大伙房水庫輸水應急入連工程信息化自動化系統(tǒng)構建

王 彤

(遼寧省水利水電勘測設計研究院 沈陽 110006)

劉大慶 蔡 新

(大連市供水有限公司 116021)

1 項目背景

大伙房水庫輸水應急入連工程是從大伙房水庫輸水(二期)工程鞍山加壓泵站向大連供水，解決大連金州以南地區(qū)及瓦房店地區(qū)缺水問題的長距離、跨流域、大規(guī)模輸水工程。

2 目標和任務

a.建設目標。實現(xiàn)輸水工程運行管理的現(xiàn)代化要求的建設目標。

b.建設任務。輸水工程信息系統(tǒng)建設任務是:在輸水工程沿線范圍內，建設一個以輸水調度運行系統(tǒng)為核心任務的輸水工程分布式控制系統(tǒng)工程總體技術解決方案。

c.建設原則。為確保預期目標的實現(xiàn)，建設時應遵循以下原則:?按需求導向，突出重點;?實用先進，安全可靠;?統(tǒng)一標準，擴展開放

3 需求分析

該信息化系統(tǒng)總體需求為:全線輸水統(tǒng)一調度，分層自動控制，保障全程調水安全和工程運行安全，快速響應突發(fā)事件。

調度中心根據(jù)可供水量、該地區(qū)用戶需水計劃，制定調度方案。以確保系統(tǒng)運行安全為目標，按照預定的調度模式，下達全線統(tǒng)一控制的調度指令。

4 系統(tǒng)總體設計

4.1 設計思路

根據(jù)需求特點和設計邊界條件，結合技術發(fā)展趨勢，設計系統(tǒng)的基本思想、方法和原則。

調度系統(tǒng)在對來水和用水需求進行分析后，使用調度方案進行全線調度控制。根據(jù)全線工作情況，按照調度方案，在保證輸水系統(tǒng)安全的條件下，執(zhí)行泵組臺數(shù)、泵組轉數(shù)、閥門調節(jié)自動化運行。

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是信息化系統(tǒng)的平臺，根據(jù)各個應用系統(tǒng)對網(wǎng)絡實時性、安全可靠性、帶寬要求建設計算機網(wǎng)絡。

行政電話及語音調度系統(tǒng)是自動化調度系統(tǒng)的輔助措施和必須的備用手段，采用行政、調度合一的程控交換系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)傳統(tǒng)語音調度。

4.2 總體框架

該信息化系統(tǒng)工程管理層次清晰，地理分布廣闊，是一個覆蓋輸水全線的層次型、多系統(tǒng)集成，分布式的綜合自動化系統(tǒng)。該信息化系統(tǒng)工程基于5個計算機局域網(wǎng)并互聯(lián)構成的廣域網(wǎng)。從總體邏輯上看，在縱向上按管理層次結構劃分為三級:調度中心、站級、現(xiàn)地級。對應的廣域網(wǎng)系統(tǒng)也劃分為調度中心計算機網(wǎng)絡、中途站計算機網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。

4.3 系統(tǒng)劃分

系統(tǒng)劃分為應用系統(tǒng)、基礎設施、組織管理。

4.4 安全體系

系統(tǒng)安全體系包括安全技術體系和安全管理體系，形成集防護、檢測、響應、恢復于一體的安全防護體系。

5 應用系統(tǒng)設計

5.1 調度自動化系統(tǒng)

綜合考慮輸水工程的應用需求，結合輸水工程信息自動化系統(tǒng)建設的特點，輸水工程調度自動化建設主要包括以下子系統(tǒng):

a.輸水運算模型及仿真子系統(tǒng)。以數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)為依托，通過水力學數(shù)值計算配水模型、輸水計劃條件，實現(xiàn)對系統(tǒng)進行合理有效的運行調度。根據(jù)系統(tǒng)集成要求，模型子系統(tǒng)提供其他系統(tǒng)需求的功能和接口。

b.數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。該工程是涉及1個調度中心、4個中途站的大型水利建設工程，其自動化系統(tǒng)是一個層次型多系統(tǒng)集成式綜合自動化系統(tǒng)，因此系統(tǒng)信息的來源是多方面的。調度系統(tǒng)進行有機集成和統(tǒng)一管理，包括匯總關聯(lián)、二次加工、長期沉淀、相互引用、統(tǒng)一表現(xiàn)，最終構成輸水調度數(shù)據(jù)平臺。

基礎數(shù)據(jù)庫分布在調度中心和各中途站，通過數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)查詢等系統(tǒng)建設，建成具有存儲、轉發(fā)和處理功能的輸水信息共享服務平臺。

c.調度方案生成子系統(tǒng)。在整個輸水系統(tǒng)中，不但承擔著輸水任務，同時也承擔著水資源的調配任務。輸水系統(tǒng)水源來自于大伙房水庫輸水工程，同時涉及碧流河水庫和東風水庫的運行，輸水用戶為大連市。因此輸水運行必須充分考慮水源及兩個水庫條件的制約和需求，必須考慮季節(jié)、突發(fā)事件等因素對輸水影響。

通過調度模型確立輸水方案，模擬仿真后，實現(xiàn)操作的可實施性。

d.調度指令生成子系統(tǒng)。輸水調度方案形成以后，調度指令生成子系統(tǒng)完成具體的調度方案實施功能，進入實質性的執(zhí)行環(huán)節(jié)，輸水調度指令分解下發(fā)。

e.水量統(tǒng)計與結算子系統(tǒng)。通過自動化控制系統(tǒng)輸出的運行數(shù)據(jù)，按日、旬、月、年對各個輸水接管點的水量進行分時段統(tǒng)計，按水費征收管理部門規(guī)定的水價費率進行計算。

統(tǒng)計分析輸水過程，進行一定時間段內的水量平衡，計算水量損耗，分析損耗成因與分布，為輸水成本測算及企業(yè)效益評定提供依據(jù)。

5.2 自動化監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)是輸水信息化系統(tǒng)的基礎。輸水信息化系統(tǒng)的各項功能子系統(tǒng)均以運行監(jiān)控系統(tǒng)的實時控制、采集信息為基礎，加工生成各子系統(tǒng)的目標文件。輸水系統(tǒng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)包括調度中心遠程監(jiān)控系統(tǒng)、4個泵站站級監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)設計采用分層和全分布式體系結構，系統(tǒng)各功能分布在系統(tǒng)的各個節(jié)點上，每個節(jié)點相對獨立運行并嚴格執(zhí)行指定任務。

5.3 運行管理系統(tǒng)

根據(jù)“統(tǒng)一調度，分級管理”的運行維護管理體制，工程運行維護管理系統(tǒng)總體結構由站級、調度總中心兩級組成。系統(tǒng)包括工程巡查維護子系統(tǒng)、突發(fā)事件響應子系統(tǒng)、工程維修養(yǎng)護子系統(tǒng)、工程管理考核子系統(tǒng)。

資產(chǎn)管理子系統(tǒng)主要包括固定資產(chǎn)管理、無形資產(chǎn)管理、流動資產(chǎn)管理和系統(tǒng)管理等部分，主要完成追蹤企業(yè)資產(chǎn)的動向，對資產(chǎn)的變動、損耗、采購、報廢等情況進行監(jiān)管。

5.4 辦公系統(tǒng)(OA 系統(tǒng))

在輸水工程信息自動化系統(tǒng)的總體框架下，業(yè)務網(wǎng)為基礎，圍繞公司實際辦公需要，整合、規(guī)范現(xiàn)行業(yè)務流程，建設覆蓋全線的通用辦公系統(tǒng)，實現(xiàn)各部門間辦公信息互聯(lián)互通、資源共享、協(xié)同辦公，全面提高工作效率。

5.5 視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)

a.監(jiān)控對象。該系統(tǒng)需要監(jiān)控的對象主要為廠區(qū)、各通道、進出口等區(qū)域。

b.監(jiān)視系統(tǒng)功能設計。包括視頻控制、視頻查詢、視頻存儲。

6 基礎設施

6.1 計算機網(wǎng)絡

輸水工程信息化系統(tǒng)廣域網(wǎng)由三級網(wǎng)絡構成:第一級，調度中心計算機網(wǎng)絡;第二級，中途站計算機網(wǎng)絡;第三級，現(xiàn)地控制現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。

中途站計算機網(wǎng)絡分為4個加壓站局域網(wǎng)。4個中途站局域網(wǎng)分別接入光纖傳輸專網(wǎng)與調度中心局域網(wǎng)絡互連互通。

中途站局域網(wǎng)及調度中心局域網(wǎng)均采用星型拓撲網(wǎng)絡結構。

調度中心采用1000M 冗余網(wǎng)絡交換設備，保證流量及響應速度，形成調度中心1000M 局域以太網(wǎng)。調度中心監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶機/服務器結構的網(wǎng)絡系統(tǒng)，配有數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、路由器等。

各中途站采用100M 冗余網(wǎng)絡交換設備。各中途站內部根據(jù)輸水工藝流程及工藝要求，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)全站SCADA，具有可靠性高、適應性強的PLC 數(shù)據(jù)采集、控制功能，計算機管理顯示，構成分層分布控制、監(jiān)測系統(tǒng)。

6.2 實體環(huán)境

系統(tǒng)運行實體環(huán)境是支撐全程業(yè)務運行、滿足調度、實時監(jiān)控、會商的重要場所。各中途站中控室及調度中心是監(jiān)視和控制工程運行的重要場所，重要設備24 小時不間斷運轉，調度、運行人員24 小時值班。為保證各系統(tǒng)設備的正常運行，同時能提供一個良好的工作、會商環(huán)境，應做到布局合理、功能齊備、操控便捷、環(huán)境舒適。中控室、調度中心需設置大屏幕顯示系統(tǒng)、擴聲系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、設備防雷接地系統(tǒng)等。

機房內裝修按照通信機房及電子計算機機房設計規(guī)范設計，做好防塵、防水、防干擾設施。在滿足相關規(guī)范的前提下，確保機房安全、實用，同時還要保證機房的美觀。