江都水利樞紐泵站智能管理平臺(tái)構(gòu)建思路

袁志波，林思群，郜 雅，徐 昕

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200)

江都水利樞紐是南水北調(diào)東線源頭工程，由4座大型抽水站、12座大中型水閘及其配套設(shè)施組成，具有抽江北送、自流引江、抽排澇水、分泄洪水、余水發(fā)電、保障航運(yùn)、改善生態(tài)環(huán)境等功能。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的出現(xiàn)，水利工程泵站智能化的應(yīng)用促進(jìn)了水利工程管理工作的現(xiàn)代化，也推動(dòng)著我國現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。

因此，按照新時(shí)期工程管理現(xiàn)代化和精細(xì)化的要求，本文提出泵站智能管理平臺(tái)構(gòu)建思路，全面實(shí)現(xiàn)工程管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，具體表現(xiàn)為工程管理全過程信息的存儲(chǔ)、管理、統(tǒng)計(jì)、檢索、查詢、信息發(fā)布及維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的申報(bào)、審批和監(jiān)管，以提高工程管理工作效率，降低管理成本，實(shí)時(shí)掌握工程信息，有效地規(guī)范日常管理行為，創(chuàng)新符合水利現(xiàn)代化建設(shè)要求的工程管理方式。

1 平臺(tái)構(gòu)建需求分析

綜合考慮江都水利樞紐泵站自動(dòng)化情況，緊緊圍繞江都水利樞紐智能管理需求，建設(shè)開發(fā)智能管理平臺(tái)，完成各數(shù)據(jù)的匯聚、整合、存儲(chǔ)，達(dá)到實(shí)用、高效、安全、可靠的目標(biāo)。

采用智能管理平臺(tái)軟件，通過與現(xiàn)地PLC的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制功能，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析，綜合性展示；開發(fā)預(yù)測模型，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合研判，預(yù)測故障可能發(fā)生的時(shí)間和概率，提前進(jìn)行分級(jí)告警，指導(dǎo)運(yùn)行維護(hù)人員提前進(jìn)行檢查和維修；設(shè)計(jì)泵站智能調(diào)度的整體策略，最終實(shí)現(xiàn)泵站的智能調(diào)度；對泵站耗能進(jìn)行分析，采用合理措施，提高資源利用率。

2 建設(shè)思路

(1)充分利用已建設(shè)施，完成數(shù)據(jù)采集、資源整合。在分析安全運(yùn)行環(huán)境及能效監(jiān)管系統(tǒng)對數(shù)據(jù)訪問需求的基礎(chǔ)上，充分利用已建硬件的資源，采用先進(jìn)的信息技術(shù)，開發(fā)PLC、通訊管理機(jī)等通訊數(shù)據(jù)采集接口，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)新建系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的接入。

(2)采用統(tǒng)一平臺(tái)思路，實(shí)現(xiàn)綜合管控。著眼長遠(yuǎn)，從高層次規(guī)劃平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智能管控功能。同時(shí)可通過智能管控平臺(tái)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)泵站的智能研判、智能控制、智能展示等功能。

(3)統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施。智能泵站建設(shè)是一項(xiàng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能眾多、技術(shù)難度大、涉及面廣、建設(shè)周期長的系統(tǒng)工程。必須從水利管理一體化的要求出發(fā)，統(tǒng)籌制訂切實(shí)可行的信息化規(guī)劃。在實(shí)施過程中必須從業(yè)務(wù)需求和管理現(xiàn)狀出發(fā)，區(qū)分輕重緩急，分階段、分層次進(jìn)行建設(shè)。

(4)實(shí)用先進(jìn)、安全開發(fā)的思路。智能泵站的建設(shè)堅(jiān)持以實(shí)用、安全為前提，在實(shí)施中首選先進(jìn)、成熟、可靠、適應(yīng)水利行業(yè)管理特點(diǎn)的信息技術(shù)，同時(shí)又要體現(xiàn)信息系統(tǒng)的開放性、兼容性、可擴(kuò)展性和可操作性，充分利用已有硬件資源。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 總體架構(gòu)

總體架構(gòu)設(shè)計(jì)遵循《全國水利信息化“十三五”規(guī)劃》的整體框架，體現(xiàn)“統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái)、統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的要求，整體架構(gòu)先進(jìn)，清晰，無復(fù)雜的底層技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.2 功能設(shè)計(jì)

(1)泵閘監(jiān)控。能迅速可靠、準(zhǔn)確有效地完成對各泵閘的安全監(jiān)視和控制以及對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，包括歷史數(shù)據(jù)存檔、檢索；運(yùn)行報(bào)表生成與打印；對外通信管理，同時(shí)提供畫面、報(bào)表等組態(tài)模塊，方便運(yùn)行維護(hù)專員根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際需求在授權(quán)的情況下定制與修改等。

(2)可視化管理。基于監(jiān)控大屏，提供大屏數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用組件，支持自適應(yīng)布局、絕對布局、tab布局的方式，可以將不同的可視化元素在界面上自由定制，可借由多維度鉆取、聯(lián)動(dòng)分析等功能，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，協(xié)助更好地分析、解決業(yè)務(wù)問題；支持自適應(yīng)展示，設(shè)計(jì)一次，即可在手機(jī)、平板、拼接屏等多種設(shè)備上自適應(yīng)展示。

(3)分級(jí)告警。以一體化軟件平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警，解決海量報(bào)警中無法人工尋找重要信息的問題，提升工程的自動(dòng)化管理水平及預(yù)防性維護(hù)決策能力，保障工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)優(yōu)化調(diào)度控制。按照調(diào)度控制水位、流量等目標(biāo)要求，根據(jù)主機(jī)組特性曲線、水文環(huán)境、泵站工況、安全運(yùn)行等條件，進(jìn)行智能調(diào)度整體策略設(shè)計(jì)。

(5)能效分析。充分考慮揚(yáng)程和效率2個(gè)指標(biāo)，對泵站能耗進(jìn)行定量的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估和優(yōu)化分析，為泵站系統(tǒng)的進(jìn)一步節(jié)能改造提供參考。

4 泵站智能管理平臺(tái)建設(shè)

泵站智能管理平臺(tái)包括數(shù)據(jù)采集與交互平臺(tái)、數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)4部分。

4.1 數(shù)據(jù)采集與交互平臺(tái)

構(gòu)建通信總線，提供插件化部署通信驅(qū)動(dòng)的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)專業(yè)的現(xiàn)地測控單元在平臺(tái)上的統(tǒng)一監(jiān)控。各現(xiàn)地測控單元可通過對應(yīng)通信驅(qū)動(dòng)與平臺(tái)交互數(shù)據(jù)、指令，從而在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)化監(jiān)測的各類功能，通信驅(qū)動(dòng)以通信服務(wù)的形式部署于平臺(tái)，可被不同層級(jí)的功能模塊調(diào)用，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)化監(jiān)控服務(wù)層的構(gòu)建，為應(yīng)用系統(tǒng)提供底層自動(dòng)化支撐。

4.2 數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)

在調(diào)度中心建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源模型及綜合數(shù)據(jù)中心，提供各類自動(dòng)化、人工、相關(guān)信息的數(shù)據(jù)整編、存儲(chǔ)、管理服務(wù)，建立橫跨各安全分區(qū)以及中心與分中心之間的數(shù)據(jù)交換總線，同時(shí)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、空間庫等標(biāo)準(zhǔn)接口，從而實(shí)現(xiàn)水利工程基礎(chǔ)信息、水雨情、運(yùn)行環(huán)境等數(shù)據(jù)共享。

4.3 應(yīng)用支撐平臺(tái)

應(yīng)用支撐平臺(tái)是以應(yīng)用服務(wù)、公共服務(wù)為核心的基礎(chǔ)軟件技術(shù)支撐平臺(tái)，提供面向服務(wù)的組件化應(yīng)用構(gòu)建的環(huán)境，為應(yīng)用系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持，主要包括數(shù)據(jù)處理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表、圖形框架、綜合報(bào)警、綜合展示、數(shù)據(jù)通訊、控制服務(wù)等功能。

4.4 應(yīng)用系統(tǒng)

(1)泵閘監(jiān)控模塊。一體化平臺(tái)軟件需與LCU通信，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備、主機(jī)組、油氣水等系統(tǒng)的開關(guān)量、電量、溫度、振動(dòng)、擺動(dòng)、噪聲、效率、葉片角度以及水位、流量等數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)，同時(shí)提供畫面、報(bào)表等組態(tài)模塊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口、設(shè)備控制與調(diào)節(jié)、故障自診斷與恢復(fù)等功能。

(2)大屏可視化。大屏可視化將泵站監(jiān)控、閘門監(jiān)控、水情監(jiān)測、安全監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、氣象等專業(yè)獨(dú)立的應(yīng)用有機(jī)融合起來，提供面向業(yè)務(wù)的全景監(jiān)視定制與展示功能，可通過一張定制的全景功能視圖直接監(jiān)視泵站監(jiān)控、閘門監(jiān)控、工程安全等信息，也可通過各類工作業(yè)務(wù)主題功能視圖查看水情、水量、安全等專題功能視圖。

(3)智能告警模塊。以一體化軟件平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用趨勢報(bào)警、過濾報(bào)警、條件報(bào)警、語音報(bào)警、與視頻系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等方式，實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警功能。

(4)優(yōu)化調(diào)度控制模塊。按照調(diào)度控制水位、流量等目標(biāo)要求，根據(jù)主機(jī)組特性曲線、水文環(huán)境、泵站工況、安全運(yùn)行等條件，進(jìn)行智能調(diào)度整體策略設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括：建立夾江段及芒稻河段一維非恒定流模型，結(jié)合三江營附近水位站監(jiān)測的長江實(shí)時(shí)潮位，推求江都抽水站進(jìn)水池水位變化趨勢；利用歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，對主機(jī)組特性曲線進(jìn)行標(biāo)定，建立準(zhǔn)確的水泵運(yùn)行模型；利用優(yōu)化調(diào)度算法，對影響泵站出水口水位變化的關(guān)鍵因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，建立出水口水位變化趨勢的計(jì)算模型；利用上述模型，結(jié)合歷史調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)泵站智能調(diào)度的整體策略，最終實(shí)現(xiàn)泵站的智能調(diào)度。

總結(jié)梳理泵站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研究電氣設(shè)備、主機(jī)組、油氣水等系統(tǒng)的最佳啟停策略，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備、主機(jī)組、輔機(jī)的自動(dòng)閉環(huán)控制和智能保護(hù)。制定泵站的“一鍵啟停”開機(jī)流程、停機(jī)流程、事故停機(jī)流程，實(shí)現(xiàn)“一鍵啟停”指令下發(fā)后，主機(jī)設(shè)備、輔機(jī)設(shè)備、工作閘門、事故閘門按照設(shè)定的流程自動(dòng)操作，減少或杜絕人工干預(yù)，從而提高開停機(jī)過程的智能化程度，減輕運(yùn)行維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。事故停機(jī)流程也可由觸發(fā)條件自動(dòng)觸發(fā)，自動(dòng)斷開斷路器、關(guān)閉輔機(jī)、閘門等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的無人干預(yù)。

(5)能耗分析模塊。基于泵站智能管理平臺(tái)軟件，建設(shè)泵站能效分析模塊，實(shí)現(xiàn)對各種能源數(shù)據(jù)的監(jiān)測、控制、管理，及時(shí)準(zhǔn)確地為泵站運(yùn)行人員提供流量、揚(yáng)程、效率等數(shù)據(jù)、圖表等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和分析，為運(yùn)行工藝的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)，充分降低泵站運(yùn)營成本，提高工作效率。

5 結(jié)語

推進(jìn)泵站智能管理是順應(yīng)未來信息化發(fā)展的客觀要求，江都水利樞紐智能管理平臺(tái)的研究應(yīng)用提高了工程管理技術(shù)水平和運(yùn)行管理保障能力，促進(jìn)了工程效益的充分發(fā)揮。下一步，江都水利樞紐將繼續(xù)完善、總結(jié)，不斷提高泵站智能管理平臺(tái)的綜合利用水平，為全國水利工程泵站智能化應(yīng)用提供更多的成功經(jīng)驗(yàn)。