袁 東 ，王玉梅 ，閆士秋

（1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014；2.山東省調(diào)水工程運行維護中心，山東 濟南 250100）

田山灌區(qū)坐落于濟南市平陰縣、泰安市肥城市境內(nèi)，是山東省境內(nèi)的最大型電力引黃灌溉工程，在平陰縣境內(nèi)為南北布置，在肥城市境內(nèi)為東西布置。灌區(qū)運行四十多年來，存在很多的事故隱患問題：電氣設備老化；部分設備無信息采集措施，易誤操作引發(fā)事故；調(diào)水管理全靠傳統(tǒng)方式，無信息化支撐，靠經(jīng)驗與大量人工調(diào)水；泵站、閘站計算機監(jiān)控、監(jiān)測等設施無法實現(xiàn)自動化；無視頻監(jiān)視系統(tǒng)，調(diào)水技術(shù)集成不足、灌區(qū)信息化建設不能滿足管理的要求等等。因此，電氣設備改造的同時，建設覆蓋全灌區(qū)的包含計算機監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)的調(diào)度運行管理系統(tǒng)是非常必要的。

1 建設原則

1.1 實用性與先進性原則

充分考慮灌區(qū)信息化建設的實際，進行統(tǒng)一規(guī)劃設計、統(tǒng)籌兼顧，充分利用現(xiàn)有的設施、設備及通信資源，因地制宜，在滿足實用性的基礎上，盡可能運用主流領(lǐng)先技術(shù)，保證系統(tǒng)具有較長的生命周期。

1.2 可兼容性原則

按標準定位設備，組建系統(tǒng)，并利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴展，以及與其他相關(guān)系統(tǒng)的連接。

2 系統(tǒng)設計方案

2.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

采用主流的開放式分層分布網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分遠方監(jiān)視控制層、主要控制層和現(xiàn)地控制層結(jié)構(gòu)。遠方監(jiān)視控制設置在灌區(qū)管理處調(diào)度中心，對各泵站、閘站等建筑物的各種信息參數(shù)進行監(jiān)視，下達調(diào)水指令。管理處調(diào)度中心遠方監(jiān)視控制層。主要完成對現(xiàn)地控制的設備各項指標進行監(jiān)控，通過組態(tài)采集并匯集、整理、處理各種運行數(shù)據(jù)，分析形成各種報表，上傳有關(guān)泵站、閘站運行數(shù)據(jù)，下達上一級調(diào)度指令，主控層部署于泵站中控室，主要完成對現(xiàn)地各種設備進行監(jiān)控與采集?，F(xiàn)地控制層設在設備現(xiàn)地，實現(xiàn)對現(xiàn)地設備的自動監(jiān)測、控制。

這三層結(jié)構(gòu)采用三級控制系統(tǒng)，現(xiàn)地控制層擁有控制權(quán)限最高登記；主要控制層（各泵站中控室）擁有第二級權(quán)限；遠方監(jiān)視控制層擁有第三級權(quán)限，控制權(quán)限最低。遠方監(jiān)視控制層、主要控制層和現(xiàn)地控制層通過100Mbps快速以太網(wǎng)形成網(wǎng)絡，通過單模光纖傳輸。為保證運行可靠性，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)拓撲選擇環(huán)形結(jié)構(gòu)。

2.2 監(jiān)視系統(tǒng)

在管理處設置監(jiān)控中心一處，配備相應的視頻數(shù)據(jù)傳輸、存儲、顯示設備，便于及時準確地了解灌區(qū)各關(guān)鍵設施運行情況。根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡的建設情況，組成三級組織結(jié)構(gòu)（管理處監(jiān)控中心，一、二級泵站，各前端監(jiān)控點）、一個授權(quán)管理層次（管理處監(jiān)控中心）的系統(tǒng)。監(jiān)控中心（設在管理處）負責對其下屬所有前端設備、存儲設備進行統(tǒng)一注冊、授權(quán)、管理，可查看下屬任何一個前端監(jiān)控點當前、歷史視頻圖像，也可查看安防報警信息及相關(guān)監(jiān)控圖像，并可對下屬任何一個前端預警廣播發(fā)布預警信息。在監(jiān)控中心布署大屏幕系統(tǒng)設備作為系統(tǒng)的監(jiān)控平臺，布署網(wǎng)絡存儲設備對下屬各閘的監(jiān)視點圖像進行統(tǒng)一存儲，對各泵站的監(jiān)視點做應急備份存儲和實時調(diào)取存儲。一、二級泵站為視頻及安防監(jiān)控系統(tǒng)的接入單位，負責各廠區(qū)責任范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控與安防預警，將攝像頭等前端設備采集到的信息在本地匯聚后上傳至管理處進行統(tǒng)一存儲、管理。各前端監(jiān)控點受監(jiān)控中心及相應泵站控制，采集各現(xiàn)地視頻數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡上傳。

2.3 電氣設備改造

電氣設備的改造配合自動化系統(tǒng)的建設。對原有無法使用的設備進行更換，在更換的過程中，充分考慮各種輸入、輸出信號，并接入信息化系統(tǒng)，從而形成一個聯(lián)合顯示與控制的拓撲結(jié)構(gòu)。

2.4 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)主要任務是連接灌區(qū)上的一級泵站、田山節(jié)制閘、連通閘、管理處、沉沙池分水閘、北土節(jié)制閘、二級泵站?？紤]到本工程網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較為簡單，通信站點數(shù)量不多，同時兼顧系統(tǒng)的業(yè)務需求和工程的運行環(huán)境，采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢是具有帶寬高、質(zhì)量高、傳輸穩(wěn)定、有效抗電磁干擾、私密性強等優(yōu)點。最終根據(jù)通信傳輸系統(tǒng)的建設情況，按照高效、實用、簡單易用的原則，構(gòu)成三級組織結(jié)構(gòu)的傳輸系統(tǒng)。

1）通信骨干站點設置。充分考慮輸水建筑物地理位置及其他系統(tǒng)，如計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等對通信系統(tǒng)的需求，具體設置通信骨干網(wǎng)通信節(jié)點7個，分別為：一級泵站、田山節(jié)制閘、聯(lián)通閘、管理處、沉砂池分水閘、北土節(jié)制閘、二級泵閘。

2）通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。由于本工程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容分為控制信息與視頻語音等信息。根據(jù)傳輸內(nèi)容的重要性，本工程重點保證監(jiān)控功能的順利實現(xiàn)。視頻語音信息的傳輸速率比較高，占用帶寬比較大，視頻信號傳輸時，網(wǎng)絡有可能發(fā)生瞬時的數(shù)據(jù)沖擊。為了保證最重要的調(diào)度控制功能的實現(xiàn)，建設控制專網(wǎng)與其他業(yè)務分開的傳輸網(wǎng)絡。控制專網(wǎng)的帶寬比較小，選用百兆工業(yè)以太網(wǎng)，其他業(yè)務帶寬比較高，采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)。

采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)將沿線主要通信站通過光纜連接，采用自愈環(huán)網(wǎng)方式，一級泵站、田山節(jié)制閘、聯(lián)通閘、灌區(qū)管理處、沉砂池分水閘、北土節(jié)制閘、二級泵站組成手拉手環(huán)網(wǎng)。系統(tǒng)采用內(nèi)部纖芯環(huán)形方案，保證了系統(tǒng)的可靠性。如果系統(tǒng)中某條光路或一臺交換機發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構(gòu)將在小于20ms時間內(nèi)完成配置信息的倒換，切換成具有完全傳輸性能的總線型結(jié)構(gòu)。

2.5 調(diào)度電話系統(tǒng)

田山灌區(qū)線路涉及多個沿線管理站點，為了滿足調(diào)度中心和全線各泵、閘站的生產(chǎn)調(diào)度和行政管理的通話需求，須建立可靠的調(diào)度電話應用。語音通信是實現(xiàn)整個灌區(qū)各級管理部門調(diào)度的重要手段之一，其安全可靠性要求高，要求系統(tǒng)在單設備無法實用的情況下，不影響正常的調(diào)度通信要求，同時整個系統(tǒng)應具備來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、熱線撥號、電話會議、集中網(wǎng)管等功能。建成后調(diào)度電話系統(tǒng)既具有普通的行政電話功能，又有調(diào)度電話系統(tǒng)功能。行政與調(diào)度語音系統(tǒng)的維護與管理具備靈活、便捷特點，應包含整個系統(tǒng)的同一個監(jiān)察控制、管理。

3 結(jié)語

田山灌區(qū)調(diào)度運行管理系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行，效果良好，且全部裝置運行穩(wěn)定，突出優(yōu)點是調(diào)度精細化、可視化，安全性高。調(diào)度精細化使供水的質(zhì)量保持穩(wěn)定，對灌區(qū)的運行起到了非常重要的作用，有效地提高了工作效率與質(zhì)量，節(jié)約了用電，整個管理處的運行管理提升了一個臺階；調(diào)度可視化大大減少了人工巡查，節(jié)約了人力資源，在管理處實現(xiàn)了全灌區(qū)調(diào)水的監(jiān)視，提高了灌區(qū)的安全性，各個泵站、閘的運行工情在管理處實時顯示，有效地防止了調(diào)度中由于數(shù)據(jù)不準確而導致誤操作。

顯然，灌區(qū)信息化改造帶來了綜合的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，符合國家高效節(jié)能的要求，值得在今后的水利工程中大力推廣和使用。