水閘及電排站群自動化調控系統設計及應用

徐溫泉

水利信息化是水利現代化的重要標志，信息化是現代社會經濟發展的主要趨勢。在水利系統中，電排站是最基層的工程，不僅能夠滿足水利部門用水需求，在防洪、生命財產及人民生產、環境保護中都具有重要的作用，為了能夠將電排站的綜合使用效益充分發揮出來，降低洪澇災害對人們造成的損失，就要提高調度管理決策的水平，創建水閘及電排站群自動化調控系統是尤為重要的。本文所設計的水閘及電排站群自動化調控系統具有較高的通信效率，較強的抗干擾能力及較高的可靠性，并且組態靈活，具有良好的使用前景。

一、自動化調控系統的設計

1.設計原則

對水閘及電排站群總體的設計需求及應用需求，本文設計應遵循以下原則：使用成熟、先進及穩定的技術，從而降低系統的風險；要求系統具備良好的靈活性及可擴展性，便于升級；合理的網絡信息流量；保密性及安全性高；層次結構清晰；系統開放性高。

2.系統的網絡拓撲結構

電排站及水閘監控系統結構歷經了工業控制計算機集中式數據采集監控系統等多個階段，從而發展為綜合自動化系統，其能夠實現控制、測量及管理一體化。PLC分布式監控系統使用現代成熟監控系統設計，利用控制算法及系統功能實現系統定義，提高系統的開放性及專業性，并且價格實惠，能夠被人們接受。所以在東湖泵站使用的都是以PLC為基礎的分層分布式體系結構監控系統。

3.系統連接技術方案

本文系統設計的主要目標就是實現水閘及電排站群自動化調控，提高系統傳輸質量，降低設計成本。在此背景下，本文設計系統的平臺基礎使用政務網實現，將水閘和電排站作為系統的節點，通過光纖模式與政務網相互連接。以下對三種方案進行對比，選擇其中有效方案。

（1）方案1

方案1系統的設計方式為端口堆疊，圖1為方案1的拓撲結構圖：

圖1 方案1拓撲結構圖

在區域機房中添加100M集線器，使每個集線器都能夠與水閘及電排站連接，之后通過100M端口和鎮區的SSR相互連接，在同個集線器水閘及電排站局域網連接，將其劃分到同個VLAN中，使用同個網關進行數據的發送，區域及分支中的局域網通過集線器實現使用。其能夠適用于電排站及水閘較多，并且沒有較強的信息化使用程度和沒有較高安全性要求的地區。其的投資較大，并且不需要其他模塊及設備，具有簡便的聯網工程；缺點包括網絡結構無法實現不同水閘及電排站的計算機進行邏輯分組，也就是不能夠對在同個集線器中不同的電排站及水閘的計算機IP進行設置，因此會出現網絡監測擾亂及追蹤的情況；并且其網絡結構層次較為簡單，沒有明確的邏輯分組，不能夠針對不同結構定制詳細的安全策略，實施網絡數據監控；最后是在同個集線器不同站的計算機都在同一個子網，不能夠實現各種應用廣播的隔離，網絡廣播數據會占用網絡傳輸寬帶。

（2）方案2

在水閘及電排站中添加802.1Q接入交換器，并且在其中配置基于端口的VLAN，每個站的局域網都是同個VLAN。交換機和SSR相互連接，從而實現端口之間的連接，與接入交換機相互連接的站實現100M寬帶共享。通過中繼技術與SSR接口及交換機相互連接，從創建中繼線路，擴展系統寬帶。并且在其中添加可堆疊交換機，不使用端口捆綁技術。其主要優點是價格低，實用性高，能夠提高端口的接入數量；對機構終端進行分組，將其分為多個IP子網，從而統一區域機構及網絡機構；使用VLAN劃分隔離廣播域，降低網絡廣播數據流，有效使用網絡帶寬；多鏈路集群支持負載均衡，如果某個鏈路出現故障，那么就能夠將數據傳送到其他鏈路中；因為網絡結構及組織架構能夠實現統一，從而能夠對不同結構創建不同的數據安全策略，使用SSR訪問列表就能夠對網絡數據流進行嚴格的控制，提高了網絡在使用過程中的安全性。其主要缺點為網絡缺少層次，并且網絡不能夠添加層次。

（3）方案3

添加SSR百兆模塊，實現加入端口數量的擴充，圖2為方案3拓撲結構圖。在SSR中添加擴展模塊，以此實現SSR端口數量的擴大，每個站劃分一個子網或者VLAN，以此實現擴展模塊端口的使用，并且在SSR中實現網絡數據的安全控制。添加BASE-TX模塊，實現不同結構的不同網絡擴展及安全控制需求，如果占用SSR擴展槽，之后在網絡使用過程中的擴展就要通過其他方法實現。

圖2 方案3拓撲結構

方案3的優點就是不需要另外添加設備，就能夠實現三層交換能力接入端口的擴充；另外還能夠實現不同結構終端的邏輯分組，不同結構能夠劃分多個IP子網，統一網絡結構及區域結構；通過SSR劃分區域及站，以此隔離廣播，有效提高網絡帶寬使用效率。由于實際組織及網絡結構統一，所以不同結構的數據都能夠有效并且安全性較高，使用SSR訪問列表能夠控制網絡數據流，以此有效提高網絡的安全性。方案3的主要缺點就是占用SSR的擴展槽，之后不能夠添加擴口實現網絡傳輸寬帶的擴展；并且網絡沒有層次，網絡控制不能夠根據結構分類實現統一的控制，以此提高了維護及配置的難度。

二、自動化調控系統的設計

對比上述的三種方案的優勢及缺點，本文使用第二種方案。自動化調控系統通過雙網絡設計，系統中的子系統實現以外網的創建，不同水閘及電排站的計算機能夠連接政務網及光纖，其中的測量、控制和保護等信息及工作、運行狀態都通過政務網到管理中心進行傳遞，之后將這些視頻及數據集中處理及收集，通過管理中心實現統一的調度，對所有的水閘及電排站進行遠程控制。并且每個泵站中的泵及水站中的閘門現場的設備控制實現是通過工業控制網絡，其獨立自主地在網絡拓撲中運行，由于雙網絡相互連接，所以現場控制PLC計算機和上位監控能夠實現高速通信，實現信息的存取及控制，此種結構能夠有效提高系統的可靠性，如果計算部分出現故障，控制單元操作不會受到影響。基于協議地址會降低網絡的安全性，所以可以使用MAC地址或者端口地址進行劃分。第二種方案能夠實現VLAN的方便劃分，并且實現千兆以太網的升級和擴展。根據系統實際需求，要在監控中監視器中傳輸圖像信號，通過視頻服務器收集圖像，之后將其送到單站控制中心，用戶能夠對其進行監視及監控。

三、結語

水閘及電排站群自動化調控系統的網絡設計要以政務網為基礎，創建光纖網絡，本文所介紹的方案三具有較強的可行性，在水閘及電排站群自動化調控系統中使用能夠具有較高的通信效率，并且具有較強的抗干擾能力，還有良好的可靠性，組態靈活，能夠在水閘及電排站中長期使用。