張保才

（新疆吉音水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 848000）

吉音水利樞紐智能一體化管控系統(tǒng)的研究

張保才

（新疆吉音水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 848000）

介紹吉音水利樞紐智能一體化管控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及水電廠監(jiān)控、水情水調(diào)、大壩監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)信息、工業(yè)電視、網(wǎng)絡(luò)通信等子系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)思路、總體架構(gòu)、分層分區(qū)等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，對(duì)多專業(yè)融合的綜合管控系統(tǒng)進(jìn)行探索研究，同時(shí)簡(jiǎn)述項(xiàng)目的實(shí)施及系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)水利工程管理單位信息化系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。研究表明，一體化管控系統(tǒng)非常適合綜合型水利信息化工程。

綜合自動(dòng)化；自動(dòng)化系統(tǒng)；智能；一體化管控；吉音水利樞紐

0　引言

吉音水利樞紐工程位于于田縣克里雅河干流，是集蓄水灌溉、防洪、發(fā)電為一體的水利樞紐工程，設(shè)計(jì)總庫(kù)容 0.83 億m3，水庫(kù)壩高 125 m，設(shè)計(jì)安裝發(fā)電機(jī)組 3 臺(tái)，合計(jì)功率 2.4 萬(wàn)kW，年發(fā)電量 1.09 億kW?h。工程建成后，可控制灌溉面積4.715 萬(wàn) hm2，其中新增灌溉面積 1.330 萬(wàn)hm2，克里雅河防洪標(biāo)準(zhǔn)由 3 年一遇提高到 20 年一遇。

吉音水利樞紐綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)大型、綜合性水利工程信息化工程，涵蓋電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、水情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視、生產(chǎn)信息管理等多個(gè)專業(yè)子系統(tǒng)。針對(duì)工程專業(yè)子系統(tǒng)多的特點(diǎn)，吉音水利樞紐綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用智能一體化管控系統(tǒng)方案（以下簡(jiǎn)稱一體化管控系統(tǒng)）進(jìn)行建設(shè)。區(qū)別于傳統(tǒng)的水利信息化系統(tǒng)，一體化管控系統(tǒng)采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)、規(guī)劃的綜合一體化的思路，從全局高度對(duì)電站所有自動(dòng)化系統(tǒng)的資源進(jìn)行整合，通過部署智能一體化管控平臺(tái)，可有效打破各專業(yè)間的信息壁壘，充分提高各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，對(duì)系統(tǒng)積累的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的整理、分析和挖掘，建立高效的智能輔助決策系統(tǒng)，提升吉音水電站生產(chǎn)、管理和決策能力。

1　一體化管控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

吉音水利樞紐智能一體化管控系統(tǒng)主要包含電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控（含五防、輔機(jī)、繼電保護(hù)、交直流一體化電源、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)）、水情自動(dòng)測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)、工業(yè)電視、管理信息等專業(yè)子系統(tǒng)［1］，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行監(jiān)控、水庫(kù)水情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)及建設(shè)管理局運(yùn)行管理信息化等功能。

1.1設(shè)計(jì)思路

一體化管控系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源為現(xiàn)地級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，以 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建模，在現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)傳輸層實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的信息傳送，各現(xiàn)地級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)或智能化設(shè)備以應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的形式加入標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)通信總線，并共享總線中的信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線針對(duì)重要和特殊的應(yīng)用提供傳輸冗余機(jī)制，通過數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)各類水電站運(yùn)行調(diào)度數(shù)據(jù)的共享，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。

對(duì)于不直接接入一體化管控平臺(tái)的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一總線傳輸后，由各系統(tǒng)負(fù)責(zé)分析處理，以 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)分別傳輸至智能一體化管控平臺(tái)數(shù)據(jù)中心，并由統(tǒng)一的平臺(tái)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)和發(fā)布，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)深度整合、綜合分析決策提供數(shù)據(jù)支撐。

整個(gè)智能一體化管控系統(tǒng)采用 C/S 與 B/S 結(jié)合的架構(gòu)，基于 C/S 架構(gòu)的應(yīng)用側(cè)重于核心的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)及智能決策，服務(wù)層各服務(wù)組件對(duì)匯總的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與資源信息進(jìn)行分析處理，最終形成滿足智能一體化管控平臺(tái)需求的信息結(jié)果，用戶可以客戶端形式進(jìn)行靈活方便的查詢，并根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)樞紐安全生產(chǎn)運(yùn)行；基于 B/S 架構(gòu)的應(yīng)用側(cè)重于綜合數(shù)據(jù)展示及分析查詢等，為上級(jí)主管部門或領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù)。

信息交互方面，智能一體化平臺(tái)具有基于IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)的面向服務(wù)的信息交流接口，充分滿足電力調(diào)度通信安全性及穩(wěn)定性要求。智能一體化平臺(tái)將調(diào)度所需的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及綜合分析的優(yōu)化調(diào)度方案上傳至上級(jí)電力調(diào)度部門，并接收電力調(diào)度下發(fā)的調(diào)度運(yùn)行指令及數(shù)據(jù)反饋信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)與各外聯(lián)部門間的信息交互。

1.2總體架構(gòu)

一體化管控系統(tǒng)嚴(yán)格按照電力監(jiān)控系統(tǒng)二次安全防護(hù)要求設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)劃分為生產(chǎn)控制（安全I(xiàn)，II 區(qū)）和管理信息（安全 III 區(qū)）2 個(gè)大區(qū)，2 個(gè)大區(qū)之間采用滿足電力信息安全要求的物理隔離裝置連接。安全 I 區(qū)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)區(qū)，是生產(chǎn)控制核心區(qū)域；安全 I 和 II 區(qū)間網(wǎng)絡(luò)采用防火墻連接，通過設(shè)置相應(yīng)安全策略，確保核心區(qū)的信息安全。

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)位于安全 I 區(qū)，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)位于安全 II 區(qū)，I 和 II 區(qū)的歷史數(shù)據(jù)設(shè)置統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器并配置數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，支撐整個(gè)生產(chǎn)控制大區(qū)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理，II 區(qū)的水情測(cè)報(bào)和安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)置 1 套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，用于支撐水情測(cè)報(bào)和安全監(jiān)測(cè)專業(yè)的數(shù)據(jù)采集；工業(yè)電視、MIS 子系統(tǒng)位于安全 III 區(qū)，III 區(qū)設(shè)置 1 套數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，用于存儲(chǔ)管理信息區(qū)、同步生產(chǎn)控制區(qū)的數(shù)據(jù)。充分考慮不同應(yīng)用間的信息共享，整個(gè)系統(tǒng)將同一安全區(qū)的各專業(yè)軟件統(tǒng)一融合，硬件統(tǒng)一建設(shè)，采用標(biāo)準(zhǔn)化通信接口，便于系統(tǒng)對(duì)外接口和后期業(yè)務(wù)擴(kuò)展。

一體化管控系統(tǒng)縱向上劃分為現(xiàn)地層和廠站層。安全 I 區(qū)現(xiàn)地層由電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、繼電保護(hù)、微機(jī)五防、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、調(diào)速、勵(lì)磁等子系統(tǒng)組成；安全 II 區(qū)現(xiàn)地層由現(xiàn)地水情測(cè)報(bào)、安全監(jiān)測(cè)等子系統(tǒng)組成；生產(chǎn)控制區(qū)由工業(yè)電視、MIS 等相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)組成。廠站層建立在管理局調(diào)度中心，集中部署集控、經(jīng)濟(jì)調(diào)度與控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、水調(diào)、大壩監(jiān)測(cè)等功能模塊，將生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)間的數(shù)據(jù)充分交互融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)運(yùn)行過程的綜合智能化決策分析和應(yīng)用。

一體化管控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2　一體化管控系統(tǒng)建設(shè)

2.1一體化管控平臺(tái)

智能一體化管控平臺(tái)包括數(shù)據(jù)資源、基礎(chǔ)支撐、基礎(chǔ)應(yīng)用 3 部分平臺(tái)。在數(shù)據(jù)、模型、信息集中的基礎(chǔ)上，利用模型分析、數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)技術(shù)，通過基于一體化管控平臺(tái)的高級(jí)應(yīng)用組件對(duì)產(chǎn)生的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提供洪水預(yù)報(bào)、水庫(kù)防洪優(yōu)化調(diào)度、短期發(fā)電計(jì)劃、電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)價(jià)等多個(gè)高級(jí)應(yīng)用組件，為生產(chǎn)運(yùn)行和水庫(kù)調(diào)度提供輔助決策。

2.1.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)資源平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)的一體化管理，對(duì)外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，包括如下存儲(chǔ)類型：

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理著整個(gè)吉音樞紐綜合自動(dòng)化系統(tǒng)所有的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，使得綜合分析有足夠的歷史數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，將各個(gè)應(yīng)用、存儲(chǔ)單元所屬的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致化和標(biāo)準(zhǔn)化，事件處理性能好，具備高速的并發(fā)檢索效率，支持分布部署。

2）歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。主要完成事務(wù)型和流程型的業(yè)務(wù)邏輯，同時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)化模型的實(shí)際存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)象數(shù)據(jù)模型和關(guān)系模型之間的映射。

3）文件數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶在管理數(shù)據(jù)信息時(shí)大體分成塊級(jí)和文件 2 類數(shù)據(jù)。塊級(jí)數(shù)據(jù)大多為支持用戶關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)類型，一般存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)或關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中；另一類數(shù)據(jù)則是分散在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的文件類型。

4）數(shù)據(jù)訪問接口。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供符合IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)組件接口，所屬的所有應(yīng)用，不論在 I，II 區(qū)，或是 III 區(qū)，都以統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)訪問，為各系統(tǒng)和應(yīng)用程序提供標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)準(zhǔn)但是常用的接口，從而實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心為中心的星型數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)。同時(shí)，一體化管控平臺(tái)還將成為一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，方便用戶對(duì)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

2.1.2模型管理

數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)時(shí)遵照 IEC 61850 模型標(biāo)準(zhǔn)，參考 IEC 61970 CIM 模型標(biāo)準(zhǔn)、D5000 水電數(shù)據(jù)模型、SL 323—2011《實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符》、SL 324—2005《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》、SL 325—2014《水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符》、安全監(jiān)測(cè)相關(guān)行業(yè)習(xí)慣，擴(kuò)充其在水利工程信息自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的屬性和模型；同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)盡量考慮兼容傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控、水情測(cè)報(bào)、安全監(jiān)測(cè)等自動(dòng)化系統(tǒng)積累的相關(guān)業(yè)務(wù)模型和經(jīng)驗(yàn)。

應(yīng)用建模負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、用戶配置、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)通信方式的維護(hù)和管理，通過基礎(chǔ)信息建模，將吉音水電站實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)中的相關(guān)特性有效地組織起來，在統(tǒng)一的人機(jī)界面中進(jìn)行管理，并將信息錄入歷史庫(kù)中，同時(shí)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、公共數(shù)據(jù)交換、綜合報(bào)警等服務(wù)應(yīng)用提供信息服務(wù)。

2.1.3基礎(chǔ)業(yè)務(wù)支撐

基礎(chǔ)支撐平臺(tái)基于消息、流程、權(quán)限等基礎(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用組件集合，主要用于提供各類后臺(tái)服務(wù)，具備組件發(fā)布、進(jìn)程監(jiān)控、權(quán)限日志等功能。

1）人機(jī)界面展示功能。公共人機(jī)界面框架包含展現(xiàn)形式和圖元庫(kù) 2 部分。支持 B/S 和 C/S 2 種架構(gòu)體系，通過 Web 和專業(yè)系統(tǒng)等應(yīng)用容器，既能實(shí)現(xiàn)同一畫面在 2 種體系下展現(xiàn)形式一致，也能根據(jù) 2 種體系特點(diǎn)開發(fā)不同的人機(jī)交互?；邳c(diǎn)、線、面、表格等公共圖元庫(kù)，開發(fā)廠站監(jiān)控、水情水調(diào)、大壩安全、生產(chǎn)運(yùn)行應(yīng)用等各類專業(yè)應(yīng)用圖元，實(shí)現(xiàn)圖元庫(kù)的共享，既能提高界面的展現(xiàn)能力，也能加速應(yīng)用開發(fā)。

2）圖形組件功能。通用圖形提供豐富多彩的監(jiān)視、查詢和分析畫面，圖形界面既可展示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、圖形，又可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析比較以圖形、列表顯示，各圖元集都基于智能一體化管控平臺(tái)，具有統(tǒng)一的人機(jī)界面，而且具有良好的擴(kuò)展性和靈活性。

3）報(bào)表組件功能。提供報(bào)表計(jì)算和編輯功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)表的調(diào)度、打印和管理。報(bào)表的數(shù)據(jù)來源于實(shí)時(shí)、歷史、應(yīng)用數(shù)據(jù)，以及人工輸入及其他報(bào)表輸出，與實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)連接。數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的改變自動(dòng)反映在報(bào)表中，生成新的報(bào)表，每次生成的報(bào)表均可以保存。報(bào)表能夠全面支持 B/S 及 C/S架構(gòu)，部署方式簡(jiǎn)單靈活。

4）數(shù)據(jù)采集與處理功能。處理系統(tǒng)之間的各類數(shù)據(jù)交換和通信，以及對(duì)外網(wǎng)絡(luò)的通信，由多個(gè)進(jìn)程構(gòu)成，按照 7×24 h 連續(xù)工作設(shè)計(jì)，同時(shí)提供及時(shí)準(zhǔn)確的通信日志記錄，供系統(tǒng)意外時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)和分析通信情況時(shí)使用。

數(shù)據(jù)處理軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)采集來的各種不同類型的數(shù)據(jù)依據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行自動(dòng)加工處理，結(jié)果供其它子系統(tǒng)調(diào)用或再加工。

5）跨大區(qū)數(shù)據(jù)傳輸功能。包括正向和反向 2 種安全隔離數(shù)據(jù)傳輸功能。正向安全隔離數(shù)據(jù)傳輸要求能夠?qū)崿F(xiàn) II 區(qū)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過正向隔離裝置傳輸?shù)桨踩?III 區(qū)的功能，傳輸軟件應(yīng)能符合《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》，正向安全數(shù)據(jù)傳輸軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)同步、手工數(shù)據(jù)補(bǔ)傳、網(wǎng)上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、報(bào)警、輔助配置工具、數(shù)據(jù)同步及驗(yàn)證等功能。

反向安全隔離數(shù)據(jù)傳輸要求能夠?qū)崿F(xiàn) III 區(qū)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過反向隔離裝置傳輸?shù)桨踩?II 區(qū)的功能，傳輸軟件符合《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》。反向安全數(shù)據(jù)傳輸軟件實(shí)現(xiàn)外系統(tǒng)（水文、氣象系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)同步、調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步、報(bào)警、召測(cè)信息等功能。

6）系統(tǒng)服務(wù)功能。后臺(tái)服務(wù)具備如下功能：a.內(nèi)核管理，通過內(nèi)核與系統(tǒng)總線的結(jié)合，管理內(nèi)部組件的動(dòng)態(tài)增加、刪除，聚合服務(wù)模塊；b. 服務(wù)管理，在內(nèi)核之上，提供企業(yè)級(jí)應(yīng)用服務(wù)功能，主要有群集、遠(yuǎn)程調(diào)用、安全性、事務(wù)處理、緩存、持久化應(yīng)用等；c. 代理管理，在應(yīng)用之上，提供所有對(duì)外統(tǒng)一的服務(wù)接口，通過統(tǒng)一的注冊(cè)管理、動(dòng)態(tài)尋址，實(shí)現(xiàn)靈活的服務(wù)配置管理。

7）服務(wù)總線。服務(wù)總線（Service Bus）是一種體系結(jié)構(gòu)模式，支持通信各方間服務(wù)交互的虛擬化和管理，充當(dāng) SOA 中服務(wù)提供者和請(qǐng)求者之間的連接服務(wù)的中間層。各模塊僅負(fù)責(zé)各自業(yè)務(wù)，通過體系結(jié)構(gòu)的管理內(nèi)核實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)注冊(cè)、應(yīng)用調(diào)度、事務(wù)管理、生命周期控制等功能，是一個(gè)靈活的服務(wù)管理框架，可促進(jìn)可靠而安全的系統(tǒng)集成，同時(shí)減少應(yīng)用程序接口的數(shù)量、大小和復(fù)雜度。

8）安全保證。主要包括以下 3 方面安全：a. 應(yīng)用安全，針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，在軟件架構(gòu)、安全功能、程序控制安全 3 方面考慮，并在架構(gòu)、功能和程序控制中，落實(shí)身份鑒別、訪問控制、安全審計(jì)、剩余信息保護(hù)、通信完整性、通信保密性、抗抵賴、軟件容錯(cuò)和資源控制等安全內(nèi)容；b.數(shù)據(jù)信息安全，依托數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)系統(tǒng)；c. 系統(tǒng)安全，包括用戶身份鑒別、強(qiáng)制訪問控制、系統(tǒng)安全審計(jì)、用戶數(shù)據(jù)完整性和保密性保護(hù)、客體安全重用、惡意代碼防范等。

9）日志管理。為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，采用日志服務(wù)整合系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息。系統(tǒng)日志管理包括系統(tǒng)日志的記錄、查看，日志文件的備份。

10）任務(wù)管理。定時(shí)任務(wù)管理模塊完成定時(shí)任務(wù)的觸發(fā)，作為后臺(tái)進(jìn)程從數(shù)據(jù)表中讀取有關(guān)的定時(shí)任務(wù)，不斷檢查所定義的定時(shí)任務(wù)是否達(dá)到觸發(fā)條件，并從系統(tǒng)中獲取現(xiàn)在應(yīng)該在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行該定時(shí)任務(wù)。在滿足所設(shè)定的條件時(shí)，在指定的應(yīng)用（節(jié)點(diǎn)）下執(zhí)行設(shè)定的任務(wù)。

11）網(wǎng)絡(luò)管理與服務(wù)。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)總線管理，為系統(tǒng)內(nèi)各模塊和應(yīng)用提供透明的數(shù)據(jù)通道。具有網(wǎng)絡(luò)診斷功能，包括多網(wǎng)段狀態(tài)檢測(cè)，以及網(wǎng)段故障自動(dòng)切換、恢復(fù)等；能實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)管理功能，包括節(jié)點(diǎn)狀態(tài)檢測(cè)、管理、對(duì)時(shí)、心跳的發(fā)送；實(shí)現(xiàn)進(jìn)程信箱注冊(cè)及管理，提供后臺(tái)服務(wù)的客戶端和服務(wù)端功能，負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)間高可靠性數(shù)據(jù)的交互。

12）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理與服務(wù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，支持各種實(shí)時(shí)應(yīng)用訪問服務(wù)，為系統(tǒng)內(nèi)其他進(jìn)程提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的門戶系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)先經(jīng)過實(shí)時(shí)庫(kù)的相關(guān)處理和篩選后再錄入系統(tǒng)歷史庫(kù)中，通過這種方式，能夠較好地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。

13）歷史數(shù)據(jù)管理與服務(wù)。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)支持建立分布式分類數(shù)據(jù)庫(kù)并對(duì)其進(jìn)行有效的管理，能夠適應(yīng)各類商用數(shù)據(jù)庫(kù)和文件數(shù)據(jù)讀取、組裝和持久化操作，數(shù)據(jù)庫(kù)的各種性能指標(biāo)應(yīng)能滿足系統(tǒng)功能和性能的要求。

14）二次開發(fā)接口支持。智能一體化管控平臺(tái)同時(shí)提供遵循基于 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)的面向服務(wù)的應(yīng)用接口；提供服務(wù) API，支持在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，可滿足后續(xù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的需求。

2.1.4基礎(chǔ)應(yīng)用

基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控、水調(diào)自動(dòng)化、大壩安全監(jiān)測(cè)、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)等基本業(yè)務(wù)功能，以及業(yè)務(wù)間協(xié)同互動(dòng)的應(yīng)用組件集合，主要用于提供各類人機(jī)交互界面。

運(yùn)行人員可在中控室通過一體化軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行、水庫(kù)水雨情、大壩安全監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)等信息的綜合監(jiān)視；完成電站機(jī)組開、停機(jī)運(yùn)行及負(fù)荷調(diào)節(jié)操作，閘門遠(yuǎn)程啟閉控制，并聯(lián)動(dòng)相關(guān)視頻攝像機(jī)，同步觀看設(shè)備運(yùn)行畫面；基于一體化平臺(tái)的高級(jí)應(yīng)用組件根據(jù)來水情況實(shí)施水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度和電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；查詢水、電運(yùn)行的所有歷史信息，生成、打印生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表。同時(shí)，新疆吉音水利樞紐工程建設(shè)管理局各處室可通過辦公電腦，以瀏覽器的方式查詢電站、水庫(kù)、壩區(qū)等主要運(yùn)行數(shù)據(jù)及信息。

2.1.5多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

工業(yè)電視系統(tǒng)將信息送到智能一體化管控平臺(tái)的數(shù)據(jù) Ⅲ 區(qū)，并接受智能一體化管控平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)信息。智能一體化管控平臺(tái)畫面與工業(yè)電視系統(tǒng)主站連接，可以將遙信變位、遙測(cè)越限、閘門控制、電力五防操作等系統(tǒng)信息，或者智能輔助系統(tǒng)中的門禁、消防、巡檢、環(huán)境監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)的信息，傳輸給工業(yè)電視系統(tǒng)，工業(yè)電視系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)切換相應(yīng)的攝像頭，推出所需的畫面，提醒運(yùn)行人員輔助決策。同時(shí)工業(yè)電視系統(tǒng)可以通過圖象，判別刀閘或 GIS 設(shè)備狀態(tài)，向智能一體化管控平臺(tái)反饋結(jié)果，輔助倒閘操作、設(shè)備檢修和巡檢等高級(jí)應(yīng)用。

2.2水電廠監(jiān)控子系統(tǒng)

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)閘門、庫(kù)區(qū)及電站自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)視與控制。除基本的數(shù)據(jù)采集與處理、監(jiān)視與報(bào)警、控制與調(diào)節(jié)、系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)、數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)、人機(jī)接口、通訊傳輸?shù)裙δ芡猓姀S遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊還具備 AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）功能，為電站制定安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行計(jì)劃提供輔助決策。系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2　水電廠監(jiān)控子系統(tǒng)

吉音水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)依照“無人值班”（少人值守）的設(shè)計(jì)原則，采用開放式分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)［2］，設(shè)置 3 臺(tái)操作員工作站，1 臺(tái)工程師站，1 臺(tái)廠內(nèi)通信服務(wù)器，2 臺(tái)和省調(diào)/地調(diào)通信的通信服務(wù)器，2 臺(tái)與和田遠(yuǎn)控中心的遠(yuǎn)程通信服務(wù)器。

為保證上下位機(jī)通信的可靠性，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率≥100 Mbit/s且為自適應(yīng)式，采用 TCP/IP 協(xié)議和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)開放系統(tǒng)規(guī)約，例如 IEC 60870-5-104。該層網(wǎng)絡(luò)為冗余熱備，傳輸介質(zhì)為光纖及雙絞線。

機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)、繼電保護(hù)和微機(jī)五防系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊方式，與水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最終在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中展示信息。

2.3水情水調(diào)子系統(tǒng)

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)通過對(duì)吉音水利樞紐控制流域雨水情、水庫(kù)運(yùn)行等信息的自動(dòng)采集處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)流域雨水情信息、水庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，為開展水文預(yù)報(bào)、防洪和發(fā)電調(diào)度提供可靠支持。

2.3.1任務(wù)

水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)充分考慮項(xiàng)目所在流域的資料條件、產(chǎn)匯流規(guī)律、測(cè)站分布、洪水預(yù)見期、水文預(yù)報(bào)方法、防洪控制斷面，以及已建或在建水利水電工程位置等因素，規(guī)劃設(shè)計(jì)本工程水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)。各站點(diǎn)采用自報(bào)式工作體制進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

基于各種通信方式的特點(diǎn)，結(jié)合水情測(cè)報(bào)站點(diǎn)所在地的通信、交通、氣候等環(huán)境特點(diǎn)，本工程通信采用 GPRS、北斗衛(wèi)星、光纖等 3 種方式混合組網(wǎng)。水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

圖3　水情測(cè)報(bào)子系統(tǒng)

2.3.2功能

水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要包括采集、存貯、傳輸、數(shù)據(jù)接收與處理、水文預(yù)報(bào)、報(bào)警、防護(hù)、擴(kuò)展等功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)中心站需具有水文電報(bào)的接收和譯電，并和遙測(cè)數(shù)據(jù)合并使用的功能；水庫(kù)工程的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)可擴(kuò)展水庫(kù)調(diào)度功能；基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程查詢功能。

2.4大壩監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由各種監(jiān)測(cè)儀器（傳感器）、數(shù)據(jù)采集單元（MCU）、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（中央控制裝置、安全信息管理系統(tǒng)）及通信和電源線路等組成。監(jiān)測(cè)中心站采集預(yù)埋在水工建筑物中的各類傳感器的運(yùn)行信息，通過對(duì)信息數(shù)據(jù)的分析處理實(shí)現(xiàn)從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、斷面到整個(gè)工程的數(shù)據(jù)監(jiān)視和異常告警，分析工程的運(yùn)行和安全狀況，為工程的維護(hù)決策和運(yùn)行管理提供依據(jù)。安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

大壩安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)共設(shè) 14 個(gè)觀測(cè)房，結(jié)合本工程測(cè)點(diǎn)斷面分布較散，斷面間及斷面與監(jiān)控中心距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用水工電纜和光纖通信相結(jié)合的有線通信方式設(shè)計(jì)。大壩、表孔溢洪洞、底孔泄洪洞、發(fā)電洞、廠房、觀測(cè)站之間及至中心站（管理處）采用光纖方式通信，觀測(cè)房?jī)?nèi)各數(shù)據(jù)采集終端采用水工電纜方式通信。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理與維護(hù)、圖形報(bào)表繪制、數(shù)據(jù)分析、測(cè)值預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等功能［3］。

2.5生產(chǎn)信息管理子系統(tǒng)

對(duì)電廠生產(chǎn)過程實(shí)施信息化、流程化及無紙化管理，提高管理效率，實(shí)現(xiàn)信息的高度共享。包括發(fā)電運(yùn)行、生產(chǎn)技術(shù)、安全管理，以及信息發(fā)布、電廠巡檢、指紋身份識(shí)別、系統(tǒng)管理維護(hù)等方面的功能模塊。

圖4　安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

2.5.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理

通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分類、篩選及處理，將原始數(shù)據(jù)整合為符合智能一體化管控平臺(tái)存儲(chǔ)要求的數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)與智能一體化管控平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接，并對(duì)主要的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

2.5.2發(fā)電運(yùn)行管理

發(fā)電運(yùn)行管理必須嚴(yán)格按照預(yù)定流程進(jìn)行，使發(fā)電運(yùn)行管理各項(xiàng)工作走向正規(guī)化，廠領(lǐng)導(dǎo)、職能及發(fā)電運(yùn)行部門能及時(shí)了解和掌握發(fā)電運(yùn)行情況。日常生產(chǎn)記錄備案，以備相關(guān)部門及領(lǐng)導(dǎo)查詢，做到有據(jù)可依，有據(jù)可查，責(zé)任落實(shí)到人。應(yīng)包括缺陷、操作票、工作票、值班記錄、日常工作等管理系統(tǒng)，主要完成對(duì)發(fā)電運(yùn)行部的日常生產(chǎn)管理。

2.5.3生產(chǎn)技術(shù)管理

生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)主要包括：設(shè)備作業(yè)交代，生產(chǎn)物資管理，電量信息編輯查詢，計(jì)劃、合同管理，技術(shù)監(jiān)督管理，設(shè)備臺(tái)賬，圖紙資料管理，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范，生產(chǎn)技術(shù)通知，設(shè)備、定期工作、科技科協(xié)和生產(chǎn)任務(wù)管理等子系統(tǒng)。

2.6工業(yè)電視子系統(tǒng)

視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心設(shè)置在管理處辦公樓內(nèi)，所有攝像前端與監(jiān)控中心之間的信號(hào)傳輸采用視頻電纜或光纜。電站視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)置在壩區(qū)、電廠、管理處等幾個(gè)區(qū)域，根據(jù)不同區(qū)域，在壩區(qū)、電廠、管理處 3 個(gè)區(qū)域共設(shè) 4 臺(tái)網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī) NVR（三用一備），相對(duì)集中地匯集每個(gè)區(qū)域的視頻信息，并通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)互聯(lián)，采用內(nèi)部 IP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。電站監(jiān)控中心通過 1 臺(tái)工作站監(jiān)視視頻圖像及 1 臺(tái)流媒體服務(wù)器往管理處進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)。

管理處辦公樓采用大屏進(jìn)行視頻顯示。前端圖像數(shù)字信號(hào)通過交換機(jī)傳到管理處，管理處設(shè)置解碼器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)接入大屏矩陣中，再通過矩陣，上大屏顯示。工業(yè)電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5所示。

2.7網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)

吉音水利樞紐工程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以高速主干網(wǎng)作為信息通信的主干通道，連接各監(jiān)控子網(wǎng)和調(diào)度中心的服務(wù)器、工作站，并且?guī)捒梢詽M足視頻信號(hào)的傳輸與處理，由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：第一級(jí)為和田地調(diào)通信網(wǎng)絡(luò)，第二級(jí)為電廠監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以高速主干網(wǎng)按千兆網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)。

電廠與和田地調(diào)間通信網(wǎng)絡(luò)主通道采用光纖通信，光端設(shè)備按 SDH 622 Mbit/s/2.5 Gbit/s 的傳輸標(biāo)準(zhǔn)配置，設(shè)備類型為分插復(fù)用設(shè)備（ADM），保護(hù)配置采用 1 + 1 保護(hù)（熱備份），配置 2 套 PCM 設(shè)備（省調(diào)、地調(diào)各 1 套），可提供多種中繼、音頻接口，64 kbit/s 及以下數(shù)據(jù)接口，滿足電力調(diào)度通信要求［4］。

圖5　工業(yè)電視子系統(tǒng)

電廠監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)分為生產(chǎn)控制區(qū)和管理信息區(qū) 2 個(gè)大區(qū)。生產(chǎn)控制區(qū)承載電廠監(jiān)控和與電廠生產(chǎn)密切相關(guān)、安全性要求比較高的業(yè)務(wù)，又分為I 區(qū)（控制區(qū)）和 II 區(qū)（非控制區(qū)），I 區(qū)主要負(fù)責(zé)水電站監(jiān)控業(yè)務(wù)，設(shè)置 4 臺(tái)核心交換機(jī)組成雙星型網(wǎng)絡(luò)；II 區(qū)主要負(fù)責(zé)水情水調(diào)、大壩監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)，設(shè)置 1 臺(tái)共用的核心交換機(jī)組成單星型網(wǎng)絡(luò)。管理信息區(qū)承載一些安全性要求沒有生產(chǎn)控制區(qū)高的業(yè)務(wù)，如視頻圖像監(jiān)控、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)等，共用1 臺(tái)核心交換機(jī)。

3　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過分析，吉音水利樞紐智能一體化管控系統(tǒng)較傳統(tǒng)水利信息化系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）標(biāo)準(zhǔn)化?；谝惑w化設(shè)計(jì)思路，提出了水電廠資源建模的統(tǒng)一命名規(guī)范和系統(tǒng)模型、應(yīng)用通信標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮不同應(yīng)用間的信息共享，同時(shí)兼顧不同專業(yè)間的信息安全。平臺(tái)軟件采用模塊化管理，針對(duì)不同專業(yè)僅需配置不同的專業(yè)模塊，同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)、開放的接口，利于后續(xù)業(yè)務(wù)擴(kuò)展。

2）統(tǒng)一化。采用同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、監(jiān)視等不同業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理，可避免不同業(yè)務(wù)之間的條塊分割，達(dá)到資源有效整合、信息高度共享的目標(biāo)，非常適合水利、發(fā)電及調(diào)度一體化運(yùn)行管理模式；采用統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，不僅避免了硬件設(shè)備重復(fù)建設(shè)，節(jié)省用戶投資，同時(shí)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便統(tǒng)一，利于水利行業(yè)用戶掌握，有效精簡(jiǎn)不同專業(yè)的運(yùn)維人員，最大程度實(shí)現(xiàn)人員、資源的優(yōu)化配置和統(tǒng)籌管理。

3）智能化。一體化管控架構(gòu)利于不同專業(yè)系統(tǒng)的深度整合，基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)和智能化決策高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，便于開展各專業(yè)及跨專業(yè)間的高級(jí)應(yīng)用。通過電廠運(yùn)行監(jiān)控及水資源調(diào)度等應(yīng)用領(lǐng)域的專家知識(shí)庫(kù)、分析模型、應(yīng)用算法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)度、輔助決策的智能化，全面提高工作效率，提升管理水平。

在一體化管控系統(tǒng)實(shí)施過程中，應(yīng)注重系統(tǒng)的實(shí)用性，人機(jī)界面須充分考慮多專業(yè)運(yùn)維人員的從業(yè)習(xí)慣，便于水利行業(yè)用戶掌握。

一體化管控系統(tǒng)在滿足吉音水利樞紐電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、水情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視、信息管理等基礎(chǔ)功能外，還基于一體化的軟硬件配置及系統(tǒng)軟件構(gòu)架，為打破不同專業(yè)間的壁壘，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)綜合分析、輔助決策及電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)上報(bào)等高級(jí)應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件，在確保防洪安全和保證供水的基礎(chǔ)上，提高了樞紐綜合利用效益。

［1］ 柳海鵬. 管理自動(dòng)化在烏魯瓦提水利樞紐的應(yīng)用［J］. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2004，28 （3）: 80-81.

［2］ 汪軍，鄭冬梅，方輝欽. 第 3 代水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其在水口電廠的應(yīng)用［J］. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2004，28 （2）: 13-16.

［3］ 劉觀標(biāo). 混凝土大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2004，28 （2）: 1-5.

［4］ 王和平，許玉忠. 淺談新疆烏魯瓦提水利樞紐工程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造［J］. 人民珠江，2015 （1）: 127-132.

Research of Intelligent Integrated Management and Control System in Jiyin Water Conservancy Hub

ZHANG Baocai
（JiYin Water Conservancy Project Construction Management Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 848000， China）

The article introduces the subsystems of general design scheme， hydropower plant monitoring，hydrological forecasting， dam monitoring， production information， industrial television and network communications of the intelligent integrated management and control system in Jiyin water conservancy hub. It elaborates from the terms of design ideas， system architecture and hierarchical partition， explores the integrated management control system for multi-field fusion， briefly introduces the project implementation of and the system operation. This paper gives some references in project design of informatization system for water conservancy project management unit. The research shows that the integrated management and control system is very suitable for integrated water conservancy informatization engineering.

integrated automation； automation system； intelligent； integrated management and control； Jiyin water conservancy hub

TV21

A

1674-9405（2016）04-0064-09

10.19364/j.1674-9405.2016.04.014

2016-02-23

張保才（1967-），男，河南郾城人，高級(jí)工程師，從事水利工程管理工作。