灌區(qū)供水調(diào)度控制系統(tǒng)的應(yīng)用

鄧云香，夏學(xué)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(xiàng)目部，四川閬中 637400)

1 概述

灌區(qū)供水調(diào)度是灌區(qū)實(shí)施計(jì)劃供水的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)施灌區(qū)水資源優(yōu)化配置的重要保障措施。由于灌區(qū)范圍大，工程分散，區(qū)內(nèi)氣候存在差異等，若用傳統(tǒng)的人工采集及傳遞信息的方法來決策調(diào)度方案，往往使灌區(qū)水資源調(diào)配滯后于客觀實(shí)際的變化，很難滿足優(yōu)化調(diào)配的要求。因此，為優(yōu)化調(diào)配灌區(qū)水資源，提高調(diào)水的時(shí)效性，只有建設(shè)一套灌區(qū)供水調(diào)度系統(tǒng)，才能做到水資源的合理優(yōu)化利用。

筆者介紹了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RTU(遠(yuǎn)程終端單元)，基于互聯(lián)網(wǎng)通訊，建立起了供(用)水調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)都江堰人民渠二處灌區(qū)下設(shè)置30個(gè)配水站的自動(dòng)控制;同時(shí)，與視頻監(jiān)控系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)灌區(qū)調(diào)水的集中可控與可視化，為灌區(qū)優(yōu)化調(diào)配水資源、決策調(diào)度方案提供了依據(jù)。

2 系統(tǒng)概況

都江堰人民渠二處灌區(qū)供水調(diào)度系統(tǒng)由30座現(xiàn)場(chǎng)控制站、1個(gè)中心監(jiān)控站、1個(gè)視頻監(jiān)控站組成。通過互聯(lián)網(wǎng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)分站點(diǎn)與中心調(diào)度站高效數(shù)據(jù)交換，同時(shí)亦可遠(yuǎn)程移動(dòng)化管理。真正意義上構(gòu)建起了“分散控制，集中管理”的管控平臺(tái)(圖1)。

2.1 硬件構(gòu)成

現(xiàn)場(chǎng)控制站所設(shè)的測(cè)量?jī)x表包括:①1臺(tái)在線式多普勒流量水深儀，同時(shí)測(cè)量流量和水位;②1臺(tái)閘門開度儀，用于測(cè)量閘門開度;③1臺(tái)變頻器，用于驅(qū)動(dòng)閘門電機(jī)。

圖1 灌區(qū)供水調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)成圖

控制系統(tǒng)的構(gòu)成:

現(xiàn)場(chǎng)控制站系統(tǒng)包括:I/O 模塊、信息安全控制器LP-2GraphX、ADSL 寬帶路由器。

調(diào)度中心系統(tǒng)包括:操作員站(兼工程師站)、輔助操作臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)路由器、打印機(jī)。

2.2 軟件構(gòu)成

軟件構(gòu)成包括:

SuperCX 3.1上位機(jī)組態(tài)軟件包;

fToolsGraph 2.1控制器在線組態(tài)軟件包;

NVS CENTER 視頻監(jiān)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(tài)加密狗。

2.3 控制站通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成(圖2)

圖2 控制站通訊網(wǎng)絡(luò)圖

各現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控?cái)z像頭可直接連接到現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)的視頻服務(wù)器上，由ADSL 寬帶路由器連接到視頻監(jiān)控站。

具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)安全控制器LP-2GraphX 具有2個(gè)隔離的RS232/RS485串口。支持主/從工作模式，既可以對(duì)智能儀表、PLC 等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，也可以外接本地觸摸操作屏對(duì)控制器進(jìn)行監(jiān)控操作。串口工作模式和參數(shù)可由組態(tài)軟件設(shè)置，通信協(xié)議為Modbus RTU。

網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器支持16個(gè)并發(fā)服務(wù)數(shù)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)客戶訪問時(shí)使用基于TCP/IP 的Modbus通信協(xié)議，調(diào)度中心配安全授權(quán)U 盾，由SuperCX實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件和通信安全組件與控制站通信。外部網(wǎng)絡(luò)客戶訪問時(shí)使用動(dòng)態(tài)安全保密協(xié)議并需授權(quán)認(rèn)證，利用IE 瀏覽器訪問現(xiàn)場(chǎng)閘門配水站的實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)，控制器內(nèi)置的DeviceView 實(shí)時(shí)安全監(jiān)控組件與現(xiàn)場(chǎng)閘門配水站進(jìn)行安全通信，調(diào)取控制器內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控操作。

2.4 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

都江堰人民渠二處灌區(qū)供水調(diào)度系統(tǒng)的核心專用設(shè)備完全具有獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。軟件開發(fā)靈活、簡(jiǎn)便，以便捷、直觀的組態(tài)界面操作呈現(xiàn)于用戶?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，有效的解決了遠(yuǎn)距離傳輸、通訊的客觀要求，同時(shí)為遠(yuǎn)程便捷監(jiān)控、管理提供了條件。良好的安全加密機(jī)制為灌區(qū)安全運(yùn)行提供了可靠保障。視頻監(jiān)控作為輔助調(diào)水的手段，為灌區(qū)調(diào)水提供了可視化服務(wù)，有效地解決了灌區(qū)調(diào)水可視與可控的生產(chǎn)要求。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

控制中心實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程采集各配水站的流量、水位、閘門的過程參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)閘門實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程控制。

調(diào)度中心SuperCX 3.1實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件友好的人機(jī)界面、豐富的流程圖庫、穩(wěn)定的過程參數(shù)連接、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的指示、歷史記錄、報(bào)警、報(bào)表打印，為自動(dòng)化調(diào)水提供了便捷。

與控制器配套的fToolsGraph 組態(tài)工具可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/超遠(yuǎn)程在線組態(tài)、編程、維護(hù)等工作。軟件工具包中的fToolsDraw 操作畫面，可對(duì)實(shí)時(shí)操作畫面進(jìn)行在線開發(fā)，并實(shí)時(shí)下裝到控制器中，為遠(yuǎn)端管控提供了便捷。

采用基于動(dòng)態(tài)密鑰組的非對(duì)稱加密算法，有效保障了在開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)控制權(quán)的嚴(yán)密管理，構(gòu)筑起了完善的安全操作管理機(jī)制。

控制器內(nèi)置PID 算法模塊，快速配置PID 控制回路。內(nèi)部的I/O 卡件均可在線插拔更換且方便更換。EBx 擴(kuò)展模塊可對(duì)控制器進(jìn)行I/O 擴(kuò)展或智能串口的擴(kuò)展。

fToolsDraw 畫面開發(fā)軟件能通過VBScript 腳本控制、觸發(fā)對(duì)應(yīng)事件?？筛鶕?jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)源直接連接，也可實(shí)現(xiàn)畫面局部變量的連接。

視頻監(jiān)控管理軟件NVS CENTER 可實(shí)現(xiàn)多達(dá)16路的實(shí)時(shí)視頻圖像監(jiān)控，可單畫面、多畫面分割、輪巡切換顯示。在授權(quán)許可內(nèi)，可對(duì)前端云臺(tái)和鏡頭實(shí)施控制。支持視頻文件存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)抓拍與回放，為控制提供了強(qiáng)大的可視化功能。

3 討論

隨著RTU(遠(yuǎn)程終端單元)廣泛的應(yīng)用于大型水利灌區(qū)的自動(dòng)化控制，對(duì)構(gòu)建以RTU(遠(yuǎn)程終端單元)為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，針對(duì)系統(tǒng)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(qiáng)大的處理數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，有更強(qiáng)的自適應(yīng)能力，有更為精確的數(shù)據(jù)運(yùn)算、處理能力，以適應(yīng)大型水利灌區(qū)向網(wǎng)絡(luò)化、一體化、高精度的發(fā)展需求?？蓪?shí)現(xiàn)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(fā)展。

4 結(jié)語

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

(2)該系統(tǒng)的建設(shè)和投用，在很大程度上減輕了都江堰人民渠二處灌區(qū)管理所工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，免去了晝夜巡水的麻煩，提高了灌區(qū)管理的科技含量，為灌區(qū)的科學(xué)調(diào)度和優(yōu)化配水提供了可靠的依據(jù)，同時(shí)增強(qiáng)了灌區(qū)管理人員利用電子技術(shù)和信息技術(shù)、提高工作效率的科技意識(shí)。

(3)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RTU(遠(yuǎn)程終端單元)、I/O 模塊及編程軟件成功的運(yùn)用，為分散控制、集中管理提供了有效的解決方案。

［1］項(xiàng)曉春，劉廣魁.SCADA 系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2000，19(6):19-22.

［2］馬建明.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2005.

［3］基于Modbus 協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范.GB/Z 19582-2004［S］.