¿Una revisión de la tecnología de automatización del suministro y drenaje de agua (SCADA)?
El siguiente es el contenido relevante sobre la tecnología de automatización de drenaje y suministro de agua que Zhongda Consulting le ofrece para su referencia.
La tecnología SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) de automatización informática, también conocida como tecnología de computadora cuatro remota (telemetría, control remoto, señalización remota, ajuste remoto), ha sido ampliamente utilizada en la industria del suministro y drenaje de agua. y ha logrado buenos resultados económicos. Los beneficios y beneficios sociales han formado una escala industrial que beneficia a la sociedad. Cómo guiar el desarrollo de esta tecnología, cultivar el mercado de automatización del suministro de agua y drenaje y luego promover el desarrollo de la industria de la automatización es una tarea muy significativa. Con este fin, este artículo proporciona una descripción general de esta tecnología para que sirva como punto de partida.
1. Análisis técnico del sistema SCADA
La tecnología SCADA se basa en 3CS (Computadora, Comunicación, Control, Sensor). Las cuatro tecnologías anteriores se han desarrollado rápidamente recientemente y constantemente se introducen nuevas tecnologías y nuevos productos. Al mismo tiempo, muchas tecnologías y productos antiguos corren despiadadamente la suerte de ser eliminados. Cómo utilizar nuevos conceptos, nuevas tecnologías y nuevos productos para construir un sistema SCADA adecuado para suministro de agua y drenaje con potentes funciones de gestión, gran confiabilidad, buena interfaz de instalación en el sitio, fácil operación y mantenimiento y bajo precio es lo que buscan los clientes. Las responsabilidades de los integradores de sistemas SCADA se describen a continuación en términos de tecnología 3CS:
Tecnología de computadora (computadora)
En los últimos años, la tecnología de computadora PC ha aumentado. Se ha actualizado a un ritmo de más de una generación cada año. Rápido desarrollo. La potente plataforma de hardware (frecuencia principal de 300 M o superior, tecnología MMX incorporada en la CPU, memoria de 128 M o superior, disco duro superior a 10 G y unidad de CD? ROM y DVD? ROM de alta velocidad, etc.) es compatible con el sistema operativo Windows constantemente actualizado. Software de Windows y tecnología de red. La poderosa plataforma del sistema de PC no sólo elimina los problemas de operación de DOS, sino que también alivia la vergüenza de la operación del teclado de la PC, haciendo que la PC sea ampliamente utilizada y creando las condiciones para construir un sistema SCADA de alta funcionalidad. Como todos sabemos, en el sistema SCADA, la PC se utiliza principalmente como maestro o centro de despacho. Recientemente, muchos fabricantes nacionales y extranjeros han lanzado software de configuración SCADA basado en Windows. Estas plataformas de software pueden completar la recopilación de datos relacionados con el suministro de agua y drenaje (proporcionando controladores de comunicación con varios PLC u otros dispositivos inteligentes, funciones DDE de intercambio dinámico de datos y tecnología OLE, etc.), procesamiento de datos, visualización de datos y registro de datos. una buena interfaz gráfica hombre-máquina y MMI tiene funciones de control y análisis de tendencias. Proporciona un medio perfecto para optimizar el despacho de abastecimiento y drenaje de agua, ahorrando energía y reduciendo el consumo. La función de red de la PC proporciona muchas funciones inesperadas para la construcción de un sistema SCADA de despacho de niveles múltiples y la participación en la gestión de plantas de agua. El costo de actualizar continuamente la plataforma de software y hardware de la PC en el sistema SCADA no representa una gran proporción del costo de construcción del sistema SCADA, pero tiene un mayor impacto en la mejora de la función y la confiabilidad de SCADA. invertir en fortalecer la construcción del centro de despacho.
El principal problema actual es que no existe un software de configuración SCADA nacional diseñado específicamente para la automatización del suministro de agua y drenaje, y el precio de compra del software de configuración general es relativamente caro. Organizar la producción de software de configuración SCADA que sea estandarizado, asequible y adecuado para el suministro de agua y drenaje
El software tiene amplias perspectivas y también es una parte importante de la construcción de China SCADA, el sistema de automatización de suministro de agua y drenaje de China.
2. Tecnología de comunicación
La elección de la tecnología y el equipo de comunicación es la parte más colorida de la construcción de un sistema SCADA. Si el diseño del sistema SCADA es razonable, la elección de la tecnología de comunicación lo es. muy importante. Debido a la integración de diversas tecnologías de la comunicación, intentar explicarlas mediante clasificación es muy difícil y está lleno de lagunas. Aquí, para facilitar la descripción, sólo se pueden clasificar de forma rebuscada.
1. Tecnología de red LAN WAN e INTranet
Consideramos la tecnología de red como parte de la comunicación SCADA. Las tecnologías de interconexión y expansión de redes informáticas basadas en TCP/IP, como puertas de enlace, enrutadores, puentes, repetidores y servicios de acceso remoto, tecnologías de intercambio de datos dinámicos basadas en memoria; tecnologías de acceso abiertas basadas en bases de datos, etc., constituyen redes de control e información. De hecho, esta parte debería ser la parte de gestión por encima del sistema SCADA, por lo que no entraré en detalles aquí.
2. Bus de interconexión serie
RS?232, RS?485 y USB (Universal Serial BUS), los dos primeros son muy conocidos, y recientemente se lanzó el USB de alta eficiencia. Interfaz plug-and-play e intercambiable en caliente.
1.2.3. Estándares de bus de medida y control como Bitbus, Profibus, PROWAYC, PHOEBUS, HART, CAN, Dupline, L2, Modbus, SDS, ControlNET, FIP, SERCOS, FF, Lonworks, etc. Los diversos estándares de bus de control y medición anteriores están penetrando continuamente en el sistema SCA DA, especialmente las aplicaciones de comunicación entre el campo, los instrumentos y los terminales inteligentes son muy extensas.
1.2.4. Comunicación inalámbrica
Como microondas, comunicación de espectro extendido, comunicación por satélite, comunicación de iridio, comunicación de onda ultracorta, comunicación de onda corta, GSM, CDMA, dos modo de búsqueda inalámbrica, etc. Algunas de las comunicaciones inalámbricas anteriores son aplicaciones de redes de datos públicas. Generalmente, las comunicaciones inalámbricas más utilizadas son las comunicaciones de onda ultracorta de 200 MHz. En particular, cabe señalar que la localización inalámbrica bidireccional en desarrollo desempeñará un papel muy importante en la comunicación de terminales de medición de presión en sistemas SCADA de suministro y drenaje de agua, grupos de pozos de fuentes de agua y sistemas SCADA de redes de drenaje urbano, y es a la vez Medios de comunicación fiables y baratos.
1.2.5. Comunicación por cable
(1) Red de datos pública *** PSDN RDSI y B?ISDN, especialmente red de datos de banda ancha integrada B?ISDN y fibra óptica hasta el hogar. proyecto Los servicios de valor agregado facilitarán en gran medida la construcción de funciones de comunicación en los sistemas SCADA de suministro y drenaje de agua urbana, como puntos de medición de presión, pozos de fuentes de agua, estaciones de monitoreo de aguas residuales, etc.
(2) La red cableada de construcción propia generalmente utiliza par trenzado como medio. Cada fabricante de PLC y fabricante de comunicaciones ha desarrollado protocolos de sistemas de comunicación por cable cerrados y abiertos respectivamente, y cuenta con los suministros de productos correspondientes, como el MÓDEM 6DC de Israel RAD Company, el G enius BUS de GE fanuc y el L2 de Siemens, etc. todos los cuales son SCADA. El sistema proporciona buenos medios de comunicación. Es ampliamente utilizado en sistemas SCADA en plantas de purificación de agua y plantas de tratamiento de aguas residuales.
1.2.6. Tecnología de comunicación de portadores
La tecnología de portadores de energía ha sido debatida durante muchos años. Recientemente, un artículo informó que Siemens tiene a la venta los equipos de comunicación de portadores correspondientes. Esta tecnología tendrá buenas perspectivas. Aplicándolo a SCADA en plantas de purificación de agua y plantas de tratamiento de aguas residuales, el sistema se puede construir sin cableado.
1.2.7. Comunicación por fibra óptica
La comunicación por fibra óptica es muy utilizada en comunicaciones de información debido a su gran ancho de banda y alto rendimiento antiinterferencias. Las condiciones de aplicación también están disponibles en sistemas SCADA. OZD485 producido por HIRSCHMANN, una empresa alemana, se utiliza para la conversión del protocolo fotoeléctrico 485. Se puede aplicar a: Partyline, SINEC, L1, L2, Unitelway, GEbus, Modbus, BitBus, PROFIBUS, PNET, CAN y otros protocolos. Su equipamiento multimodo cuesta sólo unos cientos de marcos. Se puede ver que la aplicación de la comunicación por fibra óptica en SCADA ha alcanzado un nivel práctico.
Cómo construir un buen sistema SCADA, la elección de la tecnología de comunicación juega un papel importante. Hoy en día, diversas tecnologías de la comunicación se están desarrollando rápidamente y las tecnologías de la comunicación pública han establecido gradualmente plataformas confiables y económicas en el desarrollo del mercado. Los integradores de sistemas SCADA deben mantenerse al día con la tecnología avanzada para poder encontrar las mejores soluciones de comunicación.
1.3. Tecnología de Control (Control)
El equipo de control al que se refiere este artículo es el Esclavo del sistema SCADA, o el ordenador inferior, el terminal remoto RTU y el on- dispositivo inteligente de control y medición del sitio, o puede ser un La RTU, los instrumentos inteligentes, los controladores inteligentes y los sistemas PLC dedicados se denominan colectivamente unidades de control de nivel inferior. Hay varios dispositivos de control en cada sistema SCADA, que tienen el mayor impacto en la confiabilidad y el precio del sistema SCADA. En los últimos diez años, se han formado muchos modelos en la construcción de sistemas SCA DA de suministro de agua y drenaje, como el modelo PC PLC, el modelo PC microcontrolador, todos los modelos PC RTU importados, etc.
1.3.1. Modo PC PLC
Aquí solo hablamos de la parte de control, es decir, cada fabricante y varios tipos de PLC son una plataforma de sistema para productos serializados. Una red cerrada tiene una interfaz abierta. Sólo en términos de funciones de control, el PLC es un producto técnico riguroso, conveniente, fácil de instalar, fácil de programar y altamente confiable. Proporciona hardware de alta calidad, una plataforma de software de sistema de alto nivel y una plataforma de software de aplicación (plataforma de usuario) fácil de aprender y comprender, que es perfecta para el control lógico secuencial y muchos cálculos complejos. Y cuanto mayor sea la escala, más económico será. En el sistema SCADA de suministro y drenaje de agua, tiene ventajas indiscutibles en aspectos como el control del proceso de purificación de agua del grifo, control del proceso de tratamiento de aguas residuales, control del sistema de bombas múltiples de la estación de bombeo secundaria de agua del grifo y control remoto de válvulas de bombas múltiples de desvío de agua. Las deficiencias de los PLC también quedan expuestas en el SCADA de suministro y drenaje de agua. Esto se refleja en el alto precio de la recopilación de datos analógicos, el alto precio de la interfaz hombre-máquina y la incapacidad de los datos de los PLC pequeños y medianos para realizar el evento histórico. función de recuperación (SOE) en suministro de agua y drenaje Las aplicaciones SCADA en el sistema están restringidas. En el sistema de despacho SCADA, es insoportable desperdiciar recursos usando PLC para construir un terminal de punto de presión que solo monitorea una cantidad analógica. Se debe usar PLC para construir el sistema SCADA de acuerdo con las condiciones locales
1.3. .2, modo microcontrolador de PC
Aquí solo hablamos del microcontrolador relacionado con el control (computadora inferior). Durante más de diez años, los microcontroladores han sido la corriente principal en los sistemas SCADA de suministro y drenaje de agua. Desde la computadora de placa única Z80 hasta la 8031 y 8098, ha pasado a la computadora de chip único convencional actual 80C196. Los microcontroladores desarrollados por varias unidades de investigación científica y empresas forman la RTU del sistema SCADA, y el modelo de diseño objetivo nunca ha cambiado. De esta manera, el software del microcontrolador RTU adopta un enfoque cerrado para guardar secretos entre sí (incluso dentro de la misma unidad). Este tipo de cierre no sólo tiene la desventaja de ser difícil de mantener, sino que también destruye los recursos del microcontrolador. También provoca el extraño fenómeno de que la RTU del microcontrolador no es barata. Se informa que el precio de cada dispositivo de microcomputadora de un solo chip hasta el momento es de miles de yuanes, mientras que una CPU de microcomputadora de un solo chip solo cuesta decenas de yuanes. Por supuesto, en comparación con el PLC y las RTU importadas, las microcomputadoras de un solo chip siguen teniendo el precio más bajo. La RTU de un solo chip solo es adecuada para terminales de puntos de medición de presión, control de pozos de fuentes de agua simples y recopilación de datos en entornos simples. También cabe señalar que las RTU actuales fabricadas por fabricantes nacionales que utilizan microcontroladores solo admiten comunicaciones cableadas RS?232, RS?485 e inalámbricas de 200 MHz. Pocas personas consideran los problemas de aplicación de interfaz de otros protocolos de comunicación de alta eficiencia. Hasta el momento, no existe ningún producto RTU de un solo chip comercializado diseñado según la plataforma del sistema adecuado para suministro de agua y drenaje SCADA. ?Durante más de diez años, la amplia aplicación de RTU de un solo chip ha capacitado a una gran cantidad de personal de aplicación y mantenimiento para usuarios de SCADA. Este personal es un recurso valioso para el desarrollo del SCADA de suministro y drenaje de agua y forma parte de la industria de automatización del suministro y drenaje de agua.
1.3.3. Modo RTU importado por PC
Se informa que un RTU importado completa el monitoreo de datos de un punto de medición de presión, y algunos cuestan hasta 60.000 yuanes. Un fenómeno extraño., sin más comentarios.
1.3.4. Modo híbrido
El uso de PLC y microcontrolador RTU para formar un ordenador esclavo SCADA híbrido es la práctica de la mayoría de los sistemas en la actualidad.
Actuadores inteligentes de medida y control in situ
Existen muchos tipos de actuadores inteligentes de medida y control in situ en sistemas SCADA.
Los dispositivos de control de frecuencia se utilizan con mayor frecuencia en SCADA de suministro y drenaje de agua. Este dispositivo desempeña un papel muy bueno en la mejora del proceso de suministro y drenaje de agua, mejora la controlabilidad del proceso y ahorra energía y reduce el consumo. La inteligencia de control y medición en el sitio también incluye reguladores de presión, etc., que deben clasificarse como dispositivos de detección. Los dispositivos inteligentes de control y medición en el sitio generalmente están bajo el control del sistema esclavo del SC ADA. Algunos se comunican directamente con la PC host para formar un sistema.
La tecnología de control es la tarea clave del sistema SCADA. Hasta el momento no existe un enfoque estandarizado, y mucho menos productos estandarizados. Cuando se construye un sistema SCADA específicamente, está determinado principalmente por el nivel, gustos, aversiones e intereses del contratista y diseñador. Además, el continuo desarrollo y actualización de la tecnología es también una de las razones de la falta de estandarización y estandarización. La estandarización y estandarización de la plataforma informática inferior del sistema SCADA es la clave para construir un sistema SCADA de alta calidad y bajo precio
1.4 Tecnología de sensores
En el suministro de agua. y sistema SCADA de drenaje A nivel del sitio de producción, se instalan muchos sensores y actuadores para completar la recopilación de datos del sitio de producción y controlar la ejecución de comandos del sistema SCADA.
Los sensores se pueden dividir en dos categorías: inteligentes y no inteligentes. El tipo no inteligente completa la conversión de señales de energía eléctrica estandarizadas y la conversión de datos físicos y químicos no eléctricos en señales de energía eléctrica estandarizadas. Además de completar el trabajo de los sensores no inteligentes mencionados anteriormente, los sensores inteligentes también tienen funciones como configuraciones de alarma de límite superior e inferior, visualización de datos, control lógico digital simple y ajuste PID. La mayoría de los sensores inteligentes más recientes tienen algún tipo de función de bus de campo y pueden comunicarse con la PC superior de SCADA o la unidad de control inferior para formar un sistema SCADA. ?Los sensores comúnmente utilizados en SCADA de suministro y drenaje de agua incluyen principalmente: nivel de agua, presión, flujo, temperatura, humedad, turbidez, cloro residual, DBO, DQO, voltaje, corriente, potencia, electricidad, cosφ, medidor de corriente que fluye e interruptor de proximidad. Finales de carrera, interruptores de nivel de agua, relés, etc. ?En los últimos años, los sensores domésticos generalmente no pasaban la prueba, y los sensores SCADA de suministro y drenaje de agua todavía estaban dominados por fabricantes de sensores extranjeros.
Recientemente, se ha lanzado una gran cantidad de productos de alta calidad de producción nacional en el mercado de sensores de drenaje y suministro de agua. Se puede decir que los sensores son el eslabón más alto y exitoso en la localización SCADA.
Descripción general del mercado de SCADA de automatización de suministro y drenaje de agua
El mercado de automatización de suministro y drenaje de agua está compuesto tanto por la oferta como por la demanda. Los proveedores están compuestos principalmente por integración de sistemas SCADA y fabricantes relacionados, mientras que los demandantes son sus respectivas compañías de agua, plantas de tratamiento de aguas residuales y grandes fábricas, minas y agencias gubernamentales relacionadas con el suministro y drenaje de agua.
Composición del mercado por el lado de la demanda
Hay más de 600 ciudades en mi país. Cada ciudad tiene un mercado de automatización de suministro de agua y drenaje, así como cientos de centrales eléctricas y grandes empresas. conglomerados de escala y la gran mayoría de ellos los municipios y ciudades constituyen un vasto mercado de automatización de suministro de agua y drenaje. El lado de la demanda es la fuerza impulsora del mercado. La motivación del lado de la demanda para comprar el sistema SCADA de suministro de agua y drenaje es aproximadamente la siguiente:
2.1.1. >(1) Abastecimiento de agua (agua del grifo): Existe la "Ley de Aguas" "Se deben cumplir restricciones". El sistema SCADA es uno de los medios importantes para alcanzar los estándares de calidad del agua.
(2) Drenaje: el país ha formulado leyes pertinentes y las aguas residuales deben descargarse de acuerdo con las normas, y el sistema SCADA es uno de los medios importantes para lograr los estándares de descarga
2.1 .2. Razones económicas
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Un sistema SCADA con un diseño de sistema completo, una selección cuidadosa y científica del equipo, una buena integración del sistema y una calidad confiable puede brindar buenos beneficios a los compradores de SCADA de drenaje en términos de personal. reducción, ahorro energético, reducción del consumo y fortalecimiento de la gestión.
2.1.3. Imagen de la empresa
Muchos usuarios consideran la imagen de la empresa a la hora de establecer sistemas SCADA.
2.1.4. Requisitos del inversor
Hoy en día, muchas plantas de purificación de agua, plantas de tratamiento de aguas residuales y fábricas y minas a gran escala cuentan con sistemas SCADA en el diseño original. , y deben ser construidos por inversores. Sistema SCADA
2.2 Composición del mercado del lado de la oferta Frente al vasto mercado del lado de la demanda y las complejas razones de compra del lado de la demanda, está obligado a crear un mercado complejo del lado de la oferta. para emerger. Los proveedores son los impulsores y participantes de la competencia en el mercado.
Los derechos del mercado de proveedores se clasifican según el mercado primario compuesto por proveedores de equipos y el mercado secundario compuesto por integradores de sistemas
2.2.1 Mercado primario para el suministro de equipos SCADA
Mercado primario El mercado. incluye proveedores de hardware de equipos informáticos y controladores; proveedores de equipos de comunicación; proveedores de equipos de control (PLC, etc.); proveedores de cables y gabinetes de chasis;
2.2.2. Mercado secundario compuesto por integradores de sistemas (contratistas de ingeniería de automatización)
(1) Integración de agentes profesionales de sistemas SCADA extranjeros;
(2) Integración de sistemas dedicada a la interconexión de sistemas;
(3) contratistas de ingeniería que desarrollan dispositivos de software y hardware por las propias instituciones de investigación científica
(4) SCADA contratados por los propios usuarios del lado de la demanda; Integración de sistemas;
(5) Subcontratista.
Entre los integradores de sistemas, hay muchas empresas poderosas y en crecimiento, y también hay muchas unidades que son solo un grupo de personas. Los sistemas de automatización construidos por estos integradores son muy diferentes y no los revisaremos aquí. .
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