大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程信息化自動化系統(tǒng)構(gòu)建

王 彤

(遼寧省水利水電勘測設(shè)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(yīng)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(wù)

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

b.建設(shè)任務(wù)。輸水工程信息系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)是:在輸水工程沿線范圍內(nèi)，建設(shè)一個以輸水調(diào)度運行系統(tǒng)為核心任務(wù)的輸水工程分布式控制系統(tǒng)工程總體技術(shù)解決方案。

c.建設(shè)原則。為確保預(yù)期目標的實現(xiàn)，建設(shè)時應(yīng)遵循以下原則:?按需求導(dǎo)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(diào)度，分層自動控制，保障全程調(diào)水安全和工程運行安全，快速響應(yīng)突發(fā)事件。

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

4 系統(tǒng)總體設(shè)計

4.1 設(shè)計思路

根據(jù)需求特點和設(shè)計邊界條件，結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢，設(shè)計系統(tǒng)的基本思想、方法和原則。

調(diào)度系統(tǒng)在對來水和用水需求進行分析后，使用調(diào)度方案進行全線調(diào)度控制。根據(jù)全線工作情況，按照調(diào)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(zhuǎn)數(shù)、閥門調(diào)節(jié)自動化運行。

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

行政電話及語音調(diào)度系統(tǒng)是自動化調(diào)度系統(tǒng)的輔助措施和必須的備用手段，采用行政、調(diào)度合一的程控交換系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)傳統(tǒng)語音調(diào)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(gòu)成的廣域網(wǎng)。從總體邏輯上看，在縱向上按管理層次結(jié)構(gòu)劃分為三級:調(diào)度中心、站級、現(xiàn)地級。對應(yīng)的廣域網(wǎng)系統(tǒng)也劃分為調(diào)度中心計算機網(wǎng)絡(luò)、中途站計算機網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

4.3 系統(tǒng)劃分

系統(tǒng)劃分為應(yīng)用系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施、組織管理。

4.4 安全體系

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

5 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

5.1 調(diào)度自動化系統(tǒng)

綜合考慮輸水工程的應(yīng)用需求，結(jié)合輸水工程信息自動化系統(tǒng)建設(shè)的特點，輸水工程調(diào)度自動化建設(shè)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(xué)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(diào)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(diào)度中心、4個中途站的大型水利建設(shè)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(diào)度系統(tǒng)進行有機集成和統(tǒng)一管理，包括匯總關(guān)聯(lián)、二次加工、長期沉淀、相互引用、統(tǒng)一表現(xiàn)，最終構(gòu)成輸水調(diào)度數(shù)據(jù)平臺。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫分布在調(diào)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(shè)，建成具有存儲、轉(zhuǎn)發(fā)和處理功能的輸水信息共享服務(wù)平臺。

c.調(diào)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(wù)，同時也承擔著水資源的調(diào)配任務(wù)。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(diào)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(diào)度指令生成子系統(tǒng)。輸水調(diào)度方案形成以后，調(diào)度指令生成子系統(tǒng)完成具體的調(diào)度方案實施功能，進入實質(zhì)性的執(zhí)行環(huán)節(jié)，輸水調(diào)度指令分解下發(fā)。

e.水量統(tǒng)計與結(jié)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(nèi)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(chǔ)。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(chǔ)，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(diào)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(shè)計采用分層和全分布式體系結(jié)構(gòu)，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(wù)。

5.3 運行管理系統(tǒng)

根據(jù)“統(tǒng)一調(diào)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(jié)構(gòu)由站級、調(diào)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(yīng)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(wù)網(wǎng)為基礎(chǔ)，圍繞公司實際辦公需要，整合、規(guī)范現(xiàn)行業(yè)務(wù)流程，建設(shè)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(shè)計。包括視頻控制、視頻查詢、視頻存儲。

6 基礎(chǔ)設(shè)施

6.1 計算機網(wǎng)絡(luò)

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

中途站計算機網(wǎng)絡(luò)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(diào)度中心局域網(wǎng)絡(luò)互連互通。

中途站局域網(wǎng)及調(diào)度中心局域網(wǎng)均采用星型拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

調(diào)度中心采用1000M 冗余網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，保證流量及響應(yīng)速度，形成調(diào)度中心1000M 局域以太網(wǎng)。調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，配有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、路由器等。

各中途站采用100M 冗余網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。各中途站內(nèi)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(yīng)性強的PLC 數(shù)據(jù)采集、控制功能，計算機管理顯示，構(gòu)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(wù)運行、滿足調(diào)度、實時監(jiān)控、會商的重要場所。各中途站中控室及調(diào)度中心是監(jiān)視和控制工程運行的重要場所，重要設(shè)備24 小時不間斷運轉(zhuǎn)，調(diào)度、運行人員24 小時值班。為保證各系統(tǒng)設(shè)備的正常運行，同時能提供一個良好的工作、會商環(huán)境，應(yīng)做到布局合理、功能齊備、操控便捷、環(huán)境舒適。中控室、調(diào)度中心需設(shè)置大屏幕顯示系統(tǒng)、擴聲系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、設(shè)備防雷接地系統(tǒng)等。

機房內(nèi)裝修按照通信機房及電子計算機機房設(shè)計規(guī)范設(shè)計，做好防塵、防水、防干擾設(shè)施。在滿足相關(guān)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。