东江水源工程_二期_计算机监控系统的设计

东江水源工程（二期）计算机监控系统的设计与实现

朱汉德

（深圳市东江水源工程管理处，广东

深圳518036）

摘

要:深圳市东江水源工程是大型跨流域调水工程，工程设有东江泵站、永湖泵站、西枝江泵站、獭湖泵站、沙湾

泵站和调度中心等，各泵站分布在总长一百多公里的供水沿线，为了在各泵站对本泵站的运行情况进行自动化监控，并在调度中心对工程全线主要泵站的运行情况进行统一监控和调度，建立了一套计算机监控系统。东江水源工程分两期建设，与之对应计算机监控系统亦分两期建设，对二期计算机监控系统的系统结构设计和数据传输平台进行了简单介绍，之后根据监控系统的层级划分，采用自顶向下法，对监控系统的调度中心监控层、泵站中控层和现地监控层的构成和实现功能进行了介绍。关键词：泵站;计算机;监控系统;东江水源工程中图分类号：P209文献标识码：B

文章编号：1001-9235（2014）03-0131-03收稿日期：2014-03-17作者简介：朱汉德，男，福建龙岩人，主要从事自动化、工业通信技术研究工作。

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一期计算机监控系统概述

深圳市东江水源工程是大型跨流域调水工程，工程设有

东江泵站、永湖泵站、西枝江泵站、獭湖泵站和沙湾泵站等，并设立了一个供水调度中心，泵站内安装有专用变电站、水泵、电机、开关设备、保护设备和其他辅助设备等，并建有供水调度计算机监控系统，通过监控系统对沿线各泵站的运行状况进行实时监控。沙湾泵站的计算机监控系统独立运行，未接入工程全线的供水调度计算机监控系统，故在文中不对该泵站监控系统进行叙述。与工程的建设进度相对应，供水调度计算机监控系统分两期建设。

一期工程供水调度计算机监控系统是一个开放、分层分布式的计算机监控系统，系统按层级划分可分为3层：调度中心监控层、泵站中控层和现地监控层；按站点划分，系统包含调度中心监控系统、东江泵站监控系统、永湖泵站监控系统、西枝江泵站监控系统和獭湖泵站监控系统。

一期工程供水调度计算机监控系统以155M ATM 传输网络作为调度中心与泵站监控系统之间的数据传输平台，调度中心监控层通过该传输平台与泵站监控系统连接，实现对各泵站的数据采集和控制调度。而设于泵站内部的泵站中控层和现地监控层则通过1Mbps 的Modbus Plus 网络互连，实现数据交换。2

二期计算机监控系统建设的必要性

东江水源工程（二期）在东江泵站和永湖泵站各新增了泵组（5台）、110kV 变电站、开关、继电保护、直流系统等设备，因此必须新建与之配套的计算机监控系统对这些新增设备进行监控。二期工程建成后，监控对象大幅增加，为了使

现场工作人员可对一、二期设备进行全面、集中的监控，需要将这两泵站一期计算机监控系统进行改造，将改造后的一期计算机监控系统和新增计算机监控系统进行整合形成二期计算机监控系统。由于东江泵站和永湖泵站设备的新增，以及东江泵站和永湖泵站计算机监控系统的改造和新建，调度中心计算机监控系统同样需进行改造。

连接各泵站的155M ATM 通信传输网络是泵站和调度中心计算机监控系统数据交互的平台，除了计算机监控系统，该通信平台还承载了工业电视监控系统和语音通信系统。由于二期工程建成后计算机监控系统、工业电视监控系统和语音通信系统的传输数据将大幅上升，原有的传输网络虽然还可满足各泵站数据、语音和图像的基本传输要求，但传输图像的路数和质量以及语音通信的容量受很大限制。且考虑到一期工程暂未接入调度中心的一些泵站监控系统未来接入时将占用部分带宽，以及针对东江水源工程各泵站距离远、分布散的特点，各泵站有建设远程视频会议系统的需要，有必要对传输网络进行改造。3二期计算机监控系统设计［1］

3．1

结构设计

考虑到东江水源工程的地域分布特点和组织管理模式，二期监控系统仍采用分层分布式结构，见图1。系统包括3层：调度中心监控层、泵站中控层和现地监控层。在水源工程总部设立调度中心监控层，在东江泵站、永湖泵站、西枝江泵站和獭湖泵站设立泵站中控层和现地监控层。这种分层分布系统有如下优点：各节点功能、资源相对独立，网络上的各部分设备中任一部分不工作或故障，不影响系统其他部分

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31doi ：10.3969/j.issn.1001-9235.2014.03.0402014年第3期·PEAＲL ＲIVEＲ人民珠江

的运行，同时也便于分期投运，并且为今后扩充提供了较大的方便

。

图1二期监控系统结构由于监控系统3个层级均可对泵站设备进行监控，为了协调各层级的操作，确保系统安全运行，监控系统对控制操作设定了如下优先级：现地监控层优先级最高，泵站中控层次之，调度中心监控层最低。当控制权限在现地监控层时，调度中心监控层和泵站中控层只可监视，不可控制；当控制权限在泵站中控层时，调度中心监控层只可监视，不可控制。但事故紧急停机命令具有最高优先权，不因监控系统优先权的设定而闭锁。3．2

传输网络

二期监控系统改用基于10G 光纤以太网交换机的传输网络作为调度中心与泵站监控系统之间的数据传输平台，见图2。在各泵站和调度中心内均设立1台带10G 光口和100M 以太网口的工业以太网交换机，各交换机之间通过光纤连接组成二期监控系统的主干传输网络，各泵站计算机监控系统（包括泵站中控层和现地监控层）通过100M 网口接入该交换机。泵站中控层和现地监控层间通过本站的交换机进行数据交换，调度中心监控系统与泵站监控系统间通过主干传输网络进行数据交换。由于主干传输网络形成一个环网，当某个站点出现故障时，其他站点之间仍可实现连接并进行通信，即实现了通信的冗余，提高了通信的可靠性

。

图2东江水源工程二期监控系统主干传输网络

3．3

主要工作

在一期工程的基础上，建设二期计算机监控系统主要完

成了如下工作：

a ）改造计算机监控系统的数据传输网络。淘汰155M ATM 数据传输平台，安装10G 光纤以太网交换机。

b ）改造调度中心计算机监控系统。在调度中心配置新

的数据服务器和工作站，通过新安装的10G 光纤以太网与各泵站监控系统连接，实现对各站点的数据采集和集中监控、调度，共同构成东江水源工程（二期）计算机监控系统。

c ）新建东江泵站（二期）和永湖泵站（二期）计算机监控系统，泵站中控层计算机及现地监控层PLC 通过交换机的100M 以太网模块实现连接；淘汰东江泵站（一期）和永湖泵站（一期）计算机监控系统泵站中控层设备；改造一期现地监控层，更换其PLC 使其具备100M 以太网通信接口，使得一期现地监控层通过100M 以太网模块实现与二期泵站中控

层的连接，最终纳入二期泵站计算机监控系统，实现全站统一集中监控。

d ）保留西枝江泵站及獭湖泵站监控系统，将其接入二期改造后的调度中心监控系统。4二期监控系统各层结构和功能4．1调度中心监控层4．1．1

系统构成

调度中心监控层见图3，调度中心计算机监控系统配有数据服务器、操作员站、工程师站、培训工作站、打印机、UPS 、GPS 校时装置等。操作员站是调度中心工作人员的监视和操控平台，操作员站通过传输网络实现与泵站中控层的操作员站通信，进行两个监控层间的数据交互，采集泵站设备的实时数据并向泵站发送操作指令，同时将各泵站的实时数据发送给数据服务器，数据服务器保存各种实时数据，保存的数据可进行事后查询；工程师站是进行系统开发、调试和软件修改的平台；培训工作站用于用户培训。为了提高运行可靠性，操作员站和数据服务器各设2台，双机互为热备用

。

图3

调度中心监控层

4．1．2

主要功能

调度中心监控层具备数据采集和处理、运行监视、设备控制与调节、人机联系、运行管理、通信控制和系统诊断等功能。

a ）周期性地采集各泵站监控系统的电气和非电气量，对数据进行分析、处理，形成各种监控、管理、分析和指导所需的数据，并作用于控制调节；对数据进行记录和保存，形成历史数据库。

b ）对所有泵站的现场运行状况进行监视，包括运行状态监视、越限监视、过程监视等。

c ）当控制权限在调度中心层时，操作人员通过操作员站向泵站监控系统下达控制和调节命令，包括泵组开停机控

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制、电气设备控制、

辅助设备控制等。d ）通过显示器、键盘、打印机、语音报警装置等人机接口与监控系统进行人机交互，实现对生产过程安全监控、报表打印、程序修改、系统调试和参数设定等工作。

e ）积累各种运行数据，为提高生产、调度和维护水平提供依据。

f ）对调度中心监控层的设备之间，以及调度中心监控层与泵站监控层之间的通信进行控制。

g ）具备一定的系统自诊断功能，对监控系统的硬件设备和软件系统故障进行在线诊断，显示故障点和发出报警信息。4．2泵站中控层4．2．1

系统构成

泵站中控层见图4，泵站中控层配有操作员站、数据服务器、打印机、UPS 、语音报警装置等。操作员站是工作人员的监视和操控平台，数据服务器用于实时数据的存储。操作员站设2台，双机互为热备用

。

图4

泵站中控层

4．2．2

主要功能

与调度中心监控层类似，泵站中控层主要具备数据采集和处理、运行监视、控制和调节、人机联系、运行管理、通信控制和系统诊断等功能。4．3现地监控层4．3．1

系统构成

现地监控层见图5，现地监控层由PLC 、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、触摸屏、通信管理装置等构成。PLC 是现地监控层的核心，直接面向生产现场，采集、处理、上传现场生产数据，接收并执行泵站中控层下发的指令。PLC 通过两种途径从现场设备采集数据并向现场发送指令，一是通过开关量和模拟量I /O 模块；二是通过PLC 的串行通信接口，其中通过串行通信接口连接的设备有继电保护装置、直流屏控制单元、综合电力测控仪、多功能电表等，由于这些通信设备较多，为了提高通信效率，增设了1台通信管理装置，PLC 通过该通信管理装置对生产现场的各通信设备进行统一管理

。

图5现地监控层

4．3．2

主要功能

各现地控制单元对所管辖的生产过程进行完善的监控，它们通过输入/输出以及通信接口与生产设备相连，采集生产过程的各项数据，并向生产过程发送控制和调节命令；通过以太网接口连到网络上，与泵站监控层交换数据，接受上级的控制和调节命令，同时上传各种设备的状态和运行数据；通过触摸屏显示生产数据并执行运行人员输入的控制命令；PLC 内部的设备监护程序会分析采集到的生产数据，根据设定程序作出判断并执行相应的动作。4．3．3

常规控制回路

PLC 是现地监控层的核心，为了增加系统的可靠性，针对PLC 自动监控系统可能失效的情况，除了由PLC 自动监控系统对生产过程进行自动监控外，还增设了由继电器构成的常规紧急控制回路，该回路可在PLC 自动监控系统失效时由其他设备或者由人工触发动作，完成泵组的紧急停机，确

保系统安全运行。5

二期监控系统优点

a ）监控系统内的设备均直接接入以太网，网络速率高，网络设备可靠性好，大大提高了整个系统的实时性和可靠性。

b ）网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能，各节点可相对独立地运行，保证了网络上的节点设备中某一部分故障或不工作，不影响系统其它功能部分的运行。

c ）系统网络的设计和开放式系统结构便于系统的变更和扩充。6

结语

东江水源工程（二期）计算机监控系统自2008年10月投运以来，运行状况良好，为东江水源工程的正常、高效运行和深圳市的供水安全提供了有力支持。但由于各种原因，水源工程沙湾泵站的监控系统是独立运行而未接入该系统的，下一步宜将该泵站计算机监控系统接入到东江水源工程（二期）计算机监控系统中，以实现在调度中心对水源工程沿线各泵站的运行状况进行全面监控。

致谢：本文在撰写过程中参考了广东省水利电力勘测设计研究院编写的

《深圳市东部供水水源工程(二期)供水调度自动控制系统技术规范》，谨此致谢!

(责任编辑:李泽华)

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