灌區供水調度控制系統的應用

鄧云香，夏學濤，陳鐳

(1.四川省都江堰人民渠二處，四川德陽618000;2.中石化西南油氣分公司元壩氣田項目部，四川閬中 637400)

1 概述

灌區供水調度是灌區實施計劃供水的重要環節，是實施灌區水資源優化配置的重要保障措施。由于灌區范圍大，工程分散，區內氣候存在差異等，若用傳統的人工采集及傳遞信息的方法來決策調度方案，往往使灌區水資源調配滯后于客觀實際的變化，很難滿足優化調配的要求。因此，為優化調配灌區水資源，提高調水的時效性，只有建設一套灌區供水調度系統，才能做到水資源的合理優化利用。

筆者介紹了具有自主知識產權的RTU(遠程終端單元)，基于互聯網通訊，建立起了供(用)水調度系統，實現了對都江堰人民渠二處灌區下設置30個配水站的自動控制;同時，與視頻監控系統配套，實現了整個灌區調水的集中可控與可視化，為灌區優化調配水資源、決策調度方案提供了依據。

2 系統概況

都江堰人民渠二處灌區供水調度系統由30座現場控制站、1個中心監控站、1個視頻監控站組成。通過互聯網，不僅可以實現分站點與中心調度站高效數據交換，同時亦可遠程移動化管理。真正意義上構建起了“分散控制，集中管理”的管控平臺(圖1)。

2.1 硬件構成

現場控制站所設的測量儀表包括:①1臺在線式多普勒流量水深儀，同時測量流量和水位;②1臺閘門開度儀，用于測量閘門開度;③1臺變頻器，用于驅動閘門電機。

圖1 灌區供水調度系統構成圖

控制系統的構成:

現場控制站系統包括:I/O 模塊、信息安全控制器LP-2GraphX、ADSL 寬帶路由器。

調度中心系統包括:操作員站(兼工程師站)、輔助操作臺、網絡路由器、打印機。

2.2 軟件構成

軟件構成包括:

SuperCX 3.1上位機組態軟件包;

fToolsGraph 2.1控制器在線組態軟件包;

NVS CENTER 視頻監控管理軟件包;

LP2G-LDV 型客戶端加密狗;

LP2G-LCFG 型控制器在線組態加密狗。

2.3 控制站通訊網絡構成(圖2)

圖2 控制站通訊網絡圖

各現場視頻監控攝像頭可直接連接到現場控制箱內的視頻服務器上，由ADSL 寬帶路由器連接到視頻監控站。

具有自主知識產權的現場安全控制器LP-2GraphX 具有2個隔離的RS232/RS485串口。支持主/從工作模式，既可以對智能儀表、PLC 等進行數據采集和控制，也可以外接本地觸摸操作屏對控制器進行監控操作。串口工作模式和參數可由組態軟件設置，通信協議為Modbus RTU。

網絡通信服務器支持16個并發服務數，內部網絡客戶訪問時使用基于TCP/IP 的Modbus通信協議，調度中心配安全授權U 盾，由SuperCX實時監控軟件和通信安全組件與控制站通信。外部網絡客戶訪問時使用動態安全保密協議并需授權認證，利用IE 瀏覽器訪問現場閘門配水站的實時監控狀態，控制器內置的DeviceView 實時安全監控組件與現場閘門配水站進行安全通信，調取控制器內部的實時監控畫面，實現數據采集和監控操作。

2.4 系統功能及特點

都江堰人民渠二處灌區供水調度系統的核心專用設備完全具有獨立自主的知識產權。軟件開發靈活、簡便，以便捷、直觀的組態界面操作呈現于用戶。基于互聯網的網絡傳輸協議，有效的解決了遠距離傳輸、通訊的客觀要求，同時為遠程便捷監控、管理提供了條件。良好的安全加密機制為灌區安全運行提供了可靠保障。視頻監控作為輔助調水的手段，為灌區調水提供了可視化服務，有效地解決了灌區調水可視與可控的生產要求。主要體現在以下幾點:

控制中心實現了遠程采集各配水站的流量、水位、閘門的過程參數，并實現了對閘門實時的遠程控制。

調度中心SuperCX 3.1實時監控軟件友好的人機界面、豐富的流程圖庫、穩定的過程參數連接、實時動態的指示、歷史記錄、報警、報表打印，為自動化調水提供了便捷。

與控制器配套的fToolsGraph 組態工具可實現遠程/超遠程在線組態、編程、維護等工作。軟件工具包中的fToolsDraw 操作畫面，可對實時操作畫面進行在線開發，并實時下裝到控制器中，為遠端管控提供了便捷。

采用基于動態密鑰組的非對稱加密算法，有效保障了在開放網絡環境下對控制權的嚴密管理，構筑起了完善的安全操作管理機制。

控制器內置PID 算法模塊，快速配置PID 控制回路。內部的I/O 卡件均可在線插拔更換且方便更換。EBx 擴展模塊可對控制器進行I/O 擴展或智能串口的擴展。

fToolsDraw 畫面開發軟件能通過VBScript 腳本控制、觸發對應事件。可根據需要對數據源直接連接，也可實現畫面局部變量的連接。

視頻監控管理軟件NVS CENTER 可實現多達16路的實時視頻圖像監控，可單畫面、多畫面分割、輪巡切換顯示。在授權許可內，可對前端云臺和鏡頭實施控制。支持視頻文件存儲，實時抓拍與回放，為控制提供了強大的可視化功能。

3 討論

隨著RTU(遠程終端單元)廣泛的應用于大型水利灌區的自動化控制，對構建以RTU(遠程終端單元)為核心的自動控制系統提出了更高的要求，針對系統的可靠性與兼容性有了更多且具體的理念，要求其具有更強大的處理數據和存儲數據的能力，有更強的自適應能力，有更為精確的數據運算、處理能力，以適應大型水利灌區向網絡化、一體化、高精度的發展需求。可實現向下、向上的多方兼容。LP-2系列安全RTU 控制器正在向這些方向發展。

4 結語

(1)該系統于2005年12月投入運行后，使都江堰人民渠二處灌區水資源得到了充分、合理地利用。

(2)該系統的建設和投用，在很大程度上減輕了都江堰人民渠二處灌區管理所工作人員的勞動強度，免去了晝夜巡水的麻煩，提高了灌區管理的科技含量，為灌區的科學調度和優化配水提供了可靠的依據，同時增強了灌區管理人員利用電子技術和信息技術、提高工作效率的科技意識。

(3)具有自主知識產權的RTU(遠程終端單元)、I/O 模塊及編程軟件成功的運用，為分散控制、集中管理提供了有效的解決方案。

［1］項曉春，劉廣魁.SCADA 系統及其應用［J］.自動化技術與應用，2000，19(6):19-22.

［2］馬建明.數據采集與處理技術［M］.西安:西安交通大學出版社，2005.

［3］基于Modbus 協議的工業自動化網絡規范.GB/Z 19582-2004［S］.