田山灌區調度運行管理系統設計

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.山東省調水工程運行維護中心，山東 濟南 250100）

田山灌區坐落于濟南市平陰縣、泰安市肥城市境內，是山東省境內的最大型電力引黃灌溉工程，在平陰縣境內為南北布置，在肥城市境內為東西布置。灌區運行四十多年來，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，易誤操作引發事故；調水管理全靠傳統方式，無信息化支撐，靠經驗與大量人工調水；泵站、閘站計算機監控、監測等設施無法實現自動化；無視頻監視系統，調水技術集成不足、灌區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，建設覆蓋全灌區的包含計算機監控系統、視頻監視系統、傳輸系統、調度電話系統的調度運行管理系統是非常必要的。

1 建設原則

1.1 實用性與先進性原則

充分考慮灌區信息化建設的實際，進行統一規劃設計、統籌兼顧，充分利用現有的設施、設備及通信資源，因地制宜，在滿足實用性的基礎上，盡可能運用主流領先技術，保證系統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，并利于系統的調整和擴展，以及與其他相關系統的連接。

2 系統設計方案

2.1 計算機監控系統

采用主流的開放式分層分布網絡結構，系統分遠方監視控制層、主要控制層和現地控制層結構。遠方監視控制設置在灌區管理處調度中心，對各泵站、閘站等建筑物的各種信息參數進行監視，下達調水指令。管理處調度中心遠方監視控制層。主要完成對現地控制的設備各項指標進行監控，通過組態采集并匯集、整理、處理各種運行數據，分析形成各種報表，上傳有關泵站、閘站運行數據，下達上一級調度指令，主控層部署于泵站中控室，主要完成對現地各種設備進行監控與采集。現地控制層設在設備現地，實現對現地設備的自動監測、控制。

這三層結構采用三級控制系統，現地控制層擁有控制權限最高登記；主要控制層（各泵站中控室）擁有第二級權限；遠方監視控制層擁有第三級權限，控制權限最低。遠方監視控制層、主要控制層和現地控制層通過100Mbps快速以太網形成網絡，通過單模光纖傳輸。為保證運行可靠性，泵站計算機監控系統拓撲選擇環形結構。

2.2 監視系統

在管理處設置監控中心一處，配備相應的視頻數據傳輸、存儲、顯示設備，便于及時準確地了解灌區各關鍵設施運行情況。根據系統網絡的建設情況，組成三級組織結構（管理處監控中心，一、二級泵站，各前端監控點）、一個授權管理層次（管理處監控中心）的系統。監控中心（設在管理處）負責對其下屬所有前端設備、存儲設備進行統一注冊、授權、管理，可查看下屬任何一個前端監控點當前、歷史視頻圖像，也可查看安防報警信息及相關監控圖像，并可對下屬任何一個前端預警廣播發布預警信息。在監控中心布署大屏幕系統設備作為系統的監控平臺，布署網絡存儲設備對下屬各閘的監視點圖像進行統一存儲，對各泵站的監視點做應急備份存儲和實時調取存儲。一、二級泵站為視頻及安防監控系統的接入單位，負責各廠區責任范圍內的視頻監控與安防預警，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一存儲、管理。各前端監控點受監控中心及相應泵站控制，采集各現地視頻數據并通過網絡上傳。

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，從而形成一個聯合顯示與控制的拓撲結構。

2.4 傳輸系統

傳輸系統主要任務是連接灌區上的一級泵站、田山節制閘、連通閘、管理處、沉沙池分水閘、北土節制閘、二級泵站。考慮到本工程網絡結構較為簡單，通信站點數量不多，同時兼顧系統的業務需求和工程的運行環境，采用工業以太網技術組網。工業以太網技術優勢是具有帶寬高、質量高、傳輸穩定、有效抗電磁干擾、私密性強等優點。最終根據通信傳輸系統的建設情況，按照高效、實用、簡單易用的原則，構成三級組織結構的傳輸系統。

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，如計算機系統、數據采集及處理系統、監視系統等對通信系統的需求，具體設置通信骨干網通信節點7個，分別為：一級泵站、田山節制閘、聯通閘、管理處、沉砂池分水閘、北土節制閘、二級泵閘。

2）通信網絡拓撲結構。由于本工程傳輸的數據內容分為控制信息與視頻語音等信息。根據傳輸內容的重要性，本工程重點保證監控功能的順利實現。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，網絡有可能發生瞬時的數據沖擊。為了保證最重要的調度控制功能的實現，建設控制專網與其他業務分開的傳輸網絡。控制專網的帶寬比較小，選用百兆工業以太網，其他業務帶寬比較高，采用千兆工業以太網。

采用工業以太網結構將沿線主要通信站通過光纜連接，采用自愈環網方式，一級泵站、田山節制閘、聯通閘、灌區管理處、沉砂池分水閘、北土節制閘、二級泵站組成手拉手環網。系統采用內部纖芯環形方案，保證了系統的可靠性。如果系統中某條光路或一臺交換機發生故障，環形結構將在小于20ms時間內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構。

2.5 調度電話系統

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

3 結語

田山灌區調度運行管理系統經過一段時間的運行，效果良好，且全部裝置運行穩定，突出優點是調度精細化、可視化，安全性高。調度精細化使供水的質量保持穩定，對灌區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量，節約了用電，整個管理處的運行管理提升了一個臺階；調度可視化大大減少了人工巡查，節約了人力資源，在管理處實現了全灌區調水的監視，提高了灌區的安全性，各個泵站、閘的運行工情在管理處實時顯示，有效地防止了調度中由于數據不準確而導致誤操作。

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