兩級泵站數據接口方案研究

徐繼華

（深圳市東深電子股份有限公司，廣東 深圳 518057）

1 系統概述

深圳市北線引水工程上埔泵站的地理位置位于廣東粵港供水有限公司的雁田管理部管理范圍內，同時與廣東粵港供水有限公司的上埔泵站共用水源。因此，深圳市北線引水工程上埔泵站計算機監控系統需要考慮與已有的廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統進行無縫連接，與該系統進行必要的、關鍵信息的數據交換。

為實現及時、安全、穩定、可靠的關鍵信息數據交換，深圳市北線引水工程上埔泵站監控系統與廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統之間的接口形式、通信協議、數據格式、采集頻率和精確度等技術指標都必須滿足雙方系統要求。

2 需求分析

深圳市北線引水工程上埔泵站及 110 kV專用變電站自動化系統是深圳市北線引水工程的重要組成部分，該工程既要與廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統進行數據交換以獲得影響泵站運行和調度的重要關鍵信息，同時也承擔著為今后北線引水工程調度中心提供基礎信息采集的功能。因此，其安全、穩定、可靠運行是非常重要的。

而廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統作為一個國內最成功的梯級泵站計算機監控系統，已經安全可靠地運行了多年，也取得很多寶貴經驗，其完善的安全體系和嚴格管理制度，是其安全運行、穩定可靠的保障。

隨著深圳市北線引水工程上埔泵站及 110 kV專用變電站自動化系統建設的不斷深入，兩個監控系統之間如何銜接，已經成為近期的工作重點。

下面將從業務應用需要、安全需要和管理需要出發，進行雙方需要交換數據的需求分析。

2.1 業務應用需要

以深圳市北線引水工程上埔泵站的角度，從業務應用的需要出發，為了能夠確保深圳市北線引水工程上埔泵站的正常運行，上埔泵站110 kV專用變電站需要與廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統的電氣系統獲得二者之間的聯絡開關的實時信息，以實現電氣開關之間聯動和閉鎖功能。

以廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統的角度，從業務應用的需要出發，需要從深圳市北線引水工程上埔泵站監控系統采集的信息包括各機組運行狀態、泵站流量信息以及110 kV專用變電站的開關狀態等電氣狀態及參數。

2.2 安全運行需要

考慮到廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統和深圳市北線引水工程上埔泵站監控系統均為專用的生產業務系統，其安全性、可靠性要求高，如果將上述兩個監控系統的網絡簡單連接，勢必存在受到外部病毒或黑客的攻擊的潛在威脅。因此，需要對各個網絡進行分段管理，通過采用防火墻、建立VPN專用隧道或采用傳統的獨立串口等方式進行安全處理，以保障網絡的安全。

從數據安全性上，需要對所有交換數據的數據格式進行校驗，數值范圍進行嚴格控制，確保交換數據安全性、正確性和準確性。為了保障兩個系統的時間同步，建議采用同一型號的GPS衛星時鐘同步裝置。

2.3 生產管理需要

深圳市北線引水工程上埔泵站監控系統方面，在為了保障系統的高效、穩定運行，需要實現流量平衡計算、站間安全閉鎖、電氣安全閉鎖、優化調度計算、數據報表開發和操作界面的開發等工作。

在廣東粵港供水有限公司方面需要改進的工作包括：流量平衡計算、站間安全閉鎖、電氣安全閉鎖、優化調度計算、智能報表開發、模擬屏的改造和現有操作界面的修改等工作。

3 方案設計

任何一個計算機監控系統都是關鍵的生產業務系統，一直受到生產管理人員和生產運行人員的高度關注。

廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統作為水利信息化、自動化建設的樣板工程，已經安全穩定了多年，得到了水利行業內的高度認可，其技術水平、運行效率和管理方法都有很多值得學習和借鑒的。

深圳市北線引水工程上埔泵站監控系統作為深圳水利信息化建設的重要組成部分，將為深圳今后的經濟發展提供重要的保障。

上述兩個系統共處在廣東粵港供水有限公司的雁田管理部管理大院內，有共同的水源。因此，二者之間必然通過必要的數據交換，通過及時、安全、穩定、高效的協調和配合才能保障“有水可取、取之有道、協同配合、工作高效”。

根據廣東粵港供水有限公司的計算機監控系統和深圳市北線引水工程上埔泵站監控系統的設計，以及需要進行數據交換的需要采用PLC通信方案。

由于在兩個監控系統之間距離不超過1.2 km，通信線走室外電纜溝。考慮到防雷和電磁場對通訊引起的干擾，不建議用帶屏蔽線的通信電纜，建議采用敷設光纜實現兩個站之間的數據交換。在光纜的兩端使用光電轉換器（光纖轉RS485通訊接口）。所以兩個站之間交換的數據就不存在直接在網絡上交換，可以保障數據的安全。

兩個站之間以Profibus DP的方式進行通訊，在雙方的PLC總線上掛兩個Profibus DP通訊模塊，一個作從站一個作主站。主站從從站PLC中讀取數據，然后把數據上傳到系統的應用服務器。從站PLC把數據發到主站PLC中，然后把數據上傳到系統的應用服務器。

這種方式的數據交換接口通過PLC總線上的Profibus DP通訊模塊作為數據交換的核心組件。Profibus DP通信方式對PLC編寫程序工作量較少、調試的周期短、效率高、安全性高，從而保障系統數據的安全性。

4 系統功能實現

根據本方案的實際需要，設計一面新增的LCU屏柜。根據北線上埔泵站和粵港泵站雙方確認的最終點表數據通過Profibus DP總線進行數據讀寫操作。對粵港泵站新增加的2臺威勝電度表進行通信，讀取電度表里面的數據。并且把數據上傳到兩個泵站的計算機監控系統中形成報表的形式。對粵港泵站變電站的聯絡開關斷路器合閘、分閘和隔離開關合閘、分閘操作進行電器上安全閉鎖操作編程。對粵港泵站變電站旗上線斷路器和開關刀閘操作進行電器上安全閉鎖操作編程。北線上埔泵站日計劃用水量（具體到小時）、周/月計劃用水量（具體到天）通過監控接口分別定時每天、每周、每月通過上埔泵站計算機監控系統把數據寫到上埔泵站公用系統PLC中，數據通過Profibus DP總線傳給粵港泵站新增的PLC中，然后粵港泵站計算機監控系統從粵港泵站新增的PLC中讀取數據，形成報表的形式存在粵港泵站計算機監控系統數據服務器里。

粵港泵站計算機監控系統實現功能包括：根據北線上埔泵站和粵港泵站雙方已經確認的點表數據進行點定義；修改現有粵港泵站電氣主結線圖；對電氣數據進行存檔，形成報表的形式（主變日報表、月報表、年報表、聯絡線日報表、聯絡線月報表、聯絡線年報表、周/日計劃用水量、文丘里管流量數據采集）；添加電氣操作畫面（旗上線斷路器合閘、分閘和開關刀閘合閘、分閘操作畫面、聯絡開關斷路器合閘、分閘和隔離開關合閘、分閘操作畫面）。