辛安泉供水改擴建工程信息化方案設(shè)計

田 盈

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

1 辛安泉供水改擴建工程概述

辛安泉供水改擴建工程地處山西省長治市，工程任務為向受水區(qū)域提供城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉用水。工程以辛安泉水為水源，受水區(qū)域包括長治市城區(qū)、長治市郊區(qū)、潞城市、平順縣、屯留縣、長治縣、壺關(guān)縣和黎城縣共8個縣（市、區(qū)）。工程分為取水工程和供水工程兩大部分。取水工程位于平順縣北耽車上游的 頭水電站庫區(qū)內(nèi)。供水工程線路總長約157.4 km。

信息化建設(shè)是提高工程現(xiàn)代化管理水平、提高管理效率和降低管理成本的重要手段，只有通過信息化建設(shè)才能適應現(xiàn)代化水利發(fā)展的需求、工程運行調(diào)整帶來的供水變化和工程自身管理中需要每天處理大量的數(shù)據(jù)交換計算，從而解決工程供水管理時空跨度的問題。

2 信息化的站點構(gòu)成

辛安泉供水改擴建工程具有輸水線路長，受水區(qū)域涉及多個縣市，泵站、調(diào)壓閥室和檢修閥室的數(shù)量多、地理位置分散的特點，按照信息化的控制原則及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的劃分，將沿線站點分為以下三類：

1）有人值班，有人值守

承擔整個工程的運行和管理，特指調(diào)度中心及頭水電站樞紐管理站。

2）有人值班，無人值守

沿線關(guān)鍵線路上的重要站點或配置管理站的閘閥站主要有：北耽車泵站、辛安泵站、莊頭泵站、韓家園泵站、西仵泵站、北甘泉泵站、盤駝底泵站、天腳泵站及官莊泵站；13處調(diào)節(jié)閥室。

3）無人值班，無人值守

沿線無人監(jiān)測的安全站點、閘閥室、不重要的分水口。主要有：沿線36處檢修閥室和全線安全監(jiān)測站點。

3 網(wǎng)絡(luò)劃分

本信息化工程將信息劃分為4層：第1層為實時控制系統(tǒng)，第2層為非控制生產(chǎn)系統(tǒng)，第3層為生產(chǎn)管理系統(tǒng)，第4層為管理信息系統(tǒng)。遵循規(guī)范技術(shù)要求，各個系統(tǒng)的信息劃分為實時控制區(qū)、非控制生產(chǎn)區(qū)、生產(chǎn)管理區(qū)、管理信息區(qū)。

結(jié)合本工程的信息控制管理分區(qū)情況，對本工程信息化網(wǎng)絡(luò)也進行了相應的劃分為三張相互隔離的網(wǎng)絡(luò)。

1）實時控制專網(wǎng)：包括工程安全監(jiān)測系統(tǒng)和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。實時控制專網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要是基于TCP/IP的生產(chǎn)控制類數(shù)據(jù)業(yè)務，數(shù)據(jù)流基本恒定，速率要求不高，業(yè)務實時性較強，其中遙控遙調(diào)更與安全直接相關(guān)，可靠性要求較高；對安全性有較特殊要求，不僅要求可靠，原始數(shù)據(jù)還要求保密。從應用范圍來看，屬于較特殊的一類窄帶業(yè)務。

本工程控制專網(wǎng)的站點有：調(diào)度中心、 頭水電站樞 管理站、9座泵站、13座調(diào)節(jié)閥室（分水口）、36座檢修閥室以及3處隧洞安全監(jiān)測站點。

2）非控制生產(chǎn)和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)（業(yè)務內(nèi)網(wǎng)）：主要是工程所涉及到的日常辦公所需系統(tǒng)，包括行政管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等。

非控制生產(chǎn)區(qū)的所涉系統(tǒng)速率要求較高，業(yè)務實時性不強但突發(fā)性很強，且要求有較高的安全保密性。本工程非控制生產(chǎn)區(qū)的站點有：調(diào)度中心、 頭水電站樞 管理站、9座泵站、天脊分水口調(diào)節(jié)閥室、潞城分水口調(diào)節(jié)閥室、漳澤分水口調(diào)節(jié)閥室、店上調(diào)節(jié)閥室、小山頭調(diào)節(jié)閥室、翟店分水口調(diào)節(jié)閥、集店調(diào)節(jié)閥室（共兩座）、上莊調(diào)節(jié)閥室及天河調(diào)節(jié)閥室。

生產(chǎn)管理區(qū)定義為應用網(wǎng)。要求有較高的實時性高，對安全可靠性無特殊要求。本工程安全Ⅲ區(qū)的站點有：調(diào)度中心、9座泵站、13個調(diào)節(jié)閥室（分水口）、36座檢修閥室。

3）管理信息網(wǎng)絡(luò)（業(yè)務外網(wǎng)）：主要是各級管理人員訪問Internet，查詢、發(fā)布有關(guān)工程信息，同外部進行交流溝通的主要渠道。

4 通信方式

目前，現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大支柱是光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信。對于三種通信方式針對本工程做以下比較。

1）衛(wèi)星通信。相比地面通信，衛(wèi)星通信具有通信距離遠，通信費用與通信距離無關(guān)，不受地理位置偏僻、人煙稀少和高山沙漠等惡劣環(huán)境影響，覆蓋面積大，能進行多址通信，廣播分發(fā)，通信線路穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高，組網(wǎng)靈活簡單，適應性強，機動性好等特點。

2）無線移動通信。利用公用移動通信網(wǎng)絡(luò)無需自建，只要申請為用戶即可；GPRS通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，擴容無限制，接入地點無限制，具有極強的可擴充性；按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，費用低廉；傳輸容量大，理論最高數(shù)據(jù)速率可達170 kb/s，完全能滿足監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸速率的需求；良好的實時響應與處理能力，與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，可以很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求；安裝在室內(nèi)，沒有引雷部件，不需要作防雷處理。缺點是網(wǎng)絡(luò)覆蓋可能存在信號盲區(qū)。

3）光纖通信。光纖通信本身具有許多突出的優(yōu)點：

a）頻帶寬，通信容量大。

b）損耗低，中繼距離長。

c）抗電磁干擾。

d）無串音干擾，保密性好。

雖然，光纖通信具有初期投資較高的缺點，結(jié)合工程實際情況及全線自動化的任務的特點，本工程推薦選擇光纖通訊系統(tǒng)。

5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇

本工程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用星形，樹狀結(jié)構(gòu)進行比較。樹形網(wǎng)絡(luò)是由多個層次的星型結(jié)構(gòu)縱向連接而成，樹的每個節(jié)點都是計算機或轉(zhuǎn)接設(shè)備。與星型網(wǎng)絡(luò)相比，樹形網(wǎng)絡(luò)總長度短，成本較低，節(jié)點易于擴充，但是樹形網(wǎng)絡(luò)復雜，與節(jié)點相連的鏈路有故障時，對整個網(wǎng)絡(luò)的影響較大。

針對本工程輸水線路特點及全線信息化的要求，通過沿供水線路敷設(shè)的光纖連接的方式，形成大環(huán)網(wǎng)帶小環(huán)網(wǎng)的樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。合理選擇關(guān)鍵線路上的主通信匯集站點，并與調(diào)度中心組成工程通信主干網(wǎng)。各個主站點分別與所轄分支站點構(gòu)成小環(huán)網(wǎng)。這樣小環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時，不影響主環(huán)網(wǎng)的正常運行。

2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)本工程的輸水線路特點、調(diào)度要求及三類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的劃分情況，擬建立2條主干通信線路形成大環(huán)網(wǎng)，以主干線路的主要站點為匯集點的9個小環(huán)網(wǎng)。

主干通信線路2：官莊泵站→漳澤調(diào)節(jié)閥室→長治市漳河管理局。

9條小環(huán)網(wǎng)根據(jù)主干通信線路9個主要站點分為樞紐支線；總線1＃、2＃支線；平順支線；長治支線；黎城支線；店上支線及屯留1＃、2＃支線。

自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖見圖1。

6 備用通信

本工程監(jiān)控體系覆蓋范圍廣，監(jiān)控對象種類多，傳輸數(shù)據(jù)對通信要求各不相同，對通信網(wǎng)絡(luò)有極高的可靠性要求，同時還需要兼有經(jīng)濟性，這些特點決定了本工程監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)不能采用單一的通信方式，需設(shè)備用通道。

備用通信在工程的典型站點租用公網(wǎng)專用通道與調(diào)度中心之間通信，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。工程站點有： 頭水電站樞紐管理站、北耽車泵站、辛安泵站、莊頭泵站、韓家園泵站、北甘泉泵站、潞城分水閥室、店上調(diào)節(jié)閥室、漳澤調(diào)節(jié)閥室、官莊泵站、長治市漳河管理局。

7 通訊傳輸方式

1）“三網(wǎng)合一”。方式采用三網(wǎng)合一光纖以太網(wǎng)交換機接入設(shè)備，以光纖傳輸技術(shù)進行高速數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、語音等業(yè)務的靈活接入，通過一對光纖完成整個工程信息化的傳輸。

2）“三網(wǎng)分離”方式。采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成通信系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)部分。交換機提供多個以太網(wǎng)接口，用于傳輸內(nèi)網(wǎng)的調(diào)度監(jiān)測系統(tǒng)和安全監(jiān)測的內(nèi)容。各個站點視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用視頻服務器的方式接入站點工業(yè)以太網(wǎng)交換機中，由調(diào)度中心統(tǒng)一解碼管理。電話調(diào)度系統(tǒng)在調(diào)度中心通信機房設(shè)置一套駐地話音網(wǎng)關(guān)設(shè)備，該設(shè)備與調(diào)度中心的程控調(diào)度交換機相連；在各個控制站點設(shè)置接入語音網(wǎng)關(guān)及普通電話機，語音網(wǎng)關(guān)直接接入站點的100M工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機。

根據(jù)工程特點，本工程網(wǎng)絡(luò)傳輸采用“三網(wǎng)合一”的方式，在2個大環(huán)網(wǎng)及9條小環(huán)網(wǎng)中各采用一對光纖，共計22芯，另考慮10%的備用，故采用24芯光纖。

8 結(jié)論

針對本工程多泵站、多閥站的梯級調(diào)度模式，對各類不同的站點進行合理的網(wǎng)絡(luò)劃分，采取不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境結(jié)構(gòu)，采用三網(wǎng)合一的光纖通訊傳輸方式將網(wǎng)絡(luò)布設(shè)成樹狀網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)整個工程的合理調(diào)度，提高工程安全運行的可靠度。