田山灌區(qū)調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁 東 ，王玉梅 ，閆士秋

（1.山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心，山東 濟(jì)南 250100）

田山灌區(qū)坐落于濟(jì)南市平陰縣、泰安市肥城市境內(nèi)，是山東省境內(nèi)的最大型電力引黃灌溉工程，在平陰縣境內(nèi)為南北布置，在肥城市境內(nèi)為東西布置。灌區(qū)運(yùn)行四十多年來，存在很多的事故隱患問題：電氣設(shè)備老化；部分設(shè)備無信息采集措施，易誤操作引發(fā)事故；調(diào)水管理全靠傳統(tǒng)方式，無信息化支撐，靠經(jīng)驗(yàn)與大量人工調(diào)水；泵站、閘站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、監(jiān)測等設(shè)施無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；無視頻監(jiān)視系統(tǒng)，調(diào)水技術(shù)集成不足、灌區(qū)信息化建設(shè)不能滿足管理的要求等等。因此，電氣設(shè)備改造的同時(shí)，建設(shè)覆蓋全灌區(qū)的包含計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)是非常必要的。

1 建設(shè)原則

1.1 實(shí)用性與先進(jìn)性原則

充分考慮灌區(qū)信息化建設(shè)的實(shí)際，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌兼顧，充分利用現(xiàn)有的設(shè)施、設(shè)備及通信資源，因地制宜，在滿足實(shí)用性的基礎(chǔ)上，盡可能運(yùn)用主流領(lǐng)先技術(shù)，保證系統(tǒng)具有較長的生命周期。

1.2 可兼容性原則

按標(biāo)準(zhǔn)定位設(shè)備，組建系統(tǒng)，并利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)展，以及與其他相關(guān)系統(tǒng)的連接。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

采用主流的開放式分層分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分遠(yuǎn)方監(jiān)視控制層、主要控制層和現(xiàn)地控制層結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)方監(jiān)視控制設(shè)置在灌區(qū)管理處調(diào)度中心，對(duì)各泵站、閘站等建筑物的各種信息參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，下達(dá)調(diào)水指令。管理處調(diào)度中心遠(yuǎn)方監(jiān)視控制層。主要完成對(duì)現(xiàn)地控制的設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，通過組態(tài)采集并匯集、整理、處理各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析形成各種報(bào)表，上傳有關(guān)泵站、閘站運(yùn)行數(shù)據(jù)，下達(dá)上一級(jí)調(diào)度指令，主控層部署于泵站中控室，主要完成對(duì)現(xiàn)地各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與采集?，F(xiàn)地控制層設(shè)在設(shè)備現(xiàn)地，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)地設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測、控制。

這三層結(jié)構(gòu)采用三級(jí)控制系統(tǒng)，現(xiàn)地控制層擁有控制權(quán)限最高登記；主要控制層（各泵站中控室）擁有第二級(jí)權(quán)限；遠(yuǎn)方監(jiān)視控制層擁有第三級(jí)權(quán)限，控制權(quán)限最低。遠(yuǎn)方監(jiān)視控制層、主要控制層和現(xiàn)地控制層通過100Mbps快速以太網(wǎng)形成網(wǎng)絡(luò)，通過單模光纖傳輸。為保證運(yùn)行可靠性，泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)溥x擇環(huán)形結(jié)構(gòu)。

2.2 監(jiān)視系統(tǒng)

在管理處設(shè)置監(jiān)控中心一處，配備相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、顯示設(shè)備，便于及時(shí)準(zhǔn)確地了解灌區(qū)各關(guān)鍵設(shè)施運(yùn)行情況。根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)情況，組成三級(jí)組織結(jié)構(gòu)（管理處監(jiān)控中心，一、二級(jí)泵站，各前端監(jiān)控點(diǎn)）、一個(gè)授權(quán)管理層次（管理處監(jiān)控中心）的系統(tǒng)。監(jiān)控中心（設(shè)在管理處）負(fù)責(zé)對(duì)其下屬所有前端設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一注冊、授權(quán)、管理，可查看下屬任何一個(gè)前端監(jiān)控點(diǎn)當(dāng)前、歷史視頻圖像，也可查看安防報(bào)警信息及相關(guān)監(jiān)控圖像，并可對(duì)下屬任何一個(gè)前端預(yù)警廣播發(fā)布預(yù)警信息。在監(jiān)控中心布署大屏幕系統(tǒng)設(shè)備作為系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)，布署網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)下屬各閘的監(jiān)視點(diǎn)圖像進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，對(duì)各泵站的監(jiān)視點(diǎn)做應(yīng)急備份存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)調(diào)取存儲(chǔ)。一、二級(jí)泵站為視頻及安防監(jiān)控系統(tǒng)的接入單位，負(fù)責(zé)各廠區(qū)責(zé)任范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控與安防預(yù)警，將攝像頭等前端設(shè)備采集到的信息在本地匯聚后上傳至管理處進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理。各前端監(jiān)控點(diǎn)受監(jiān)控中心及相應(yīng)泵站控制，采集各現(xiàn)地視頻數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)上傳。

2.3 電氣設(shè)備改造

電氣設(shè)備的改造配合自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)。對(duì)原有無法使用的設(shè)備進(jìn)行更換，在更換的過程中，充分考慮各種輸入、輸出信號(hào)，并接入信息化系統(tǒng)，從而形成一個(gè)聯(lián)合顯示與控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.4 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)主要任務(wù)是連接灌區(qū)上的一級(jí)泵站、田山節(jié)制閘、連通閘、管理處、沉沙池分水閘、北土節(jié)制閘、二級(jí)泵站?？紤]到本工程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單，通信站點(diǎn)數(shù)量不多，同時(shí)兼顧系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求和工程的運(yùn)行環(huán)境，采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢是具有帶寬高、質(zhì)量高、傳輸穩(wěn)定、有效抗電磁干擾、私密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。最終根據(jù)通信傳輸系統(tǒng)的建設(shè)情況，按照高效、實(shí)用、簡單易用的原則，構(gòu)成三級(jí)組織結(jié)構(gòu)的傳輸系統(tǒng)。

1）通信骨干站點(diǎn)設(shè)置。充分考慮輸水建筑物地理位置及其他系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等對(duì)通信系統(tǒng)的需求，具體設(shè)置通信骨干網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)7個(gè)，分別為：一級(jí)泵站、田山節(jié)制閘、聯(lián)通閘、管理處、沉砂池分水閘、北土節(jié)制閘、二級(jí)泵閘。

2）通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于本工程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容分為控制信息與視頻語音等信息。根據(jù)傳輸內(nèi)容的重要性，本工程重點(diǎn)保證監(jiān)控功能的順利實(shí)現(xiàn)。視頻語音信息的傳輸速率比較高，占用帶寬比較大，視頻信號(hào)傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)有可能發(fā)生瞬時(shí)的數(shù)據(jù)沖擊。為了保證最重要的調(diào)度控制功能的實(shí)現(xiàn)，建設(shè)控制專網(wǎng)與其他業(yè)務(wù)分開的傳輸網(wǎng)絡(luò)。控制專網(wǎng)的帶寬比較小，選用百兆工業(yè)以太網(wǎng)，其他業(yè)務(wù)帶寬比較高，采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)。

采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)將沿線主要通信站通過光纜連接，采用自愈環(huán)網(wǎng)方式，一級(jí)泵站、田山節(jié)制閘、聯(lián)通閘、灌區(qū)管理處、沉砂池分水閘、北土節(jié)制閘、二級(jí)泵站組成手拉手環(huán)網(wǎng)。系統(tǒng)采用內(nèi)部纖芯環(huán)形方案，保證了系統(tǒng)的可靠性。如果系統(tǒng)中某條光路或一臺(tái)交換機(jī)發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構(gòu)將在小于20ms時(shí)間內(nèi)完成配置信息的倒換，切換成具有完全傳輸性能的總線型結(jié)構(gòu)。

2.5 調(diào)度電話系統(tǒng)

田山灌區(qū)線路涉及多個(gè)沿線管理站點(diǎn)，為了滿足調(diào)度中心和全線各泵、閘站的生產(chǎn)調(diào)度和行政管理的通話需求，須建立可靠的調(diào)度電話應(yīng)用。語音通信是實(shí)現(xiàn)整個(gè)灌區(qū)各級(jí)管理部門調(diào)度的重要手段之一，其安全可靠性要求高，要求系統(tǒng)在單設(shè)備無法實(shí)用的情況下，不影響正常的調(diào)度通信要求，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具備來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、熱線撥號(hào)、電話會(huì)議、集中網(wǎng)管等功能。建成后調(diào)度電話系統(tǒng)既具有普通的行政電話功能，又有調(diào)度電話系統(tǒng)功能。行政與調(diào)度語音系統(tǒng)的維護(hù)與管理具備靈活、便捷特點(diǎn)，應(yīng)包含整個(gè)系統(tǒng)的同一個(gè)監(jiān)察控制、管理。

3 結(jié)語

田山灌區(qū)調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，效果良好，且全部裝置運(yùn)行穩(wěn)定，突出優(yōu)點(diǎn)是調(diào)度精細(xì)化、可視化，安全性高。調(diào)度精細(xì)化使供水的質(zhì)量保持穩(wěn)定，對(duì)灌區(qū)的運(yùn)行起到了非常重要的作用，有效地提高了工作效率與質(zhì)量，節(jié)約了用電，整個(gè)管理處的運(yùn)行管理提升了一個(gè)臺(tái)階；調(diào)度可視化大大減少了人工巡查，節(jié)約了人力資源，在管理處實(shí)現(xiàn)了全灌區(qū)調(diào)水的監(jiān)視，提高了灌區(qū)的安全性，各個(gè)泵站、閘的運(yùn)行工情在管理處實(shí)時(shí)顯示，有效地防止了調(diào)度中由于數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致誤操作。

顯然，灌區(qū)信息化改造帶來了綜合的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，符合國家高效節(jié)能的要求，值得在今后的水利工程中大力推廣和使用。