項目背景

隨著(zhù)城市發(fā)展和生活水平提高，原水取水規模遠遠不能滿(mǎn)足上海市的用水需求，原水供應量存在較大缺口。青草沙水庫及取輸水泵閘工程位于長(cháng)興島西北側的中央沙，青草沙區域的沙體上，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5.53億立方米，設計有效庫容為4.35億立方米。2010年供水規模達719萬(wàn)立方米/天，而黃浦江總的設計供水能力為500萬(wàn)立方米/天。供水范圍為楊浦、虹口等上海10個(gè)行政區全部區域及寶山、普陀等5個(gè)行政區部分地區，受益人口超過(guò)1000萬(wàn)人，其規模占全市原水供應總規模的50%以上。

水庫為蓄淡避咸型水庫，取水采用泵閘聯(lián)合運行的方式，在非咸潮期通過(guò)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蓄滿(mǎn)庫避咸和咸潮期搶水，滿(mǎn)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。

項目目標

青草沙水庫綜合網(wǎng)絡(luò )工程是該原水工程的重要子項，系統的設計、集成開(kāi)發(fā)將遵循穩定、安全和經(jīng)濟的理念，系統要很好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、可靠性、可擴性等要求，在充分滿(mǎn)足水庫控制需求的基礎上進(jìn)行一體化的集成。并且整個(gè)系統應具有規范的多專(zhuān)業(yè)、多協(xié)議、多系統和多相關(guān)方（系統）的通信接口，實(shí)現多專(zhuān)業(yè)信息與綜合自動(dòng)化一體化融合，滿(mǎn)足系統綜合應用功能的需要。

網(wǎng)絡(luò )拓撲采用兩層千兆冗余雙環(huán)網(wǎng)的總體架構，不僅可以實(shí)現全網(wǎng)高度冗余，無(wú)任一節點(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)行設置，確保網(wǎng)絡(luò )的數據可控。

青草沙水庫綜合自動(dòng)化系統包括一個(gè)控制中心和4個(gè)分控站（取水泵閘、下游水閘、輸水泵站、輸水閘井），整個(gè)工程地理分布廣闊。該系統將建立一個(gè)由控制中心和分控站組成的層次型監控系統，完成泵閘監控系統、水情測報系統、水質(zhì)監測系統、以及水庫運行聯(lián)調決策支持、工程監測與安全運行評估、事故應急處理預案與決策支持等各種高級應用的綜合自動(dòng)化系統。

項目實(shí)施與應用情況

青草沙水庫網(wǎng)絡(luò )系統的總體架構分為控制中心、取水泵閘、下游水閘、輸水泵站、輸水閘井等部分，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統將以開(kāi)放性、分布式、點(diǎn)對點(diǎn)為原則設計為一個(gè)橫向三層次網(wǎng)絡(luò )系統，三層網(wǎng)絡(luò )從下到上分別是數據采集層、應用服務(wù)層和數據展示層。

圖1  青草沙水庫網(wǎng)絡(luò )系統總體架構

縱向系統采用專(zhuān)用光纜將五個(gè)局域網(wǎng)首尾連接成一個(gè)1000M的干線(xiàn)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(shí)視頻監控網(wǎng)絡(luò )也單獨形成1000M的光纖環(huán)網(wǎng)，以減少視頻信息對監控網(wǎng)絡(luò )系統的影響。

主信道主要進(jìn)行SCADA數據傳輸、遙測等，備用信道傳輸視頻圖像和IP語(yǔ)音數據。主信道或備用信道中任何一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，主備信道之間可以進(jìn)行無(wú)擾切換，保證數據傳輸的正常進(jìn)行，保證不發(fā)生數據丟失現象。為了保證無(wú)擾切換的正常進(jìn)行，主信道接入端設置集成防火墻和入侵檢測的路由器，保證不會(huì )由于外界干擾而影響信道切換。備用信道設置兩臺路由器，一臺作為熱備，保證隨時(shí)可以進(jìn)行切換。

效益分析

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

對于這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統來(lái)說(shuō)，持久性和耐用性尤其重要，絲毫沒(méi)有妥協(xié)的余地?；贜-TRON工業(yè)以太網(wǎng)交換機的網(wǎng)絡(luò )可以提供高性?xún)r(jià)比及優(yōu)異的可靠性，根據系統要求的特殊性，組網(wǎng)方案中主要考慮及實(shí)現以下幾個(gè)方面：

·系統設計充分考慮多個(gè)業(yè)務(wù)子系統的系統特點(diǎn)，技術(shù)上遵循實(shí)用性與可靠性并重的原則，統籌規劃、分步實(shí)施，形成一整套無(wú)縫的組網(wǎng)解決方案；

·能夠完全滿(mǎn)足物理環(huán)境，溫度、防塵、電磁兼容性等要求；

·因網(wǎng)絡(luò )規模龐大，組網(wǎng)方案采用清晰的多層結構，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )的維護及管理，實(shí)現故障點(diǎn)的快速分離及明確，確保系統的穩定運行；

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

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

整體網(wǎng)絡(luò )系統全部選用N-TRON交換機，網(wǎng)絡(luò )自愈時(shí)間可以達到30ms以?xún)?；對每個(gè)端口的在線(xiàn)流量監控和網(wǎng)絡(luò )分析；支持熱插拔，可進(jìn)行在線(xiàn)維護；單臺設備延時(shí)6微秒以?xún)?；工業(yè)級標準，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的校驗、互鎖、檢錯、糾錯及自恢復功能，故系統的實(shí)用性十分優(yōu)秀，能準確反應各設備的真實(shí)情況。全圖形人機接口能夠清晰地了解全系統各設備的運行情況，故障報警點(diǎn)的分支細節。

該套系統的設計和實(shí)現，從可靠、安全、經(jīng)濟、技術(shù)先進(jìn)和便于擴充的角度出發(fā)，既充分考慮現代水利的技術(shù)特性，又結合了大型水利工程的實(shí)際特點(diǎn)?？蓾M(mǎn)足現階段設備運行監控、安全監測管理和生產(chǎn)運行調度，且更加注重高起點(diǎn)統籌規劃，為后續進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善構筑統一協(xié)調的軟硬件平臺。

整體平臺系統是一個(gè)高度的開(kāi)放系統，各子系統的設計是模塊化的，接口設計標準化，具有較強的靈活性?？膳c嚴橋調度中心以及五號溝泵站節點(diǎn)SCADA系統實(shí)現無(wú)縫連接，一起構成完整的上海市原水調度優(yōu)化控制系統。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年1月刊