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項(xiàng)目背景

隨著城市發(fā)展和生活水平提高，原水取水規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足上海市的用水需求，原水供應(yīng)量存在較大缺口。青草沙水庫及取輸水泵閘工程位于長興島西北側(cè)的中央沙，青草沙區(qū)域的沙體上，是上海市新的水源地工程。

青草沙水庫建成后，最大有效庫容達(dá)5.53億立方米，設(shè)計有效庫容為4.35億立方米。2010年供水規(guī)模達(dá)719萬立方米/天，而黃浦江總的設(shè)計供水能力為500萬立方米/天。供水范圍為楊浦、虹口等上海10個行政區(qū)全部區(qū)域及寶山、普陀等5個行政區(qū)部分地區(qū)，受益人口超過1000萬人，其規(guī)模占全市原水供應(yīng)總規(guī)模的50%以上。

水庫為蓄淡避咸型水庫，取水采用泵閘聯(lián)合運(yùn)行的方式，在非咸潮期通過上游取水閘自流引水入庫，而泵的功能主要是在咸潮初期提水預(yù)蓄滿庫避咸和咸潮期搶水，滿足在咸潮期不宜取水的條件下，保證原水出庫供水，供水以輸水閘自流供水方式為主。

項(xiàng)目目標(biāo)

青草沙水庫綜合網(wǎng)絡(luò)工程是該原水工程的重要子項(xiàng)，系統(tǒng)的設(shè)計、集成開發(fā)將遵循穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)的理念，系統(tǒng)要很好地滿足實(shí)時性、可靠性、可擴(kuò)性等要求，在充分滿足水庫控制需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行一體化的集成。并且整個系統(tǒng)應(yīng)具有規(guī)范的多專業(yè)、多協(xié)議、多系統(tǒng)和多相關(guān)方（系統(tǒng)）的通信接口，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)信息與綜合自動化一體化融合，滿足系統(tǒng)綜合應(yīng)用功能的需要。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎脙蓪忧д兹哂嚯p環(huán)網(wǎng)的總體架構(gòu)，不僅可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)高度冗余，無任一節(jié)點(diǎn)丟失，又提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和工作效率。還可以對端口的流量進(jìn)行設(shè)置，確保網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)可控。

青草沙水庫綜合自動化系統(tǒng)包括一個控制中心和4個分控站（取水泵閘、下游水閘、輸水泵站、輸水閘井），整個工程地理分布廣闊。該系統(tǒng)將建立一個由控制中心和分控站組成的層次型監(jiān)控系統(tǒng)，完成泵閘監(jiān)控系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、以及水庫運(yùn)行聯(lián)調(diào)決策支持、工程監(jiān)測與安全運(yùn)行評估、事故應(yīng)急處理預(yù)案與決策支持等各種高級應(yīng)用的綜合自動化系統(tǒng)。

項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況

青草沙水庫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為控制中心、取水泵閘、下游水閘、輸水泵站、輸水閘井等部分，整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將以開放性、分布式、點(diǎn)對點(diǎn)為原則設(shè)計為一個橫向三層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，三層網(wǎng)絡(luò)從下到上分別是數(shù)據(jù)采集層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)展示層。

圖1  青草沙水庫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體架構(gòu)

縱向系統(tǒng)采用專用光纜將五個局域網(wǎng)首尾連接成一個1000M的干線雙環(huán)形以太網(wǎng)，最大程度地保證通訊的安全性、可靠性；同時視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)也單獨(dú)形成1000M的光纖環(huán)網(wǎng)，以減少視頻信息對監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的影響。

主信道主要進(jìn)行SCADA數(shù)據(jù)傳輸、遙測等，備用信道傳輸視頻圖像和IP語音數(shù)據(jù)。主信道或備用信道中任何一個發(fā)生故障時，主備信道之間可以進(jìn)行無擾切換，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行，保證不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。為了保證無擾切換的正常進(jìn)行，主信道接入端設(shè)置集成防火墻和入侵檢測的路由器，保證不會由于外界干擾而影響信道切換。備用信道設(shè)置兩臺路由器，一臺作為熱備，保證隨時可以進(jìn)行切換。

效益分析

青草沙水庫是上海水源地“百年”戰(zhàn)略的重大工程，是保障城市供水安全、實(shí)現(xiàn)“多源供水一網(wǎng)調(diào)度”的戰(zhàn)略舉措。該水庫位于長江入海口處，地理位置十分特殊，水庫既要實(shí)現(xiàn)在非咸潮期的“避咸蓄淡”，又要在咸潮期末時段與兩鹽峰之間搶蓄優(yōu)質(zhì)淡水。因此，整套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性、可靠性及擴(kuò)展性尤為重要。

對于這樣一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，持久性和耐用性尤其重要，絲毫沒有妥協(xié)的余地。基于N-TRON工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)可以提供高性價比及優(yōu)異的可靠性，根據(jù)系統(tǒng)要求的特殊性，組網(wǎng)方案中主要考慮及實(shí)現(xiàn)以下幾個方面：

·系統(tǒng)設(shè)計充分考慮多個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的系統(tǒng)特點(diǎn)，技術(shù)上遵循實(shí)用性與可靠性并重的原則，統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施，形成一整套無縫的組網(wǎng)解決方案；

·能夠完全滿足物理環(huán)境，溫度、防塵、電磁兼容性等要求；

·因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，組網(wǎng)方案采用清晰的多層結(jié)構(gòu)，簡化網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)及管理，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速分離及明確，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；

·組網(wǎng)方案具備故障排除及快速自愈功能，能夠針對設(shè)備故障、鏈路故障進(jìn)行自我診斷及快速排除，并實(shí)時報警；

·主環(huán)網(wǎng)設(shè)計為雙環(huán)網(wǎng)冗余架構(gòu)，避免單條鏈路故障對網(wǎng)絡(luò)的影響，實(shí)現(xiàn)鏈路最高的冗余性，并且減小了各級網(wǎng)絡(luò)的流量壓力。

整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部選用N-TRON交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)自愈時間可以達(dá)到30ms以內(nèi)；對每個端口的在線流量監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)分析；支持熱插拔，可進(jìn)行在線維護(hù)；單臺設(shè)備延時6微秒以內(nèi)；工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，MTBF值20年以上。由于采用了成熟的定型產(chǎn)品，具有自診斷功能和較強(qiáng)的校驗(yàn)、互鎖、檢錯、糾錯及自恢復(fù)功能，故系統(tǒng)的實(shí)用性十分優(yōu)秀，能準(zhǔn)確反應(yīng)各設(shè)備的真實(shí)情況。全圖形人機(jī)接口能夠清晰地了解全系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行情況，故障報警點(diǎn)的分支細(xì)節(jié)。

該套系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，從可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)先進(jìn)和便于擴(kuò)充的角度出發(fā)，既充分考慮現(xiàn)代水利的技術(shù)特性，又結(jié)合了大型水利工程的實(shí)際特點(diǎn)。可滿足現(xiàn)階段設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、安全監(jiān)測管理和生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度，且更加注重高起點(diǎn)統(tǒng)籌規(guī)劃，為后續(xù)進(jìn)一步開發(fā)和完善構(gòu)筑統(tǒng)一協(xié)調(diào)的軟硬件平臺。

整體平臺系統(tǒng)是一個高度的開放系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的設(shè)計是模塊化的，接口設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，具有較強(qiáng)的靈活性。可與嚴(yán)橋調(diào)度中心以及五號溝泵站節(jié)點(diǎn)SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，一起構(gòu)成完整的上海市原水調(diào)度優(yōu)化控制系統(tǒng)。

摘自《自動化博覽》2019年1月刊