络通信，SCADA系统可以对各种实时数据和状态信息，进行采集、筛选、计算、分析和处理，并进行历史存储和报表生成。

监视控制功能：调度中心的SCADA系统，对各个分控中心具有全线的监视与控制功能，SCADA软件具有权限锁定功能。监视画面包括了供排水系统的动态工艺流程图、配电系统图及运行状态、管线运行状态、报警画面、趋势画面、棒状图等，并可将监视画面转放到中心大屏幕显示系统上。对无人值守的站点在必要时可直接进行控制操作。可选择任一监控点进行实时监控,可对各处机泵、阀门实施开/关、停等控制，且有操作权限密码。

报警管理：系统有极强的报警管理功能，如报警时间、报警描述、报警类型、报警值及相关的工艺操作画面的高级和易于理解的信息，并能形成报警历史库，供用户查证。报警具备声光提示功能，可在多种画面中以直观方式通知调度人员系统发生异常，报警打印机自动打印报警记录。不同级别的报警可在所有操作员站上接收，报警没有确认时可设为保持闪光。报警内容可设置为实际值和偏差值报警、给定值限值报警、系统自诊断报警、识别传感器/变送器故障报警、输出限幅报警、电源故障报警、PLC/RTU终端模板故障报警、通信故障报警、越限报警以及其他调度运行所需要随时获得的故障信息。

监控系统的高级功能

市政水监控系统的高级应用功能，重在优化整个水系统的管理，提高运营效率和节省运行维护成本，其典型功能包括：

管网建模：通过收集管线资料，如管道口径、埋设年代、材料、长度、阻力系数、水厂二泵房水泵的性能曲线、主要操作阀门的性能曲线及有关参数，实现供水系统的动态模拟，预知可能出现的管道泄漏，并及时隔离泄漏管段，提升供水系统管网系统日常管理的水平。管网建模为供水系统的经济调度服务，可直接应用于供水调度室，同时管网建模也是供水系统优化调度的基础。

给水管网综合信息管理：利用地理信息系统实现对给水管网的全面动态管理，如供水设备和管网信息、供水生产信息、故障信息、工程信息和用户信息等。同时可以将供水设备的相关图纸资料也存储到系统中，便于随时查阅参考。

管网调度优化功能：依据已有的管网模型和现有的水源设备情况，根据监控系统反馈的供水系统运行信息，在保证安全、可靠满足供水需求的前提下，合理地调整调度方案，使供水系统的总运行费用最小就是优化调度的目的。

小结

艾默生公司在市政水处理应用方面，有着丰富的经验，可以提供基于Ovation SCADA系统，涵盖测量仪表、执行机构、远程处理单元RTU和无线网络产品的综合性方案，持续帮助用户改善运营效率，提升竞争优势。