山东莒县自来水水厂及供水管网计算机监测系统简介 一、背景介绍 本系统是对山东莒县自来水公司自来水生产工艺过程实现自动监测改造工程的一个分项目。整个自动化改造项目是由山东农业大学水利学院和山东美水工业研究所承接的一个工程项目，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司作为自动化监测软件施工方以第三方转包的形式负责整个监测系统的上位机组态和各个现场设备的通讯组态调试工程。 通过使用组态软件生成的监测系统，把各个生产现场的数据采集到中心调度室，由工控机把信号进行处理，处理后的信号交由服务器使用MCGSWWW组态软件生成的网络版工程进行数据处理，并且通过局域网广播，使得局域网络上的所有计算机用户都可通过 IE等工具可以直接对现场的工艺数据及画面进行浏览。 这是一个典型的集散控制系统扩展。整个系统通讯的总线方式为RS-232和RS-485，其中的中介介质为电台和有线形式的双绞线。各个水厂分散布局，每个水厂有自己的一套数据传送设备，所有的现场数据全部通过无线电台发送到中心调度室，由中心调度室的工业控制计算机进行统一采集及监测处理。后附关于无线电台有关内容。 由于是长时间的采集数据分析工作，需要对数据采集过程的不间断进行，必须实现双机备份工作，并且使用UPS电源，以保证系统长时间连续运行。 集散控制系统（DCS）是一套成熟的控制体系，在工业控制的历史上有大量的使用范例，主要的使用于生产线控制，石油、冶金、能源、航空等等领域。传统形式的RS-485串行总线系统是在一个小范围的有线系统，在自来水监测系统中，由于各个采集现场非常分散，相距较远（5至10公里不等），一般形式的RS-485总线无法实现远程数据传输功能，这就需要对传统的RS-485系统进行扩展：使用无线数传电台。我们选用的无线数传电台的空中数据传输采用半双工的空中协议，该协议对用户来讲是透明的，用户完成了选址、架设天线、估算覆盖范围、测量电磁环境、调试接收和发射等工作后便可以开始计算机通讯了。我们所选的无线数传电台与用户终端之间采用全双工ＲＳ－２３２标准进行数据交换。 本系统的主要设备有数传电台及电源、各种现场变送器、二次仪表、转换模块、工控机、服务器、普通计算机等。。 系统可以粗略的分为三个部分： 1、 现场数据采集设备 2、 数传电台及通讯模块 3、 数据采集计算机和网络浏览服务器以及数据备份机 本项目主要的数据处理环节就在上述的三个部分，数据流也是在这三个处理环节上交换。我们的任务就是把现场的数据采集上工控机，并且提供网络浏览的数据，使各个客户能够通过IE浏览生产的数据。在调度室的两台计算机之间实现双机备份的工作。 二、系统结构 　　现场水厂及管网分布如下： 　　　系统结构如下图所示： 现场共有五个水厂，三个压力监测站、三个流量监测站。近期用户又将上三个水厂（已完成基建，设备正在安装），也将加入这个监控网络。相对于一个站点结构如下图： 三、总结 这个监控系统中使用了MCGS通用版、MCGS网络版软件，现场硬件种类多，通讯协议也各不相同，也比较繁杂，这也是对MCGS软件的一个考验。在这个工程组态中对MCGS 的绝大部分功能都有了应用，而且应用的非常成功，这个系统自2001年11月10日正式投入使用以来，一致稳定无故障运行，用户非常满意，这个系统的投运，也给用户在管理和企业自动化水平方面有了很大的提高。这个现场的应用也具有一定的典型意义，这类模式可以推广应用到许多远程监控系统中，整个系统的结构体系在工业企业自动化应用领域也具有相当的典型意义。这也引起了许多用户的关注，已有昆明、哈尔滨的用户采用此模式来完成自己的自动化项目。　　　　 附件： 1、 Q：无线数传电台能在组态软件中使用吗？有成功案例吗？ A：据我们目前了解的情况，目前比较有影响的几家国产组态软件中，北京昆仑通态公司的MCGS软件能非常成功地与无线数传电台结合使用，已经有多家应用成功的案例，用户评价：使用MCGS软件实现远距离无线数据通讯，结合MCGS强大的组态功能，可以实现各种复杂的应用方案。用户使用后反映效果非常好，有进一步了解详细情况的用户可与MCGS工程技术部联系。 2、 Q：MCGS工程中以使用过那些厂家的无线数传电台？主要技术指标有那些？ A：MCGS已成功使用过摩托罗拉GM950系列、深圳友讯达FC201系列、日立系列等无线电台。MCGS与国产电台的佼佼者深圳友讯达公司有着良好的合作关系。无线电台应用中的主要技术指标有： 传输速率：接口速率：1200--9600BPS可选 空中速率：1200/2400BPS 数据流：1位起始位、8位数据位、无校验（校验可设置）、1位停止位 其他技术指标可参见不同电台技术手册。 3、Q：在MCGS中如何应用无线数传电台？ A：一般情况下，用户系统在开发阶段采用有线数据传输的方式，或需要用无线数据传输方式代替原来的有线通讯方式，只需将电台连接到各设备的串行接口上代替有线通讯设备即可。但由于无线通讯与有线通讯在原理和实际应用中具有不同的特点，MCGS在开发调试中已作了相应的处理。 4、 Q：无线工程应注意事项有那些？ A：电台在具体工程应用中，首先应分析工程实际需求，以此来确定数传电台的具体设置，应注意以下几点： 1、电源：根据发射功率的不同，确定相应电源，典型值：13.8V；由于电源的指标直接影响通讯的质量，要求用户配备的电源质量必须达到一定指标，电源的波纹系数要小于40mV，波纹系数越小，对射频频率的影响越小，通信质量越高。 2、假负载：在任何情况下调试电台，必须为电台的天线接口安装负载，否则将可能引起电台的功放中大量能量散发不出来而造成电台的损坏。在25W情况下，若两电台的天线相距很近进行调试，会因大信号失真而不能收发信息，必须使用假负载吸收大部分能量才能进行调试，若没有假负载或不熟悉假负载的运用 请务必使用合适的天线做负载，但注意天线相距不要太近，25W情况下，两天线距离至少相距25米以上，若仍不能收发数据，收发指示也正常，则需加大距离。 3、电磁环境测量：在使用电台和架设天线之前，最好进行电磁环境测量，以避免无线通信中的盲区、确定使用中的频段内有无干扰及确定天线覆盖范围。 4、防雷措施：若将电台或天线安装在室外或应用在多雷地区，应当考虑防雷措施，并应注意电台的可靠接地，使电台具有良好的接地效应，以避免雷击损坏。 5、天线的选择：天线选型的基本参数有频带宽度、使用频率、增益、方向、阻抗、驻波比等指标，另外天线的安装地点也很重要。一般天线的有效带宽为3--5MHz，因此，在选择天线时，应根据使用的频段来选定。若要进行远距离传输，最好选用定向天线及高增益天线，并且注意天线及馈线的阻抗要与电台天线接口相匹配。天线与电台的驻波比《=1.5。在架设天线时，应尽可能的高，并且远离地面。天线架设应注意防雷和天线的方向性。 6、散热：若使用电台的射频发射功率较大时，如果需要长时间连续工作，最好加装散热风扇，以保证电台长期工作。在选择散热风扇时，应注意不要把风扇的噪声引入电台，以免影响传输。由于散热不良或负载、天线使用不当而产生的损坏，主要表现为射频功率发射不出去，或能发射，但接受不到。 7、接口电缆的拔插：在设备使用过程中，若要拔插连接电缆，尤其是RS232接口的连接电缆，为了避免由于带电拔插对用户终端和电台的损坏，请务必关闭所有连接设备的电源，若不便于关闭全部设备的电源，至少要关闭一端如电台的电源，以减少串口损坏的可能性。 5、Q：无线电台的数据流控制在MCGS中是如何处理的？ A：由于电台通信的发射机功率大，在向空中发射数据时需要耗费一定的时间，即启动延时，由于启动延时的存在，主站发出一组数据到从站，从站响应的数据再传回主站，经过的时间较长，主站程序中定时等待从站响应的时间需要做相应的调整。 MCGS对上述问题作了专门的处理： 小数据量通信时的数据流控制：当系统进行数据通信时，每次发送的数据包长度小于或等于电台的缓冲区长度，这种情况下最适合数传电台的传输，上层设备只要通过RS-232口的TXD端将数据送往电台即可。 数据量较大时的数据流控制：当系统进行数据通信时，每次发送的数据包长度大于电台的缓冲区长度，这种情况下有多种解决办法，用户可根据实际情况选择或定制。 1、将串口波特率调整到等于空中波特率，由于电台内部的缓冲区是以先进先出（FIFO）的方式存储和接受数据的，电台向空中发送数据的同时，也接受串口送来的数据，由于两个波特率基本相等，缓冲区不会被占满，从而达到透传的目的，并且可以连续传输大量的数据。调整串口波特率，是解决数据流控制的最简单有效的方法。 2、采用CTS硬件数据流控制，这是一种标准的RS232数据流控制方法。采用CTS硬件数据流控制能适应串口速率高于信道速率，但要求上层设备的软硬件支持CTS信号。 3、采用定时等待的方法进行数据流控制，这是一种需要用户特殊编程的数据流控制方法。这里不再赘述。 6、Q：通信天线的种类？如何选型？ A：通信天线按用途可分为：基地台天线和移动台天线 按工作频段可划分为：超长波、长波、中波、短波、超短波和微波