引江濟淮工程蜀山泵站樞紐智能控制系統(tǒng)方案設(shè)計

李 楊

一、工程概況

蜀山泵站樞紐位于引江濟淮線路江淮溝通段，由提水泵站和船閘等組成。泵站選用立式混流泵，配同步電機，總裝機功率67500kW。泵站進水池連接派河段輸水河道；出水池連接分水嶺段輸水河道。

蜀山泵站樞紐智能控制系統(tǒng)設(shè)計采用先進的信息采集和處理技術(shù)，自動控制技術(shù)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)信息管理技術(shù)，建設(shè)一套實用、可靠、先進的控制系統(tǒng)，以保障工程安全、可靠、長期、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

二、引江濟淮工程運行管理調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

引江濟淮工程運行管理總體調(diào)度系統(tǒng)采用分區(qū)分層進行系統(tǒng)設(shè)計，見圖1。橫向上，按安全等級的不同分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)分為管理區(qū)和控制區(qū)，兩區(qū)通過物理隔離裝置進行隔離，以避免低安全區(qū)系統(tǒng)影響高安全區(qū)系統(tǒng)的正常運行。

三、智能控制系統(tǒng)方案設(shè)計

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

蜀山泵站樞紐智能控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、智能視頻及安防系統(tǒng)、智能溫濕度控制系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)及通信系統(tǒng)組成，見圖2。蜀山泵站樞紐調(diào)度中心設(shè)置在樞紐管理處，分別對泵站及船閘智能控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理調(diào)度。

2.計算機監(jiān)控系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用分層分布、開放式系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為光纖雙環(huán)形以太網(wǎng)。系統(tǒng)分為集控中心控制級、站控級和現(xiàn)地控制級。控制優(yōu)先權(quán)順序為現(xiàn)地級、站控級、集控中心控制級。每層功能相對獨立，下層設(shè)備脫離上層后能獨立完成自己的功能。

（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

集控中心控制層設(shè)置相互冗余的計算機兼泵站操作員工作站、相互冗余的計算機兼船閘操作員工作站、電力通信服務(wù)器、通訊服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及語音報警裝置、GPS同步時鐘以及不間斷電源裝置（UPS）等設(shè)備。

站控制層設(shè)置操作員工作站、站用通訊服務(wù)器、微機五防服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機、語音報警裝置、GPS同步時鐘以及不間斷電源裝置（UPS）等設(shè)備。

現(xiàn)地控制層設(shè)置由PLC構(gòu)成的現(xiàn)地控制單元LCU。機組LCU負(fù)責(zé)機組及其勵磁裝置、機組附屬設(shè)備及機組繼電保護裝置的狀態(tài)量（開關(guān)量）、機組的電氣量、非電量（模擬量）進行采集以及對本臺機組進行控制。變電開關(guān)站LCU負(fù)責(zé)110kV配電裝置、主變壓器及其繼電保護裝置的狀態(tài)量（開關(guān)量）、電氣量、非電量（模擬量）進行采集以及對開關(guān)設(shè)備進行控制；輔機（公共）現(xiàn)地LCU負(fù)責(zé)全站油、氣、水系統(tǒng)以及泵站內(nèi)外側(cè)水位、水位差、站用電設(shè)備等的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控；泵站出水側(cè)閘門液壓站LCU分別負(fù)責(zé)泵站出水側(cè)高低孔液壓站的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控；閘門現(xiàn)地LCU分別負(fù)責(zé)進水閘門數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

各控制層之間通過以太網(wǎng)實現(xiàn)信息交換和程序控制，同時集控中心級與上級網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)接收帶密碼的調(diào)度、控制指令，并向上級發(fā)送本站實時運行信息。

（3）系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能設(shè)置如下：數(shù)據(jù)采集與處理；控制與調(diào)節(jié)；人機接口；數(shù)據(jù)通訊功能；系統(tǒng)自診斷功能；培訓(xùn)仿真和軟件開發(fā)功能；時鐘系統(tǒng)；遠程維護功能；系統(tǒng)遠動。

3.智能視頻及安防系統(tǒng)

（1）智能視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

1）視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前端設(shè)備：主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機、防雷器等組成。室外前端采用采用高清網(wǎng)絡(luò)快球，室內(nèi)前端采用槍式高清網(wǎng)絡(luò)攝像機或半球攝像機。在泵站的進水側(cè)、前池、出水池、出水側(cè)控制閘門處，在主副泵房和控制樓內(nèi)各電氣設(shè)備間、門廳、走廊等處均安裝攝像機。

傳輸及存儲設(shè)備：根據(jù)傳輸距離和圖像質(zhì)量的要求選用各種不同的線纜、接口設(shè)備，在泵站繼電保護室內(nèi)布置視頻監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備屏，屏內(nèi)安裝以太網(wǎng)交換機，若干臺網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機，負(fù)責(zé)采集前端設(shè)備的監(jiān)控圖像并錄像。

監(jiān)控中心設(shè)備：在泵站中央控制室安裝視頻工作站作為控制和管理設(shè)備，視頻工作站上安裝視頻監(jiān)控管理平臺。控制設(shè)備還負(fù)責(zé)完成前端設(shè)備和圖像切換控制、云臺和鏡頭控制、系統(tǒng)可分區(qū)控制和分組同步控制以及圖像檢索與處理等諸多功能。

圖1 引江濟淮工程運行管理調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 蜀山泵站樞紐智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2）視頻系統(tǒng)功能

現(xiàn)場攝像機可實時獲得監(jiān)控區(qū)域內(nèi)清晰的監(jiān)控圖像，實現(xiàn)24h不間斷監(jiān)控。存儲需要支持錄像調(diào)用，支持電腦客戶端、WEB、移動客戶端錄像回放。系統(tǒng)需支持報警聯(lián)動，包括客戶端、錄像、云臺、報警輸出、報警上墻、短信、郵件等聯(lián)動方式。

（2）安防管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

前端系統(tǒng)：對站內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)等進行了整合，主要負(fù)責(zé)對泵站視音頻、報警信息等信息進行采集、編碼、存儲及上傳，并通過平臺預(yù)置規(guī)則進行自動化聯(lián)動。

傳輸網(wǎng)絡(luò)：泵站安防管理系統(tǒng)承載于泵站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，用于前端與監(jiān)控中心之間的通信。前端系統(tǒng)的視音頻、環(huán)境量、報警信息可上傳至平臺，分別供管理部門各用戶調(diào)用查看。

中心系統(tǒng)：管理泵站內(nèi)部的所有設(shè)備，接收由各區(qū)域上報的信息，滿足中心系統(tǒng)用戶視頻、報警信息查看的需求。

4.溫濕度控制系統(tǒng)

運行管理溫濕度控制系統(tǒng)將分散的、相互獨立的采集器，用相同的軟件界面進行集中監(jiān)視。管理人員和操作人員可以通過系統(tǒng)的人機界面對泵站內(nèi)環(huán)境溫濕度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、除濕機、風(fēng)機的運行狀態(tài)等參數(shù)進行監(jiān)視，再通過控制系統(tǒng)對除濕機、風(fēng)機進行智能控制。

系統(tǒng)整體采用管理層、監(jiān)控層兩層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由服務(wù)器/工作站、網(wǎng)絡(luò)控制引擎、控制器等組成。

工作站又分為操作工作站和管理、設(shè)置工作站兩種配置。操作工作站實現(xiàn)管理人員的日常管理操作而不能設(shè)置、修改程序；程序的修改由專門配置的管理工作站完成，同時系統(tǒng)各組成區(qū)域以TCP/IP方式接入，建立集中管理平臺。

5.人員定位系統(tǒng)

蜀山泵站樞紐管理區(qū)較大，管理主體是現(xiàn)場工作人員，管理的核心是人，安全管理關(guān)鍵也在人。利用先進的人員定位系統(tǒng)，可以有效地加強對現(xiàn)場施工人員、技術(shù)人員的安全管理，實時定位現(xiàn)場人員，直觀及時地反映場區(qū)內(nèi)的作業(yè)情況、人員狀況，提高人員安全保障的力度及效率。

人員管理定位系統(tǒng)由計算機服務(wù)器、定位基站和人員標(biāo)簽等組成。

系統(tǒng)工作流程：人員標(biāo)簽發(fā)射出信號→基站接收信號→主站匯集數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)→計算服務(wù)器進行數(shù)據(jù)解算。

6.在線監(jiān)測系統(tǒng)

蜀山泵站樞紐在線監(jiān)測系統(tǒng)通過對機組相關(guān)部位的振動、擺度、壓力脈動、電機局部放電、變壓器局部放電、110kV GIS SF6氣體微水密度等狀態(tài)參數(shù)進行在線監(jiān)測并記錄，結(jié)合設(shè)備運行過程量參數(shù)、工況參數(shù)等的變化對設(shè)備狀態(tài)進行分析和診斷，以評判變電站及機組的安全健康狀況，提前發(fā)現(xiàn)故障，并為變電站及機組運行、維護、檢修提供有針對性的指導(dǎo)意見。

在線監(jiān)測系統(tǒng)采取開放、分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包含現(xiàn)地單元和上位機單元兩個層次及各單元間信號電纜等。在線監(jiān)測系統(tǒng)與泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)、泵站信息管理系統(tǒng)等進行有關(guān)信息的雙向交流以完整顯示、分析、處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，且能夠利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與調(diào)度中心或遠程診斷中心進行信息交換，充分發(fā)揮遠程中心的技術(shù)指導(dǎo)功能。

7.通信

蜀山泵站樞紐通信系統(tǒng)包括站內(nèi)及集控中心的通信和電力調(diào)度的通信。集控中心為引江濟淮工程運行調(diào)度管理系統(tǒng)的一個節(jié)點，配置有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。通過本站公網(wǎng)專線可以與上級調(diào)度部門實現(xiàn)高速寬帶的數(shù)字傳輸，將樞紐所轄泵站、船閘的設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)以及視頻圖像傳送至上級調(diào)度部門并接受上級調(diào)度部門的調(diào)度命令等遠傳信號，實現(xiàn)集控中心與上級調(diào)度的實時數(shù)據(jù)、視頻圖像及語音的雙向傳輸。電力調(diào)度通信采用光纖通信方式，集控中心數(shù)據(jù)可以很方便地與水利調(diào)度網(wǎng)實現(xiàn)傳輸。

四、結(jié)論

蜀山泵站樞紐智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)信息采集、存儲及智能控制，運用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)和信息處理技術(shù)，對整個工程資源實施合理調(diào)配，保障工程安全、可靠、穩(wěn)定的運行，有效提高樞紐工程管理水平及運行維護能力。蜀山泵站樞紐智能控制系統(tǒng)建設(shè)是實現(xiàn)智慧引江濟淮工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)和組成部分■