引江濟淮工程蜀山泵站樞紐智能控制系統方案設計

李 楊

一、工程概況

蜀山泵站樞紐位于引江濟淮線路江淮溝通段，由提水泵站和船閘等組成。泵站選用立式混流泵，配同步電機，總裝機功率67500kW。泵站進水池連接派河段輸水河道；出水池連接分水嶺段輸水河道。

蜀山泵站樞紐智能控制系統設計采用先進的信息采集和處理技術，自動控制技術、通訊和網絡技術、數據信息管理技術，建設一套實用、可靠、先進的控制系統，以保障工程安全、可靠、長期、穩定、經濟運行。

二、引江濟淮工程運行管理調度系統總體結構

引江濟淮工程運行管理總體調度系統采用分區分層進行系統設計，見圖1。橫向上，按安全等級的不同分為內網和外網，內網分為管理區和控制區，兩區通過物理隔離裝置進行隔離，以避免低安全區系統影響高安全區系統的正常運行。

三、智能控制系統方案設計

1.系統結構組成

蜀山泵站樞紐智能控制系統由計算機監控系統、智能視頻及安防系統、智能溫濕度控制系統、人員定位系統、在線監測系統及通信系統組成，見圖2。蜀山泵站樞紐調度中心設置在樞紐管理處，分別對泵站及船閘智能控制系統進行統一管理調度。

2.計算機監控系統

（1）系統網絡結構

網絡系統采用分層分布、開放式系統，網絡結構為光纖雙環形以太網。系統分為集控中心控制級、站控級和現地控制級。控制優先權順序為現地級、站控級、集控中心控制級。每層功能相對獨立，下層設備脫離上層后能獨立完成自己的功能。

（2）系統網絡配置

集控中心控制層設置相互冗余的計算機兼泵站操作員工作站、相互冗余的計算機兼船閘操作員工作站、電力通信服務器、通訊服務器，數據庫服務器及語音報警裝置、GPS同步時鐘以及不間斷電源裝置（UPS）等設備。

站控制層設置操作員工作站、站用通訊服務器、微機五防服務器、網絡打印機、語音報警裝置、GPS同步時鐘以及不間斷電源裝置（UPS）等設備。

現地控制層設置由PLC構成的現地控制單元LCU。機組LCU負責機組及其勵磁裝置、機組附屬設備及機組繼電保護裝置的狀態量（開關量）、機組的電氣量、非電量（模擬量）進行采集以及對本臺機組進行控制。變電開關站LCU負責110kV配電裝置、主變壓器及其繼電保護裝置的狀態量（開關量）、電氣量、非電量（模擬量）進行采集以及對開關設備進行控制；輔機（公共）現地LCU負責全站油、氣、水系統以及泵站內外側水位、水位差、站用電設備等的數據采集和監控；泵站出水側閘門液壓站LCU分別負責泵站出水側高低孔液壓站的數據采集和監控；閘門現地LCU分別負責進水閘門數據采集和監控。

各控制層之間通過以太網實現信息交換和程序控制，同時集控中心級與上級網絡聯網，通過網絡接收帶密碼的調度、控制指令，并向上級發送本站實時運行信息。

（3）系統功能

系統功能設置如下：數據采集與處理；控制與調節；人機接口；數據通訊功能；系統自診斷功能；培訓仿真和軟件開發功能；時鐘系統；遠程維護功能；系統遠動。

3.智能視頻及安防系統

（1）智能視頻系統結構及功能

1）視頻系統結構

前端設備：主要由網絡攝像機、防雷器等組成。室外前端采用采用高清網絡快球，室內前端采用槍式高清網絡攝像機或半球攝像機。在泵站的進水側、前池、出水池、出水側控制閘門處，在主副泵房和控制樓內各電氣設備間、門廳、走廊等處均安裝攝像機。

傳輸及存儲設備：根據傳輸距離和圖像質量的要求選用各種不同的線纜、接口設備，在泵站繼電保護室內布置視頻監視網絡設備屏，屏內安裝以太網交換機，若干臺網絡硬盤錄像機，負責采集前端設備的監控圖像并錄像。

監控中心設備：在泵站中央控制室安裝視頻工作站作為控制和管理設備，視頻工作站上安裝視頻監控管理平臺。控制設備還負責完成前端設備和圖像切換控制、云臺和鏡頭控制、系統可分區控制和分組同步控制以及圖像檢索與處理等諸多功能。

圖1 引江濟淮工程運行管理調度系統總體結構圖

圖2 蜀山泵站樞紐智能控制系統結構圖

2）視頻系統功能

現場攝像機可實時獲得監控區域內清晰的監控圖像，實現24h不間斷監控。存儲需要支持錄像調用，支持電腦客戶端、WEB、移動客戶端錄像回放。系統需支持報警聯動，包括客戶端、錄像、云臺、報警輸出、報警上墻、短信、郵件等聯動方式。

（2）安防管理系統結構及功能

前端系統：對站內的視頻監控系統、出入口控制系統、入侵報警系統等進行了整合，主要負責對泵站視音頻、報警信息等信息進行采集、編碼、存儲及上傳，并通過平臺預置規則進行自動化聯動。

傳輸網絡：泵站安防管理系統承載于泵站內部網絡，用于前端與監控中心之間的通信。前端系統的視音頻、環境量、報警信息可上傳至平臺，分別供管理部門各用戶調用查看。

中心系統：管理泵站內部的所有設備，接收由各區域上報的信息，滿足中心系統用戶視頻、報警信息查看的需求。

4.溫濕度控制系統

運行管理溫濕度控制系統將分散的、相互獨立的采集器，用相同的軟件界面進行集中監視。管理人員和操作人員可以通過系統的人機界面對泵站內環境溫濕度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、除濕機、風機的運行狀態等參數進行監視，再通過控制系統對除濕機、風機進行智能控制。

系統整體采用管理層、監控層兩層結構，系統由服務器/工作站、網絡控制引擎、控制器等組成。

工作站又分為操作工作站和管理、設置工作站兩種配置。操作工作站實現管理人員的日常管理操作而不能設置、修改程序；程序的修改由專門配置的管理工作站完成，同時系統各組成區域以TCP/IP方式接入，建立集中管理平臺。

5.人員定位系統

蜀山泵站樞紐管理區較大，管理主體是現場工作人員，管理的核心是人，安全管理關鍵也在人。利用先進的人員定位系統，可以有效地加強對現場施工人員、技術人員的安全管理，實時定位現場人員，直觀及時地反映場區內的作業情況、人員狀況，提高人員安全保障的力度及效率。

人員管理定位系統由計算機服務器、定位基站和人員標簽等組成。

系統工作流程：人員標簽發射出信號→基站接收信號→主站匯集數據并轉發→計算服務器進行數據解算。

6.在線監測系統

蜀山泵站樞紐在線監測系統通過對機組相關部位的振動、擺度、壓力脈動、電機局部放電、變壓器局部放電、110kV GIS SF6氣體微水密度等狀態參數進行在線監測并記錄，結合設備運行過程量參數、工況參數等的變化對設備狀態進行分析和診斷，以評判變電站及機組的安全健康狀況，提前發現故障，并為變電站及機組運行、維護、檢修提供有針對性的指導意見。

在線監測系統采取開放、分層分布式系統結構，包含現地單元和上位機單元兩個層次及各單元間信號電纜等。在線監測系統與泵站計算機監控系統、泵站信息管理系統等進行有關信息的雙向交流以完整顯示、分析、處理監測數據，且能夠利用網絡技術與調度中心或遠程診斷中心進行信息交換，充分發揮遠程中心的技術指導功能。

7.通信

蜀山泵站樞紐通信系統包括站內及集控中心的通信和電力調度的通信。集控中心為引江濟淮工程運行調度管理系統的一個節點，配置有網絡通信設備。通過本站公網專線可以與上級調度部門實現高速寬帶的數字傳輸，將樞紐所轄泵站、船閘的設備的運行狀態、運行參數以及視頻圖像傳送至上級調度部門并接受上級調度部門的調度命令等遠傳信號，實現集控中心與上級調度的實時數據、視頻圖像及語音的雙向傳輸。電力調度通信采用光纖通信方式，集控中心數據可以很方便地與水利調度網實現傳輸。

四、結論

蜀山泵站樞紐智能控制系統實現信息采集、存儲及智能控制，運用現代通信網絡和信息處理技術，對整個工程資源實施合理調配，保障工程安全、可靠、穩定的運行，有效提高樞紐工程管理水平及運行維護能力。蜀山泵站樞紐智能控制系統建設是實現智慧引江濟淮工程建設的重要環節和組成部分■