周曉宏 丁 睿

（張家港市塘橋中心水利管理服務(wù)站，江蘇蘇州 215600）

1 概述

塘橋鎮(zhèn)位于張家港市東南部，鎮(zhèn)域面積94.4 km2，人口約20萬(wàn)人，是典型的蘇南經(jīng)濟(jì)強(qiáng)鎮(zhèn)。區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)密布，有鎮(zhèn)級(jí)河道31條，村級(jí)河道數(shù)以千計(jì)，汛期防洪工作量大，加上主要支柱產(chǎn)業(yè)為新能源化工與紡織印染，供水需求大、矛盾突出，所以未來(lái)構(gòu)建現(xiàn)代化的一體化信息平臺(tái)顯得尤為重要。

結(jié)合塘橋鎮(zhèn)多年工作實(shí)際，初步設(shè)想一體化信息平臺(tái)的建設(shè)要結(jié)合塘橋鎮(zhèn)汛期防洪、水資源利用的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展，在條件允許的情況下逐步考慮將水質(zhì)情況納入一體化平臺(tái)。按照“重點(diǎn)突出、分步實(shí)施”原則，整個(gè)平臺(tái)以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)包括信息采集、控制、傳輸?shù)炔糠?。平臺(tái)涵蓋多個(gè)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)分布在廣闊的空間上，各節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間有大量數(shù)據(jù)交換，要考慮為其提供進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的工具。監(jiān)控中心匯聚各類數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類存儲(chǔ)與管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及信息的共享。

2 一體化平臺(tái)的整體構(gòu)思

塘橋鎮(zhèn)現(xiàn)有排澇站17座，工作泵29臺(tái)，閘門8座，站點(diǎn)較多，站群監(jiān)控與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)宜層次設(shè)計(jì)、突出重點(diǎn)。8座閘門應(yīng)當(dāng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)，至少需布置4個(gè)開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào)（分別為閘門啟閉、閘門前后水位、閘門開(kāi)度信號(hào)），其中，監(jiān)控站有17座。塘橋排澇工作泵一般在2005年后都進(jìn)行過(guò)電氣化改造，該類泵閘站現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有電氣設(shè)備具備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)條件，通過(guò)改造可完成對(duì)本站水位、閘門（泵）開(kāi)啟信息的實(shí)時(shí)采集和上報(bào)，并可按上級(jí)部門的調(diào)度指令進(jìn)行工程調(diào)度。鄉(xiāng)鎮(zhèn)水資源管理，一般是專人定時(shí)到用水客戶處收取水費(fèi)，這種管理模式相對(duì)粗放，在構(gòu)建一體化平臺(tái)時(shí)，可以在企事業(yè)單位取水口設(shè)立監(jiān)測(cè)站，也可以先從用水大戶開(kāi)始試點(diǎn)，這類監(jiān)測(cè)站規(guī)模小，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于聯(lián)網(wǎng)，將實(shí)時(shí)信息完整地上報(bào)到信息化平臺(tái)，可對(duì)用水客戶進(jìn)行有效監(jiān)管。通過(guò)監(jiān)控站（針對(duì)排澇泵站）與監(jiān)測(cè)站（針對(duì)水資源利用管理）的分類建設(shè)，可有效實(shí)現(xiàn)水位、工情、流量等數(shù)據(jù)的采集，并實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)閘站的遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮建設(shè)監(jiān)控站和監(jiān)測(cè)站視頻監(jiān)視系統(tǒng)，根據(jù)輕重緩急設(shè)立若干監(jiān)視點(diǎn)。視頻監(jiān)視作為監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，對(duì)于排澇站而言，可保證技術(shù)人員在異地操作泵閘時(shí)，實(shí)時(shí)觀察到現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)，同時(shí)可提高整個(gè)系統(tǒng)的安全防范等級(jí)。對(duì)于水資源管理來(lái)講，可以更好地監(jiān)督用水客戶，以保障最嚴(yán)格的水資源管理制度的實(shí)施。此外，無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)需要移動(dòng)到任意地區(qū)，并對(duì)該地區(qū)進(jìn)行視頻監(jiān)控及圖像存儲(chǔ)，可通過(guò)無(wú)線方式將圖像傳送到控制中心。視頻監(jiān)視系統(tǒng)的建立，可使運(yùn)行人員直觀了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有效地輔助工程運(yùn)行管理，減少人員出動(dòng)次數(shù)，減少人力資源成本，提高管理水平。一體化平臺(tái)信息構(gòu)想見(jiàn)圖1。

圖1 一體化平臺(tái)信息構(gòu)想圖

3 一體化平臺(tái)建設(shè)技術(shù)探討

一體化平臺(tái)建設(shè)雖然站點(diǎn)較多、工作龐雜，但是相關(guān)技術(shù)已日趨成熟，工程成本也逐漸降低。鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利信息化的建設(shè)可以參照大中城市水利系統(tǒng)已實(shí)施的相關(guān)項(xiàng)目落實(shí)。塘橋鎮(zhèn)可將控制中心設(shè)在鎮(zhèn)中心水利服務(wù)管理站，在控制中心內(nèi)布設(shè)網(wǎng)絡(luò)柜（包含各類網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備）、上位機(jī)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)；在各監(jiān)控站和監(jiān)測(cè)站安放現(xiàn)地控制單元LCU（含觸摸屏），并預(yù)留通訊接口。

3.1 上位機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)建

控制中心核心為上位機(jī)系統(tǒng)，為考慮成本上位機(jī)硬件部分可選擇小型工作站，如：惠普420等型號(hào)工作站，以滿足此類工作站性能要求。軟件部分國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品都已經(jīng)很成熟，如：南瑞NC2000監(jiān)控軟件、水科院H9000監(jiān)控軟件等，考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)財(cái)力應(yīng)盡量選擇國(guó)產(chǎn)軟件，但在資金富余的情況下，也可考慮安德里茨等國(guó)外巨頭的產(chǎn)品。通過(guò)監(jiān)控軟件，接進(jìn)所需要的各種信號(hào)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)各排澇站和監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。上位機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足下列性能：

（1）控制應(yīng)用軟件能保證滿足系統(tǒng)控制要求，使系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行。

（2）監(jiān)控軟件通過(guò)TCP/IP接口采集底層控制器PLC的全部現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如：中斷開(kāi)關(guān)量、狀態(tài)開(kāi)關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、綜合量計(jì)算等，見(jiàn)表1、表2。

表1 排澇監(jiān)控站測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表（假設(shè)每個(gè)排澇站有3臺(tái)工作泵1個(gè)閘門）

表2 供水監(jiān)測(cè)站測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

排澇站上位機(jī)應(yīng)能夠采集閘門位置狀態(tài)、啟閉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、工作泵的運(yùn)行狀態(tài)、控制的方式及閘位、水位等數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)柜實(shí)時(shí)從現(xiàn)地控制單元傳送至控制中心；實(shí)施水泵的遠(yuǎn)程啟停控制，閘門上升、下降、停止控制。水資源監(jiān)測(cè)站應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)取水口水位、供水泵流速、總?cè)∷浚⒖深A(yù)留水質(zhì)監(jiān)測(cè)信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送至控制中心。

（3）能建立數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)生成各個(gè)參數(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)曲線及歷史趨勢(shì)曲線。制表打印功能可自動(dòng)生成各類工情的日、月、年報(bào)表，報(bào)表以橫向顯示項(xiàng)目（如：水位、流量等），縱向顯示時(shí)間周期（日?qǐng)?bào)以24 h為單位、月報(bào)以31 d為單位等）內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的二維表方式為主。

3.2 現(xiàn)地控制單元LCU的選型

現(xiàn)地控制單元具有現(xiàn)地集中控制功能，可安放在排澇站泵站層，可以顯示每個(gè)閘門、工作泵的運(yùn)行狀態(tài)和閘門位置。操作員在現(xiàn)地控制單元上可集中控制該監(jiān)控站的所有閘門、工作泵，也可以在現(xiàn)地控制單元上進(jìn)行手動(dòng)控制/自動(dòng)控制的切換。

現(xiàn)地控制單元還具有泵站運(yùn)行控制功能，操作員在現(xiàn)地控制單元上可對(duì)泵的正反轉(zhuǎn)、停進(jìn)行控制，還可監(jiān)測(cè)水泵運(yùn)行過(guò)程中的電機(jī)電壓、電流、溫度、報(bào)警等參數(shù)，并通過(guò)觸摸屏現(xiàn)地控制。

現(xiàn)地控制單元以PLC為基礎(chǔ)，在平臺(tái)建設(shè)中應(yīng)選擇具有優(yōu)良性能的PLC。PLC具有過(guò)程輸入/輸出、數(shù)據(jù)處理和外部通信功能。PLC在脫離主控級(jí)及網(wǎng)絡(luò)后，仍能對(duì)所控制的水泵或閘門實(shí)施正確操作。在選擇PLC時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇具有自診斷功能的PLC，可保證在任一模塊故障時(shí)不影響整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常工作。目前，水利系統(tǒng)常用的PLC有施耐德、GE、ABB、國(guó)產(chǎn)的MB系列等產(chǎn)品。

3.3 通訊系統(tǒng)組建

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以選用MOXA的工業(yè)級(jí)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，速率為10/100Mbps自適應(yīng)，TCP/IP協(xié)議，預(yù)留多個(gè)光口和電口。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各站點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸需要建立專門的通訊通道，可以通過(guò)光纖連接，如果路程較遠(yuǎn)，也可租用公用的通信網(wǎng)絡(luò)，如：移動(dòng)光纜和電信光纜等。在整個(gè)通訊系統(tǒng)建立過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)功能區(qū)域，運(yùn)用物理隔離和防火墻等技術(shù)手段將數(shù)據(jù)按照安全級(jí)別分為不同的域，以保證數(shù)據(jù)暢通、安全。

4 成本估算及其效益

塘橋鎮(zhèn)所屬排澇站工作泵數(shù)量都在3臺(tái)以內(nèi)，根據(jù)前面所統(tǒng)計(jì)的測(cè)點(diǎn)數(shù)量，一個(gè)監(jiān)控站所需盤(pán)柜為1臺(tái)，PLC模件配置也較少，故現(xiàn)地控制單元部分費(fèi)用可以大大降低，初步估算一個(gè)排澇站改造、設(shè)備購(gòu)置及人力資源成本大概需要5萬(wàn)元，加上控制中心的建設(shè)，整個(gè)信息平臺(tái)建設(shè)的費(fèi)用預(yù)計(jì)在200萬(wàn)元左右。考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)財(cái)力因素，完全可以按照整體規(guī)劃、分布實(shí)施的原則進(jìn)行建設(shè)?？蛇x擇鎮(zhèn)區(qū)排澇站和重點(diǎn)圩區(qū)排澇站進(jìn)行先期建設(shè)，其余再按計(jì)劃分布實(shí)施。

5 結(jié)語(yǔ)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)防汛、供水一體化信息平臺(tái)建設(shè)是一項(xiàng)十分必要的工程，也是技術(shù)進(jìn)步的直接體現(xiàn)。特別是蘇南鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、規(guī)模工業(yè)企業(yè)多，對(duì)于防汛水平的提高、水利信息化水平的提升有著內(nèi)在的要求。該平臺(tái)的建設(shè)，既可以取代傳統(tǒng)的防汛模式，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班、少人值守”，還增強(qiáng)了諸如對(duì)供水、水質(zhì)監(jiān)測(cè)的監(jiān)管力度，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。