劉興華

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 合肥　230088)

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淮水北調(diào)臨渙輸水管道工程運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉興華

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 合肥230088)

摘要：該文簡(jiǎn)要介紹安徽省淮水北調(diào)臨渙輸水管道工程運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)的組成、總體結(jié)構(gòu)和總體功能等。淮水北調(diào)臨渙輸水管道工程運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、水力量測(cè)系統(tǒng)以及外圍通信系統(tǒng)組成。調(diào)度中心與各中途站間采用環(huán)網(wǎng)方式通訊，通訊路由方式采用全線自建光纜，在調(diào)度中心站及二個(gè)中途站采用支持1 000 M光纖自愈環(huán)網(wǎng)的交換設(shè)備構(gòu)成光纖環(huán)網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)行調(diào)度管理；計(jì)算機(jī)監(jiān)控；視頻監(jiān)視系統(tǒng)

1工程概述

安徽省淮水北調(diào)臨渙輸水管道工程是臨渙工業(yè)園重要基礎(chǔ)設(shè)施，是確保工業(yè)園生產(chǎn)用水安全的關(guān)鍵性水資源配置工程。該工程輸水管道長(zhǎng)約90 km，采用管道輸水方式，單管布設(shè)、二級(jí)提水。工程取水口位于符懷新河上，線路途徑蚌埠市懷遠(yuǎn)縣、淮北市濉溪縣。主體工程由取水泵站、加壓泵站(包括調(diào)節(jié)池)、出水口建筑物、管道等組成。為了保證安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，合理調(diào)度，淮水北調(diào)臨渙輸水管道工程設(shè)置一套運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)。

2系統(tǒng)組成

淮水北調(diào)臨渙輸水管道工程運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、水力量測(cè)系統(tǒng)以及外圍通信系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包含1個(gè)調(diào)度中心、2個(gè)中途站(取水站、加壓站)。輸水調(diào)度中心建在臨渙水廠內(nèi)，輸水系統(tǒng)的運(yùn)行由調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度管理。調(diào)度中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸水系統(tǒng)的運(yùn)行，動(dòng)態(tài)管理輸水流量。各中途站與輸水調(diào)度中心之間采用有線通訊、無線通訊相結(jié)合，實(shí)時(shí)傳輸中途站重要工作數(shù)據(jù)及圖像?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)布置在調(diào)度中心和各中途站，通過數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)查詢等系統(tǒng)建設(shè)，建成具有存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)和處理功能的輸水信息共享服務(wù)平臺(tái)。依托輸水系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心與各中途站之間的數(shù)據(jù)交換和共享。

3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能

3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)工程管理層次清晰，是一個(gè)覆蓋輸水全線的層次型(調(diào)度級(jí)、中途站級(jí)和現(xiàn)地級(jí))多系統(tǒng)集成(閘門監(jiān)控系統(tǒng)、輸水管線監(jiān)控系統(tǒng)、泵站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)及語(yǔ)音通信等)分布式的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)?，F(xiàn)地級(jí)主要是分布在輸水工程中各中途站內(nèi)部各輸水功能單元現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控點(diǎn)及其相關(guān)設(shè)備，完成原始數(shù)據(jù)采集和控制命令的執(zhí)行，并負(fù)責(zé)將采集數(shù)據(jù)上傳給各自的站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。

站級(jí)完成各自管轄范圍內(nèi)的局部系統(tǒng)監(jiān)控，將各種專業(yè)數(shù)據(jù)集中整合到站級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

調(diào)度中心是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總中心，在調(diào)度中心可通過對(duì)輸水全線的流量、各中心站設(shè)備運(yùn)行工況、各專業(yè)圖形報(bào)表以及綜合監(jiān)視、查詢、比較分析后，得到優(yōu)化的輸水調(diào)度方案供運(yùn)行管理人員參考。

3.2系統(tǒng)總體功能

運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)包含：可實(shí)現(xiàn)工程監(jiān)測(cè)與安全運(yùn)行評(píng)估支持功能；系統(tǒng)仿真；數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)；視頻監(jiān)系統(tǒng)；基于IP的語(yǔ)音調(diào)度。

3.2.1基于數(shù)據(jù)中心的信息集成

信息化系統(tǒng)是一個(gè)層次型多功能集成綜合系統(tǒng)。各監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)各自的需要分別采集各自的專業(yè)數(shù)據(jù)，但各監(jiān)控系統(tǒng)間缺乏有效的溝通手段，數(shù)據(jù)中心的信息集成就是將它們根據(jù)需要進(jìn)行有機(jī)集成和統(tǒng)一管理，所有數(shù)據(jù)應(yīng)該是一個(gè)有機(jī)的整體。數(shù)據(jù)中心的主要功能是數(shù)據(jù)采集和對(duì)象化數(shù)據(jù)組織。

3.2.2計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)是輸水工程信息調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)。輸水工程信息系統(tǒng)的各項(xiàng)功能子系統(tǒng)均以運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制、采集信息為基礎(chǔ)，加工生成各子系統(tǒng)的目標(biāo)文件。輸水工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括：取水站站級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、加壓站站級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、輸水管路的滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)各功能分布在系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行并嚴(yán)格執(zhí)行指定任務(wù)。監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用以Windows 7為操作系統(tǒng)，SQL Server為數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，用接口豐富的監(jiān)控組態(tài)軟件作應(yīng)用平臺(tái)，構(gòu)成智能型調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

行政系統(tǒng)通過監(jiān)控系統(tǒng)的預(yù)留接口，以Web瀏覽的方式，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，使行政領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)管理、維護(hù)等部門可直觀了解輸水工程現(xiàn)場(chǎng)的工作運(yùn)行情況、生產(chǎn)計(jì)劃完成情況、設(shè)備狀態(tài)等信息。

現(xiàn)地級(jí)功能：系統(tǒng)使用PLC進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、控制，計(jì)算機(jī)管理顯示，構(gòu)成SCADA系統(tǒng)。每個(gè)子站系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集及控制，然后通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳至各自的中央控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，每個(gè)現(xiàn)地子系統(tǒng)的故障不影響其他部分的正常工作。

站級(jí)功能：各中途站站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。各中途站自成系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)少人值守，無人值班。其功能為：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集；查詢及人機(jī)界面；建立數(shù)據(jù)庫(kù)；報(bào)警信息；系統(tǒng)控制；仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；故障分析與診斷系統(tǒng)；系統(tǒng)安全；系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)管理功能；圖形功能；報(bào)表功能；圖表運(yùn)行；數(shù)據(jù)查詢檢索。

調(diào)度中心功能：輸水工程調(diào)度中心是全線供水調(diào)度和管理的場(chǎng)所，采用全線自動(dòng)調(diào)度方式的調(diào)度管理模式，調(diào)度中心調(diào)度人員輸入所需用水量，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算輸水系統(tǒng)工況，向各輸水節(jié)點(diǎn)發(fā)出給定值并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。各輸水節(jié)點(diǎn)以最優(yōu)節(jié)能方式自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的安全自動(dòng)運(yùn)行、智能化供水的管理調(diào)度模式。此外，輸水工程調(diào)度中心還是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總中心，在這里將完成對(duì)各中途站傳送上來的各種不同類型的相關(guān)數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、綜合處理、存儲(chǔ)及管理等[1-5]。

3.2.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

(1) 路由方式。輸水工程信息化系統(tǒng)由3級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：第1級(jí)：調(diào)度中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；第2級(jí)：中途站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；第3級(jí)：現(xiàn)地控制現(xiàn)場(chǎng)總線[6-7]。

中途站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分別為取水站局域網(wǎng)、加壓站局域網(wǎng)。中途站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)均采用星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。調(diào)度中心與2個(gè)中途站之間采用冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。輸水管道滲漏監(jiān)測(cè)均采用GPRS/CDMA無線監(jiān)控點(diǎn)(無人點(diǎn))，各輸水管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別以GPRS/CDMA路由，以調(diào)度中心巡檢方式建立通訊。

根據(jù)工程運(yùn)行方式及工程特點(diǎn)，調(diào)度中心與各中途站間采用環(huán)網(wǎng)方式通訊。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，調(diào)度中心與各中途站間需傳遞遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)圖像、IP電話和實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

本工程采用全線自建光纜通訊，自建光纜線路采用直埋方式，光纜采用單模12芯雙鎧光纜，由于取水泵站距離加壓泵站較近，光信號(hào)衰減在允許范圍內(nèi)，只在加壓泵站控制中心內(nèi)設(shè)有中繼站。在中心站、及二個(gè)中途站采用支持1 000 M光纖自愈環(huán)網(wǎng)的交換設(shè)備構(gòu)成光纖環(huán)網(wǎng)。

(2) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在調(diào)度中心及二個(gè)中途站采用自愈環(huán)網(wǎng)的交換設(shè)備構(gòu)成光纖環(huán)網(wǎng)，帶寬可達(dá)1 000 M，保證流量及響應(yīng)速度。調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，配有操作員工作站、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、工程師服務(wù)器等[3，5]。

各中途站內(nèi)部根據(jù)工藝要求，通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)全站SCADA，采用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制，計(jì)算機(jī)管理顯示，構(gòu)成分層分布控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.2.4輸水管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)工藝對(duì)管道監(jiān)測(cè)傳感器的布設(shè)，約每2 km利用GPRS/CDMA通訊方式設(shè)立一處管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)管道是否滲漏。由于輸水管線路均在野外，導(dǎo)致沿線工藝監(jiān)測(cè)點(diǎn)線形分布難以集中，供電電源取得困難、信號(hào)傳輸難度大。針對(duì)工程的具體情況，采用專用的GPRS自動(dòng)傳輸系統(tǒng)和檢測(cè)設(shè)備連接，把管道滲漏情況傳遞到調(diào)度中心。監(jiān)測(cè)點(diǎn)電源采用太陽(yáng)能電池板+免維護(hù)蓄電池。管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)45個(gè)。

3.2.5視頻系統(tǒng)及語(yǔ)音通訊

建立一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控信息由各中途站進(jìn)行監(jiān)視控制、處理、存儲(chǔ)，通過信息系統(tǒng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)將圖像信息傳送到調(diào)度中心。在中途站授權(quán)后，調(diào)度中心操作員可以通過視頻工作站對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行控制，對(duì)各路視頻信號(hào)進(jìn)行管理切換[8-9]。

本站在調(diào)度中心、各中途站分別設(shè)置2部IP電話作為生產(chǎn)調(diào)度語(yǔ)音通訊使用。

4結(jié)束語(yǔ)

(1) 運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)路由方式的選擇是整個(gè)信息化系統(tǒng)的關(guān)鍵，自建光纜雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但一次性投資較大且運(yùn)行管理費(fèi)用較高，隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，水利工程的信息化系統(tǒng)路由方式應(yīng)優(yōu)選選用公網(wǎng)[10]。

(2) 運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)運(yùn)行人員要有較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)和責(zé)任心，運(yùn)行中要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)、系統(tǒng)的管理。

〔參考文獻(xiàn)〕

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收稿日期：2015-12-07；修改日期：2016-01-27

作者簡(jiǎn)介：劉興華(1964-)，男，安徽全椒人，安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院高級(jí)工程師．

中圖分類號(hào)：U445;TV672.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0133-03