泵站计算机监控自动化系统介绍

目前，不少新建和改造泵站已经增加了计算机监控系统的内容。在此简单介绍国内部分泵站的计算机监控自动化方面的情况。各地泵站应根据各自的具体情况具体分析，设计出适合当地条件的经济合理的计算机监控自动化方案。

（一）湖南省华容县中小型泵站的监控系统

湖南省华容县三汊河、团北、向东、北景港四处泵站，分别兴建于20世纪60年代、70年代、80年代和90年代，装机容量分别为7×155kW、8×180kW、8×155kW和6×210kW。泵站原设计都是低压配电系统与主泵房混合布置，采用就地操作。泵房内噪音大、温度高，工作环境很差；开机停机、运行记录、操作人员两头跑，管理十分不便。该县2001年前后对四处泵站进行了技术改造，采用集中控制测量系统，实际应用表明，具有灵敏度高、操作可靠、检修方便和经济实用等优点。

1.控制测量系统的设计

（1）基本要求。①控制回路应具备手动和自动两部分，即能按运行人员的指令或自动装置的程序动作，执行合闸或分闸操作；②控制回路应接线简单、可靠，操作方便，外排泵站应该考虑高洪水位能够安全运行。操作控制测量系统在主泵房内应设有现场操作和紧急停机功能；③断路器的分、合闸线圈是按短时通电设计的，分合闸回路必须保证在操作完成后自动断开，以免线圈因长期通电而烧毁；④手动分（合）闸和自动分（合）闸要有所区别，因为手动分闸属于正常操作，而自动分闸属于故障或不正常操作，在控制台上必须反映出来，并同时发出音响信号，引起运行人员注意；⑤控制回路必须设计有防止误操作的联锁装置；⑥整个控制回路应能监视回路本身的完整性和电源情况；⑦操作台应装有监视测量仪表，声、光、信号指示器、控制开关，并考虑设计微机接口；⑧泵站电气测量中，有关仪表的准确度与仪表连接的分流器、附加电阻和互感器的准确度以及测量范围等基本要求，要符合电气测量仪表装置设计技术规程。

（2）主电路设计。改造后的向东泵站8×155kW低压配电主接线图，泵站采用S9-800kV·A-3.5/0.4kV变压器2台供电。配电屏采用GGD2型，QS01、QS02电源总开关，HD13BX-1500/31型；QS1～QS8为机组电源刀开关，HD13BX-600/31型；QF01、QF02为低压电源总断路器，DW15-1600/31型电动式；QF1～QF8为机组断路器，DW15-630/31型电磁式；TA01，TA02为测量电流总互感器，LMK-1500/5型；TA1～TA8配电屏上机组电流测量互感器，LMK-400/5型；TA9～TA16用于操作台上机组电流测量互感器，LMK-400/5型；FS1、FS2为低压避雷器，FS-038型；QS0为母联系电源开关，HD13BX-1500型；QF0为母联低压断路器，DW15-1600/31型电动式开关，可以使两台变压器并联运行，电源互供。

（3）控制测量电路设计。控制测量电路分为主泵房配电屏上和操作台上控制测量。为了操作运行、测量、检修方便，主泵房低压配电出线屏，机组屏的电压、电流、温升测量，音响信号，断路器合闸、跳闸与操作台采用一根BV1.5×14芯铜芯电缆连接一台变压器或一台机组控制测量回路。配电屏与操作台控制回路的合闸、跳闸按钮相互并联；测量回路、电压测量并联，配电屏内增加1组电流互感器，与操作台电流测量回路串联，主变与机组接线端子相同。温度测量回路在变压器上取样引至操作台温控仪。

（4）主泵房和控制室设备布置。控制室最好设在泵房的一端，与主泵房隔离，避免高温、噪音；通风向阳，夏天隔热，改善运行环境，便于操作室内设备检查维修，主泵房内设备巡视。

2.集中监控系统的结构

在主泵房内布置GGD2型低压频敏启动柜，控制室内布置操作台和微机监控设备。监控系统分为三个部分：主泵房内低压配电系统、控制室内操作台测量控制系统、微机监控系统。

（1）主泵房内低压配电系统。由GGD2-155kW频敏启动控制柜，电动机电源主电缆（VLV-3×95×2），启动器控制电缆等组成。为了运行、监视、检修方便，采用1台机组连接1块GGD2屏型。

屏内主要设备：电源开关采用旋转刀闸开关HD13BX-600A型；启动频敏变阻器的交流接触器采用CJ20-400型；负荷控制开关采用DW15-630型万能低压空气断路器：机组启动采用BP4-155kW频敏变阻器启动；电流测量采用LMZl-0.5型互感器两组，一组配用于配电屏上电流表测量，另一组用于操作台上电流表测量，电流表为42L6-A型；变压器低压侧电压测量采用LW5-YH-3/3型转换开关，配接电压表为42L6-V型；信号指示：跳闸指示灯为绿灯，合闸指示灯为红灯，启动位置指示灯为黄灯，指示灯型号为AD16-25；控制按钮：启动按钮绿色，停机按钮红色，频敏变阻器手动投入按钮黑色，按钮型号为LM39-25。

（2）操作台测量控制系统。测量分为变压器低压侧电压测量、总电流测量、变压器温升测量、机组电动机电流测量，机组启机停机控制，频敏变阻器手动投入。

电压、电流测量、启动、停机的控制元件与GGD2型启动柜相同，变压器温控测量仪采用XMT-122型仪表，GGD2主屏连接的测量控制电缆均采用BVK1.5×14型铜芯电缆，接线端子采用B1-1型，便于接线维护。

（3）微机部分。微机监控功能分为遥测、遥信、遥控三个功能。

微机监控系统包括：①后台机采用单机运行方式，设置操作人员工作站，主要完成泵站设备运行动态数据处理和管理功能，实时监控电排站的运行情况，并进行综合处理，历史数据记录，事件记录和系统操作控制。通过打印机自动打印运行报表等。工作站还可以与上级防汛指挥机构进行通讯，为泵站的安全可靠运行提供硬件支持；②微机操作站配置：HP微机，型号PIII667/64M/10.2G/12xDVD/11MVdev，17英寸彩显，LQ-1600KIII中英文宽行打印机；③基本软件：采用WINDOWS98或WINDOW-SNT4.0操作系统，它具有高度稳定性、工业级的安全性和友好的人机界面；④软件特点：系统配置为系统软件、支持软件、网络软件、组态软件和应用软件：操作系统具有多任务，响应速度快，使用方便、可靠，适合实时控制；操作简单、方便、界面美观、易学、易懂、易操作；⑤软件功能：CRT画面显示，运行人员通过鼠标或键盘选择和召唤画面显示，可显示各类菜单，电气主接线图、机组及辅助设备的状态模拟图、设备运行动画图，各类柱状图、曲线图，各类运行报表；可自动定时或召唤打印各类报表，设备事故报警打印；操作控制功能，机组开机、停机操作，低压空气断路器分闸、合闸，辅助设备分闸、合闸操作。

上述四处泵站的测量控制系统经过技术改造，提高了泵站集中控制的自动化程度和可靠性，改善了运行人员工作条件。泵站测量控制系统结构简单，造价低廉，8×155kW泵站包括配电屏、控制台、微机监控系统、控制室土建、控制电缆总造价约30万元左右，就能使中小型泵站的操作、测量、监视、报警、记录、打印实行智能化。

（二）广东省顺德联安泵站

联安泵站工程位于广东省佛山市顺德北部南顺联安围文海河末端、联安水闸旁，是顺德市2000年度的重点项目。设计为五台1600ZWB8.5-3.6卧式轴流泵，配套400kW的10kV同步电动机，设计排水流量42m3/s。由于顺德市被省委省政府定为现代化的试点市，水利作为国民经济的基础产业更应该走在前面，所以本工程作为顺德市现代水利设施的样板工程来规划、建设。联安泵站综合自动化系统立足于高起点、高标准，完全参考“无人值班、少人值守”的要求进行规划设计，其特点是整个供配电系统和所有的辅助设备都是按计算机监控的要求来设计的，保护系统取消常规的继电保护，还引入了图像监视系统，综合利用可编程控制器、微机保护、图像监视和计算机网络通信等先进技术，建立先进的自动化监视和控制系统，以提高工程的安全性、可靠性，充分发挥工程效益，促进工程管理的科学化、现代化。联安泵站综合自动化系统包括计算机监控系统、微机保护系统和图像监视系统三部分，三个部分是可以各自独立运行，相互不受影响。图9-20为该站计算机监控系统网络图。

图9-20　联安泵站计算机监控系统网络图

1.计算机监控系统

泵站监控系统采用工业自动化流行采用的分布式控制系统的结构，又称为集散式控制系统。其主要特点为层次化，体现集中管理，分散控制的原则，具有任务分散、风险分散、实时性高、可靠性高的特点。监控内容包括泵站的高低压配电系统、泵站主机组、供水系统、排水系统、供油系统和泵站防洪闸等。监控层分两层，即集中监控层和现地监控层。集中监控层位于泵站中控室，采用100Mbps快速以太网技术，与现地监控组成开放的计算机网络系统。

（1）系统主要硬件。集中监控层主要设备包括2台工作站（主机），1台网络交换机，另外还设有1台网络激光打印机、1套UPS电源和语音报警系统。每台主机均采用DELLP4高档型微机，配置256M内存，40G硬盘，Winfast32M同时工作。当主用机发生故障时，备用机的数据库具有对故障系统相同的内容且继续高速图形加速卡，21"1280×1024CRT等。两台主机既是系统服务器，又是操作员工作站，工作方式互为热备用，即两台主机对过程作数据登录，并且对以前登录的数据具有完全的访问权限。一旦主用机恢复正常，就可以自动地进行数据同步，切换过程无扰动。网络交换机采用美国著名网络公司3Com公司SW3300 24快速以太网交换机，网络交换速度高达100Mbps，保证数据、图形和语音信息的高速传输。网络交换机预留有足够的接口与镇水利所、市水利局等远程系统的联网接口，接口速度高达100Mbps，接口协议为TCP/IP。网络打印机选用EPSON A3黑白激光打印机，支持宽幅（A3）高速打印。通过网络共享器实现网络共享，打印报警、事故和历史数据操作信息等报表。UPS采用6KVA山特在线式不间断电源，电池配置满足标准配置备用工作时间约10min。

现地监控层包括4套LCU（local control unit），LCU监控现地各分散的设备，其中3套机组LCU，两台机组共用一套；全站的公用设备设置1套公用LCU。现地监控层机组LCU的数据采集和控制采用GE90-30PLC。90-30PLC是美国GE Fanuc公司中高档型的PLC，模块化结构，通信和扩充性能良好。CPU选用90-30系列PLC中最高档的CPU364，该CPU具有240K内存，并且内置10Mbps以太网接口，支持以太网的广播方式通信，大大提高网络数据交换效率。系统网络图如图9-20所示。

（2）系统主要软件。操作系统采用Microsoft中文NT操作系统。Window NT Server中文版是近几年发展起来的实时多任务操作系统，它是一个功能强大，多用途的网络操作系统。它的易用性，灵活性，可靠性以及扩展的Internet/Intranet和通信服务能够最大程度地满足多用户大需求，用户界面与Windows98也是非常相似，开发环境成熟。而且，WindowsNT是真正的32位Windows操作系统。随着时代的发展，支持该操作系统的第三方应用软件会越来越多。

系统监控软件采用美国GE公司的CIMPLICITY HMI工业控制系统，该系统基于Microsoft NT平台，有良好的兼容性、准确性和可靠性。作为Microsoft公司的紧密合作伙伴，GE公司提供的Cimplicity HMI是完全开放的系统，支持各种软件工业标准如：DDE，OLE，ACTIVE X，ODBC，TCP/IP，OPC等，作为共享的基础。并提供了一组进行二次开发的工具和手段，以便生成完全满足要求的监控系统。由于充分采用了客户/服务器体系结构，使得监控系统能够提供数据在网络上的全面集成和共享，提高性能，降低成本。Cimplicity HMI上位机监控软件采用当前最先进的技术、系统的配置和画面的组态具有方便性，而且系统的体系结构是完全灵活的和开放的，它运行在Windows NT/95/98工作平台，通过策略和画面组态在上位机上实现对工业控制系统的监测与控制。

该工程计算机监控系统采用Microsoft SQL数据库管理系统，用于数据库管理。SQL-Server数据库是近几年发展起来的数据库系统，该数据库性能也较高，处理数据的性能也较强。特别是随着SQL-Server 7.0的推出，该数据库系统的功能进一步增强，可以作为企业级的数据库系统。由于其制造商就是美国微软公司，所以这种数据库可以很好地与Windows NT以及基于Windows上的应用软件配合使用，充分发挥Windows NT操作系统和SQL Server数据库的功能。而且与其他大型数据库软件如Oracle，Sysbase相比，性能价格比较高。

（3）系统功能。本系统的主要目标是接受调度指令，实现泵站自动监控，提高泵站安全运行和管理水平，改善管理人员的工作条件。系统控制模式有两种：①自动控制，泵站可在监控系统设定的模式下自动运行。如，按照设定的程序进行机组的开、停机运行。按照设定的程序进行报表的自动生成和打印等；②手动控制，能在现地LCU上直接控制机组开、停。手动控制与自动控制可以通过现地LCU上的转换开关进行设置。

该泵站计算机监控系统采用分层分布式结构，控制权限分两级，从低到高依次为：现地监控层LCU，集中监控层操作站（双主机热备用）。在机组的LCU屏上各设置集中监控层/现地级监控层的控制权切换开关，只有切换到“远程”时，集中监控层主机才能实施控制和调节命令。当切换开关切到“现地”时，只能通过现地LCU屏上的控制开关实施控制和调节命令。当机组LCU的操作面板发生故障时，不影响集中监控层对机组LCU的控制。泵站现地监控层和集中监控层的主要有如下功能：①现地监控层LCU功能：现地级监控层LCU直接控制和监视主设备的运行，在整个系统中，它作为一个智能终端，但也可以作为独立的装置单独运行。具体功能有：a.开关量和模拟量数据的采集及处理，包括：LCU按周期扫查全部开关量和模拟量，进行状态检查，更新数据库，在开关量和模拟量发生变位时，可以产生事件记录，并根据控制流程进行动作处理或接点复归处理。交流模拟量的采集由相应机组的微机保护装置内的SR369微机保护模块完成。机组的采集参数包括：有功、无功、频率、功率因素等电量。b.控制与操作，LCU可以接受上位机或LCU屏上的输入命令，执行相应操作。LCU都是通过其输出继电器的接点去动作现场设备，共使用单接点形式的输出点50多点，分别作用于各种管路的电磁阀、线路的断路器、油泵的电动机等现地设备输入点。c.诊断功能。LCU具有对本身的硬件及各控制单元进行全面的保护性自我检验功能，并根据检验结果采取相应的保护性措施，防止出现不良结果。LCU同时向主机报告诊断的结果，根据自诊断记录，值班维护人员可以了解LCU装置工作是否良好，指导处理异常情况。d.通信功能，LCU与集中监控层的通信通过以太网实现，通信的主要内容有：将LCU采集到的各种信息、正在执行的控制操作、内部自诊断结果即时送上主机，接受主机的控制命令等。②集中监控层功能：a.运行监视和事件报警。定时从LCU采集全站机组、公用设备、线路开关、母线、闸门等生产设备的运行参数和运行状态，更新实时数据库。在CRT上显示运行监视图、操作结线图等各种画面，以及趋势曲线，各种一览表、测点索引等，定时刷新画面上的设备状况和运行数据，使运行人员可清晰地监视全站的运行状态、操作状态过程和报警信息。b.控制和调节。运行人员在控制台通过CRT向LCU发出各种控制调节命令，监视操作全过程，并可在必要时干预控制操作的执行。操作命令可以包括以下几种：机组启、停，断路器的合、分，辅助设备的启、停等。c.统计报表。计算机监控系统能对监控范围内的设备运行情况进行统计记录，还可以自动生成各类报表、日志。d.通讯功能。与各现地监控层LCU的通信、预留与水利所的接口。e.人机接口。人机接口包括彩色屏幕显示器（CRT）、键盘、鼠标和汉字打印机，它不但为运行人员提供对整个系统监控的各种手段，而且具有对监控系统在线自诊断，投、退设备功能。f.自诊断及冗余管理。当计算机系统及各种单元发生故障或发生错误时，自诊断程序能正确地判断出故障内容，能对外部设备和计算机硬件进行检修，指出故障设备，以便迅速更换。当主服务器故障时，能将控制权自动切换到备用服务器。系统软件流程示意图如图9-20。

2.微机保护系统

泵站微机保护系统总体设计原则是系统安全可靠、经济实用、技术先进、易于维护。微机保护装置选用美国通用电气公司（GE）的专用数字保护继电器SR369，该保护装置具有可靠性、选择性、灵敏性和速动性的特点。10kV线路和各机组的保护均采用独立的SR369保护装置完成。系统功能主要是SR369对1回10kV母线、5台主电动机的测量、保护以及监控系统对保护系统的监控两部分。对10kV母线实现的保护有电流速断保护、反时限过流保护和过电压保护。对主电动机实现的保护有电流速断保护、反时限过流保护、过电压保护、过负荷保护以及低电压保护。保护系统还包括保护交直流回路，跳合闸回路，监视回路和外引接点（如瓦斯、温度等）的输入回路，故障录波回路等，保护装置出口具有开关量输出及同上位微机接口的通讯口，其中开关量的输出能区分保护动作性质，同时保护装置具有元件故障自动报警和自检功能。

10kV线路及各机组的微机保护装置通过RS485口分别直接与公用PLC、各机组PLC进行总线通信和DI点的输入转换，并通过通信口向各PLC传输保护相关数据，包括事件记录、故障报警、事故录波、电量采集等，从而实现监控系统对保护模块的直接管理，且能保证信号的正确、可靠、实时。监控系统采用的软件为美国GE公司的集中管理控制软件CIMPLICITY HMI工业控制系统。该系统基于Microsoft NT平台，有良好的兼容性、准确性和可靠性。保护装置有RS485、RS232通讯口，所有模块采用的通讯协议为Modbus RTU协议。

3.图像监视系统

图像监视系统由于有户外工作的设备，对设备系统的安全性和可靠性要求较高，具体要求包括以下几个方面内容：泵站采用摄像机能够最大范围观察泵站及周围环境，通过控制云台、镜头的变焦彩色摄像机牙口定焦彩色摄像机能够观察细微变化；所有室外摄像机可以适合晚间工作，在低照度的情况下，同样可以获得比较清晰的图像画面：对所有主控设备采用集中管理，监控点的供电可以采用分地点控制，使用矩阵切换主机系统；采用摇杆键盘控制所有设备，取代以往按键操作方式，充分体现系统操作上的方便性：录像系统要求能够手动或启动录制主要画面的图像，以备查询。主要设备有：SONY彩色低照度（0.6LUX）摄像机，对监控对象进行实时监视：日本JVC全天候录相机，全部现场录相，支持单个现场的回放；美国AD公司32路矩阵主机和控制键盘，预留扩充；美国ROBOT彩色9画面分割器；2台21英寸进口彩色监视器等。监视设备均采用模块化设计的器件，各部分的功能都集成在主控台内，操作方便，维修保养容易。

系统的特点有：①可靠性高、稳定性好。设备选型以进口名牌产品为主，通用性好，性能价格比高。特别在摄像机选型上，充分考虑到水闸群要求在恶劣环境下（如黑夜、微光或暴风雨条件下）能够正常运行的要求，重要设备均以进口产品为主：②全面考虑防水、防尘、防腐、防虫蛀、鼠咬、防雷措施，特别根据用户实际情况，考虑防盗设计功能；③九画面分割器可同时将九个云台彩色摄像机的监视点画面显示在一台监视器上；④高质量的监视设备及防雷设计。整个系统在夜间和雷雨期间也能正常工作。

监视系统能够达到以下的目标：①对泵站现场的实时监视功能；②满足日常画面分割切换功能；③对现场录相和单一现场回放功能；④系统满足在特殊恶劣环境（如夜晚微光、暴风骤雨环境）下，正常对现场实时监视功能。

本工程的综合自动化系统的核心是计算机监控技术，它的投入使用极大地提高了泵站的运行管理水平，降低了管理人员的劳动强度，总结出有可靠性高、功能齐全、方便实用、价格合理等优点。

（三）淮安水利枢纽

淮安水利枢纽工程位于淮安市南郊苏北灌溉总渠与京杭大运河的交汇处，有3座大型抽水站、3座小型水电站、9座节制闸等20多座水工建筑物组成灌溉、排涝、通航、发电等综合利用的水利枢纽，它是南水北调的二级站，也是江水和淮水的调节枢纽，无论是淮水还是江水都在这里分配和调度。

淮安水利枢纽计算机网络系统建设的目标就是利用先进实用的计算机技术和网络通信技术把淮安一站、二站、三站、泵站变电所、运西电站、淮阴站、运东闸、阜宁腰闸等水工建筑物和淮安灌溉总渠管理处的计算机连接起来，支持全枢纽的抽水站、变电所、电站、节制闸等的实时运行、控制、调度、管理。能和大运河水情网络和Internet连接，以便向上传输数据和接受上级发送来的命令，并且向水利枢纽的各级的运行管理人员等提供一个全新的网络环境，使其成为提高运行管理水平、保障安全运行、提高经济效益的重要基础设施。同时，能够提供网络浏览、电子邮件、运行管理数据传输、事务管理以及多人协同工作等服务。(www.xing528.com)

1.系统功能和结构

淮安水利枢纽计算机网络体系结构如图9-21（见书后插页）所示，由泵站、变电所等综合自动化系统、远程闸站自动化系统、远程闸站管理系统、淮安灌溉总渠管理处计算机管理网络、水利枢纽计算机网络管理中心等几个主要组成部分，是由若干子系统组成的互联网络结构，网络管理中心设立在淮安灌溉总渠管理处所在地，中心设置一台以太网络交换机，其他各个子系统的局域网通过双绞线或者光缆连接到交换机上。网络中各部分的功能分述如下。

（1）泵站监控子系统。淮安一站、淮安二站、淮安三站、泵站变电所、运西电站、淮阴站监控系统是集监督测量、控制保护、信号、管理等于一体的综合监控自动化子系统，包括对变电所、泵站等的运行参数的测量、控制、保护，相应的辅机设备、相关节制闸的控制调度，以及水情自动调度。实现主控室内集中数据显示、分析、处理，现场分散控制和保护，并能够通过计算机网络将泵站运行数据和状态实时地展示在各级管理人员面前。它一般采用分级结构，第一级为现场级，第二级监督控制级。本系统可以采用基于可编程序控制器（PLC）的分级监控系统、集散控制系统（DCS）或者基于现场总线的现场控制系统（FCS），所有监控、管理级计算机通过集线器（HUB）连成一个局域以太网，采用TCP/IP协议，波特率为10Mbps，再通过路由器与淮安水利枢纽网络中心的以太网络交换机相连，传输介质近距离采用双绞线（＜100m），远距离（100m～2km）采用多模光纤电缆。淮阴站子网由于距离总渠管理处25km，可以采用数字专线方式和无线电方式与网络中心的计算机连接，两通信方式可以互为备份，提高可靠性。

（2）远程闸站自动化子系统。本系统包括远程节制闸和远程泵站等。远程闸站自动化系统的功能和近程闸站的功能相同，但它可以通过无线电收发装置与淮安水利枢纽管理处进行数据传输，同时可以利用调制解调器（modem）通过电话线路传输数据。当要传输的数据量比较大时，可以租用专用的公共数据交换网络的线路（如X.25或者DDN专线）。这样无线电数据传输通道和有线通道互为备份，可提高远程通信的可靠性。如高良涧进水闸、阜宁腰闸等可采用远程闸站自动化系统结构。

（3）远程闸站管理子系统。本系统是设在淮安灌溉总渠管理处的计算机系统，它负责收集远程闸站的运行、管理数据以及对它们进行运行调度和管理工作。它通过无线电收发装置和远程闸站自动化系统交换数据，或者利用公共数据交换网络通过调制解调器（modem）与远程闸站自动化系统进行数据交换。远程闸站管理的计算机采用10m总线式HUB连成一个独立的局域网。无线电收发机通信所用的协议由无线电收发机自带。通过公共电话网络或者公共数据交换网络连接远程工作站，根据其重要性和数据传输所需的速率，来决定采用拨号电话线路或者租用专用线路，采用专用线路时，需为每一远程站点设置一个modem。远程闸站管理子网再通过网桥设备用双绞线连接到淮安水利枢纽网络管理中心的以太网络交换机上。

（4）淮安灌溉总渠管理处子系统。本系统用于收集、整理、分析由各近程和远程泵站、节制闸发送来的水情数据和运行管理数据，根据这些数据和上级管理部门的调度指令进行泵站、节制闸的运行调度管理等工作，同时它还是淮安灌溉总渠管理处的事务管理的网络支撑。由于管理处的管理工作站比较集中，可以选择的网络技术很多，通过一个或者多个总线式HUB将各个工作站连接起来，然后利用路由器连接到网络交换机上去。

（5）淮安水利枢纽网络管理中心子系统。本系统负责整个淮安水利枢纽的网络连接，负责整个网络的运行管理工作，负责整个区域水情数据、运行管理数据等数据的存储和管理，通过大运河专用水情网络或者公共数据交换网络与上级管理部门的计算机网络连接，在网管中心建立一个Web服务器，向访问它的客户提供各种水情、运行管理等方面的数据查询服务，并用枢纽内的各闸站水情数据定时更新，这样关心淮安水利枢纽所在区域水情数据的用户通过Internet就可以查询得到，而不管此用户身在何处，这点在汛期尤其有用。

泵站、变电所等综合自动化系统子网、远程闸站管理系统子网、淮安灌溉总渠管理处管理子网等以星形结构接人以太网络交换机，监控子网、远程闸站管理子网、大运河网通信管理机等接入网络交换机的10Mbps端口，管理处管理子网及网管中心的网络服务器、数据库服务器、邮件服务器网络接入网络交换机的10Mbps端口，操作系统采用Windows NT，网络协议采用TCP/IP，淮安水利枢纽的各种水文历史数据、管理数据、闸站运行数据采用Microsoft的SQl。Server进行管理，Web服务器采用Microsoft Internet Information Server（IIS）。采用邮件服务器可以在枢纽内进行电子邮件的传输和提供与外界交互的电子邮件。管理系统采用Client/Server结构，客户端（各管理工作站如工务科系统、领导查询系统等）采用Windows 95操作系统，操作界面采用Microsoft的Explorer和Powersoft的Power Builder。专用系统采用Visual C++等工具开发。

2.枢纽网络系统建设策略

淮安水利枢纽网络是一个实时控制系统和事务管理系统混合的网络。因此，计算机系统的建设是一个逐步投资、不断完善的过程。现在，新建泵站一般都考虑采用计算机进行数据采集、控制和保护等。例如，淮安三站已经采用计算机监测系统，部分已建泵站正在应用计算机进行改造。但是，由于计算机在水利上的应用经验尚需积累，许多已经建成的计算机系统只能单系统运行，缺乏联网所需的接口或者接口所遵守的协议不标准，不能充分发挥其作用。因此，在淮安水利枢纽建立网络系统，必须科学规划，制定出合理、可行、先进的计算机网络发展计划。分期投资，网络通信干线先行，逐步开发，局部见效，带动整体。例如，淮安水利枢纽计算机网络可以将下列内容作为一期开发，而整个水利枢纽网络通信干线建设、淮安水利枢纽网络管理中心、淮安灌溉总渠管理处管理网络、泵站和变电所等子网建设，远程闸站自动化系统、远程闸站管理系统等留待以后建设。

（1）整个水利枢纽网络通信干线建设。水利枢纽网络通信干线建设是整个工程的前期工作和基础，包括网络管理中心到淮安一站、淮安二站、淮安三站、泵站变电所、运西电站、运东闸站的光缆铺设。

（2）淮安水利枢纽网络管理中心子网。网络管理中心包括网络交换机，网管工作站、大运河网络接入设备、各子网接入设备、网络服务器、数据库服务器、枢纽内电子邮件服务器以及各种网络接入设备。其他功能，例如提供Intennet查询服务的Web服务器可以留待后期开发。

（3）淮安灌溉总渠管理处管理子网。淮安灌溉总渠管理处管理网络覆盖整个管理处的所有职能部门，每个职能部门可以有一台或者多台工作站。例如，主任工作站、管理处办公室工作站、公务科工作站、修试所工作站等，设置一台网络服务器；有些部门可以有自己的服务器，如财务科。

（4）泵站和变电所等子网建设。一站、二站、三站、泵站变电所、运西电站、运东闸站的子网建设属于各个自动化系统的范畴，但需要投资设置水利枢纽网络的接入设备，例如路由器、网桥和光缆设备等。

（四）景泰川电力提灌工程泵站计算机监控

景泰川电力提灌工程是一项高扬程、大流量、多梯级电力提水灌溉工程。工程总体规划设计提水流量28.6m3/s，加大流量33 m3/s，兴建泵站43座，装机容量24.87万kW，灌溉面积近百万亩，分期建设。一期工程1969年开工建设，1974年建成。设计提水流量10.6 m3/s，加大流量12 m3/s。建成泵站13座，总扬程472m，装机容量6.78万kW。设计年提水量1.48亿m3，灌溉面积30.42万亩。二期工程1984年7月开工建设，1994年基本建成。设计提水流量18m3/s，加大流量21m3/s，建成泵站30座，装机容量18.09万kW，最大提水高度602m。设计年提水量2.66亿m3，灌溉面积52.05万亩。二期工程延伸向民勤调水工程，是一项利用已建成的景电二期工程的灌溉间隙和空闲容量向民勤调水，以缓解民勤水资源日趋减少、土地沙化、生态环境恶化的应急工程。工程设计新建沙漠输水渠道99.04km，将黄河水从二期总干渠末端开始，通过新建的输水渠道，输入红崖山水库。设计流量6.0m3/s，年调水量6100万m3，恢复灌溉面积15万亩。工程于1995年11月开工建设，2000年9月基本建成，2001年3月5日开始向民勤输水。

景泰川电力提灌工程灌区用水信息管理及泵站计算机监控系统（见图9-22）是针对本灌区高扬程、多梯级、多机组泵站联合运行和灌区用水管理的实际需要，采用国内外灌区管理先进技术和设备研制开发的实用型自动化管理系统，主要包括：灌区用水管理信息决策系统、泵站计算机监控系统、水量计量系统、闸门自动控制系统和办公自动化系统等内容。“高扬程多梯级泵站计算机监控系统”具有机组优化组合，选择最优方案运行等特点，可大大减少机组开停次数，改善梯级泵站的级间流量配合，提高泵站运行效率，降低能源单耗；“灌区用水管理信息决策系统”，可自定义搭建灌区渠系结构和用户行政区划，建立用户与渠系的对应关系，有利于制定灌区动态配水计划，提高灌区用水管理水平；“渠系水流模拟仿真系统”具有可视化搭建渠系结构的突出特点；引进的太阳能自控设备用于渠道闸门远程控制，无需外接电源，运行可靠，自动化水平高，适宜在我国缺电地区推广使用；研制开发的低成本，低能耗、大容量渠系水位自动监测记录设备已获国家实用新型专利，具备产业化生产能力，在本灌区应用节水和管理效益显著。

图9-22　景泰泵站计算机监控系统

景泰川电力提灌工程灌区用水信息管理及泵站计算机监控系统自1996年开始陆续投入使用后，大大提高了工程运行的安全可靠性和灌区用水管理水平，减轻了管理人员的工作强度，提高了设备运行效率和水的有效利用率，实现了水资源的优化配置，达到了节水、节能、降低供水成本、合理用水、提高运行管理水平的目的。

1.灌区用水管理信息决策系统

（1）灌区用水管理信息决策系统。按照灌区不同的需水情况和工程供水能力，为了及时快捷地制定灌区及各级渠道的用、配水计划，统计各级渠道灌溉进度、水的利用率和各用水户用水与水费情况，对用水计划进行必要的调整，结合灌区实际，开发研制了灌区用水管理信息决策系统。

“灌区用水管理信息决策系统”以Windows95/98及NT为操作平台，其主要功能有：①渠系及用户信息建立：包括基础数据维护、渠系用户数据录入及打印设置等，其功能主要是完成对具体灌区的描述，将用水户和渠道系统联系起来。②用水计划：包括用水申请、自动配水、配水计划查看、下达计划等，可根据渠系结构和渠道的过流能力、泵站的提水能力，在短时间内完成渠系配水过程，输出包括渠道名称、起止时间、相应流量及配水记录。③用水统计：主要对某次灌溉用水的实际运行过程和实测数据进行统计，为及时调整用水计划提供依据，且便于灌水结束后进行用水总结。在录入有关数据后，系统可自动进行用水统计汇总、支渠口水量统计、灌区日利用率考核、自动生成灌溉周报、季报、年报等统计报表。④水费管理：包括应收水费管理和水费征收两部分。在应收水费管理部分，系统可对不同灌溉季节、不同灌区、不同水管所及不同乡镇，依据不同的水价，自动生成应付水费清单。之后，可进行单用户水费查询，也可进行分类统计查询；在水费征收部分，首先选择用户，系统将显示该用户所应交纳的各类水费，新建用户已交水费，可生成水费收据。⑤灌溉进度：可以用曲线图、柱状图和饼状图展示单个灌区或整个灌区灌溉面积进度图、灌溉水量进度图。⑥数据传递：包括数据的输入（上传）与数据的输出（下达）。对灌溉处而言，下达包括基础数据、灌溉名称、配水计划、应缴水费等；对水管所而言，上传包括用水申请、用水统计和用户已交水费情况等。⑦数据查询：包括灌区水管所和灌区渠道基本情况，自动生成的各种报表、图表等。

全部系统由灌溉处进行操作管理，通过modem连接下达给各水管所执行，由各水管所录入各自辖区内用水申请、实际用水情况、上缴水费情况等并上传到灌溉处，灌溉处进行汇总，生成各类报表，再上传到全局办公自动化系统中，供领导查看及决策。

该系统投入运行后，使用水计划的制定更加快捷合理，数据统计反馈更加及时准确，不仅减轻了管理人员的工作强度，而且避免了人为失误造成的计算错误。

（2）灌溉渠系水流模拟仿真系统。“灌溉渠系水流模拟仿真系统”是在引进国外G2模拟仿真开发系统的基础上，经过二次开发研制的具有可视化搭建渠系、表格式定义渠系建筑物的属性参数、以非恒定流理论为基础进行渠系水力计算的软件系统。该系统采用客户/服务器模式。即一端是以Windows为操作系统的PC机，另一端为UNIX工作站，两者用以太网连接。PC机为全中文界面，用于可视化的渠系系统及特性数据的建模和维护，静态仿真、结果回放及数据查询。工作站用于接收PC机的请求，进行数据的运算，并将结果回传到PC机。

灌溉渠系水流模拟仿真系统可用计算机进行可视化搭建灌区渠道及渠系建筑物，在渠系建筑物搭建完毕后，输入灌溉系统控制点工况，模拟仿真系统可以自动完成灌溉过程中水流在渠系中的动态变化情况。可通过多次的灌溉模拟运行，选择更加合理的渠系配水方案，同时还可起到图形和数据库的作用。

2.泵站计算机、图像监控系统

景泰川电力提灌工程泵站机组计算机监控系统1988年开始研制开发，1996年10月陆续安装调试，目前二期总干渠十三级泵站及南干一泵站共14个梯级泵站、141台机组、100km长的总干渠上的泵站计算机监控系统已投入运行。实现了对2004个模拟量信号的采集处理，2166点开关量的监测，141台套机组的远程控制、部分闸门启闭和水量调节。开环运行方式即调度人员可在调度中心开停机组，闭环运行中心机可对泵站的PLC下达运行方式，使PLC按运行方式自动控制开停机。调度中心配以计算机喷涂的大型调度模拟屏，实时监视总干渠沿线各泵站和分水口的运行状况。

（1）监控功能。①控制：机组开停、闸门启闭；②测量：各种电量和非电量。即电压、电流、功率、功率因数、电度、温度、压力、拦污栅压差、流量等；③信号：各种位置信号、故障信号及事故信号；④调节：泵站级间流量调节、干支渠口流量调节、直流回路电流调节；⑤图像：机组、主厂房、中控室的图像显示等。

（2）运行情况。泵站计算机监控系统于1996年10月正式投入运行。经过3万多小时的运行，设备运转良好、稳定；各类信号、数据的采集处理及时，准确地反映了各泵站的运行参数和位置信号及故障事故信号，现场PLC与控制中心采用变位自报及定时召唤相结合的通信方式，提高了系统的实时性。图像清晰、控制灵活、监视方便，是实现无人值守、进一步降低提水成本的有效途径。

（3）经济效益。该系统投运后，机电设备运行的可靠性大为提高，降低了提水成本，取得了良好的效益，体现在：①提高了机电设备和水工建筑物安全运行的可靠性；②实现了科学调度，减少了机组的开停次数，改善了供水响应能力；③实现了机组优化运行，装置效率提高6%，降低了能源单耗5%。较好地做到了级间流量的配合，减少了弃水。水的利用率提高3%，减轻了泵站运行人员的劳动强度，提高了管理水平。目前已减少泵站运行人员250人，系统正在进一步完善中，2001年冬灌可实现无人值守。

3.闸门自动控制系统

干、支渠闸门调控是灌区运行管理的主要工作内容之一，闸门自动化程度的高低直接影响到灌区的经济效益。为此从1998年开始在二期总干一至六支渠进行闸门自动控制方面的研究与试验，2000年又引进了美国闸控设备分别对二期南北干分水闸口（三台弧形闸门）、一期北干口（平板闸门，太阳能充电蓄电池供电）实施了远端集中监控，实现了按闸门开度控制和下游目标水位控制的方式实时调节泵站前池水位和支渠口流量。目前设备运行平稳，安全可靠，提高了干、支渠运行响应能力，做到了及时准确地调节干、支口流量，为灌区全面实施闸门自动化监控积累了经验，也为无电源地区实施闸门远程控制提供了有效的途径。

4.水量计量系统

（1）泵站提水量测量。为了测定景电工程渠首泵站的提水量，便于考核各项经济指标，做到合理用水，2000年在景电二期总干一泵站安装了4台DCT-1088超声波流量计，对泵站出水压力管道的单机流量进行实时监测，为量化管理提供了科学依据。

（2）干、支渠口水量测量。1998年，结合景电二期泵站计算机监控系统，利用二期总干一至六支渠量水设施距离泵站较近的优越条件，进行了支渠口流量适时监测试验研究，实现了支渠流量自动监测和水量的自动计量。灌区部分支渠口远离泵站又无电源，本着经济、合理、实用的原则，在灌区28条支渠口采用低功耗、大容量、存储可靠的自记式水量计，每隔10min将量水堰水位值自动存入记录仪，通过IC卡读取数据进行水量统计。实现了全灌区支渠口量水自动化。

（3）斗渠口水量测量。斗渠是灌区向用水户配水的渠道，斗口水量是管理单位向用水户收取水费的依据。斗口水量的量测是否准确，关系到灌区管理单位和用水户的切身利益。为此，在灌区干、支渠口测流取得成功经验的基础上，选择二期总三支渠作为斗口计量的试验示范区，在总三支渠全部34条斗渠口安装了自记式水量计。由于自记式水量计结构简单、维护方便、量水精度高，投入运行后，很受用水户欢迎。灌区用水户对水量计量的公开、公正与准确性给予了认可和较高的评价。

5.办公自动化系统

景电管理局按照“依靠科技，加强管理，搞好灌区服务”的总体目标，加大科技投入，充分利用先进的计算机办公设备，有效地提高了办公效率和自动化管理水平。1995年组建了25台386、486计算机局域网，系统为Novell3.1。随着计算机的发展和不断更新，1998年8月，将原有局域网进行了更新改造，并通过拨号方式接入Internet网，同时申请了网址、域名，创建了管理局主页。目前，管理局有30多台微机可通过局域网同时上网，50多台微机形成对等网，相互共享资源、交换数据。办公自动化基本实现无纸作业，可查阅、查看、传送文件或信息，并能和全国水利管理部门交换信息。计算机办公自动化系统建立后，改变了以往的工作方式，提高了工作效率，可快速、准确地了解灌区动态和全局工作情况。

今后将进一步完善已有泵站计算机监控系统功能，增加泵站图像监控和机电设备微机保护，一期工程11座泵站实现计算机监控，提高泵站监控的完整性和可靠性，为全面实现无人值守奠定基础。实现灌区所有支渠口以及斗渠水量的计算机实时监测，并利用IC卡自动控制斗口闸门，做到用户用水只需插入IC卡即可自动放水、计量和计费。将监控系统生产实时数据与办公自动化系统有机结合，达到管理与控制一体化。