SCADA系统“缓解”基础设施问题
加州马林县的南端与旧金山市隔着一条世界上最著名的长达一英里的钢筋混凝土带。然而，在金门的马林终点站步行不到10分钟的地方，就出现了加州野生动物管理局的全县网络警告美洲狮袭击的标志。
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加州马林县的南端与旧金山市隔着一条世界上最著名的长达一英里的钢筋混凝土带。然而，在金门的马林终点站步行不到10分钟的地方，就出现了加州野生动物管理局的全县网络警告美洲狮袭击的标志。马林县地形崎岖!
险峻的山丘上覆盖着茂密的灌木丛，孤立的人口中心是这个风景如画但地质起伏不定的地区的典型特征。在这里，先进的监控和数据采集(SCADA)系统甚至可以让和平号宇航员睡得更香，马林市政供水区(MMWD, Corte Madera, california)现在可靠地为其18万客户人口提供饮用水。
在实施新的SCADA系统之前，MMWD的104个泵站，139个储罐(大小从20,000到5,000,000加仑不等)，以及遍布该地区147平方英里的无数控制阀，在很大程度上只能通过定期检查或“紧急情况”进行监控，例如管道破裂，水箱或水库溢流造成的土地侵蚀，以及客户投诉没有水。机械故障和老化的基础设施因偶尔的过多降雨而加剧，通常伴随着泥石流和地震，以及表现不佳的系统控制。
MMWD之前的控制系统从20世纪60年代开始发展，包括音调遥测系统，该系统使用租用的电话线，允许该地区使用脉冲持续时间信号远程监控油箱液位，并使用离散信号启动泵。最初，手动启动/停止泵系统根据油箱液位自动控制每个泵站。最初的计算机系统占据了三个6英尺高、19英寸的机架，拥有“巨大的”64K内存。为了提高可靠性和方便服务，这台计算机很快被复制了计算机功能的可编程逻辑控制器系统所取代。
MMWD尝试在一些泵/罐设施安装远程PLC，以数字方式与主PLC通信。然而，租用线路的过高成本和高设备故障率很快抵消了改进控制系统带来的收益。旧系统的维护仍然严重依赖于定期访问和“现场警报”(即来自愤怒客户的电话)。精确控制和记录系统性能的必要性为MMWD实施目前最先进的SCADA系统提供了动力。
工作就开始了
尽管新系统的控制理念很简单(根据需要控制增压泵，将水提升到山顶的储水罐)，但系统集成并不简单。除了新的硬件和软件安装，MMWD还发现了开发新的控制策略以优化水系统运行的机会。参见附带的边栏。
新的SCADA系统基于基于unix的OASyS软件6.0版本，由Valmet Automation (Houston, Tex.)开发，在DEC Alpha计算机上运行。该软件结合了基于对象的编程和三维数据可视化。MMWD从AutoCAD文件构建并链接其显示，更重要的是，在这个安装中，包括地理信息系统供应商的绘图格式。
人机界面控制台由四个CRT显示器和一个投影仪组成。通过这些设备，我们可以了解到该系统监控和控制的6000个“硬”和“软”I/O点分布在200个远程罐/泵站点和174个远程终端单元(rtu)。MMWD采用PC节点作为PLC梯形逻辑软件。从命令站点执行的控制包括泵模式和设定值更改。数据，如罐液位，系统流量和压力，以及警报事件存储在系统硬盘驱动器长达6个月，然后存档到CD-ROM磁盘。
并非所有需要监测的场址都能随时获得电力。大约20个MMWD储水箱距离足够远，需要太阳能供电，并为无线电调制解调器和现场rtu提供备用电池。尽管地形崎岖，但其余的地点都有公用电力。
MMWD系统在每个站点使用低成本的施耐德自动化(North Andover, Mass.)“Micro”612 plc作为远程终端单元。其中包括56 kbit/秒的数字租赁线调制解调器和9.6 kbit/秒的数字无线电。MMWD有自己的无线电通信频率，使用具有多个地址900 MHz的MDS无线电仅用于数据。如果在受控制的泵/罐装置和无线电系统的三个中继站之一之间没有视线，则使用租用的数字电话线。
除了处理MMWD的水传输和分配外，新系统还可以监测四个水处理厂。这些水厂由类似的“智能”硬件控制和监控，完全集成到水区的运行控制系统中，提高了整个配水系统的运行。
MMWD与其主承包商Valmet Automation加拿大卡尔加里办事处之间的团队合作促进了项目的实施。加州理工控制公司(利弗莫尔，加利福尼亚州)和DST控制公司(贝尼西亚，加利福尼亚州)为项目的HMI和RTU部分提供项目管理、硬件制造和集成以及备份服务。
这次升级的明显赢家是MMWD的客户。改进的系统控制提供了不间断的供水服务和系统灵活性，以便在发生故障时更快速地响应。
新的控制策略
作为SCADA系统实施的一部分，Marin市政水务局(MMWD)仔细研究了其控制策略。随着设备和软件的升级，他们决定采取一些新的战略。升级的结果包括阀门的闭环控制、泵站的交替控制模式能力、最佳泵的选择和压力波动数据收集。
对系统内的关键控制阀回路进行了改进，以实现局部闭环控制。操作员可以通过中央控制台输入控制本地控制条件的标准。然后将流量和/或压力参数下载到泵或储层站的RTU中。控制阀可以通过点击鼠标重新配置流量或压力控制。
MMWD还担心，由于新系统是中央控制的，在冬季风暴季节，它可能会与泵举升系统存在通信问题。为了使系统正常工作，SCADA系统必须与泵及其接收罐通信。为了解决这个问题，开发了一个子程序，称为备用控制模式(ACM)。
如果与泵或其接收罐的通信中断，ACM子程序将在预定时间后自动启动。一旦进入该模式，RTU将不会重新启动泵，直到其排放压力下降到预设值。一旦重新启动，泵将只提供预设量的水。这一进程将继续进行，直到通信恢复和正常运作能够恢复为止。
泵选型/数据收集
除了监测和控制“每天的时间”泵-电机的能源使用外，还可以通过编程rtu来运行最高效的泵，从而获得额外的节省——根据所需容量，每个站都有几个rtu。高需求条件下，自动切换泵运行到能够有效满足容量要求的单元。
为了更紧密地监测系统中的压力波动，MMWD需要检索比系统15秒扫描时间更精细的分辨率数据。为了方便从这个庞大的控制系统中检索高分辨率数据，用户采用了一些“创造性”的PLC编程。解决方案是将PLC寄存器置于“滚动表”(FIFO)配置中，每个寄存器之间的时间差低至10 msec。一旦发生压力激增，寄存器就冻结在事件发生前的数据内容上。此时，PLC开始用事件后数据填充一个附加寄存器。该表填满后，所有200个寄存器都被下载到SCADA系统。
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