信息采集及通信系统在堤防及泵站中的应用

［摘要］文章介绍利用信息采集及通信系统实现对堤防及其相关工程设施、水位的实时监测。

［关键词］防洪堤；信息采集；通信系统

［作者简介］林慧，梧州市防洪排涝工程管理处助理工程师，广西梧州，543002

［中图分类号］ TP29 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2012）03-0019-0004

一、工程概况

梧州市河东防洪堤起点于梧州龙母庙下游125m处至梧州口岸联检大楼。防洪堤设计防洪标准为10年一遇，设计水位为24.50m，防洪堤全长3.364公里，总投资为3.2亿元。防洪堤的建成，有效地保护了梧州市河东2.25平方公里面积、主要商业区和10多万城市居民。梧州市河东防洪堤非工程措施调度系统工程的建设总目标：应用信息技术，建成可靠、快速、实用、先进的防汛调度决策支持系统。做到信息采集准确及时、传递迅速、处理高效，为梧州市的经济持续发展提供良好的发展环境，决策人员可据此进行防洪物料调度、防汛工作部署指挥。通过这个系统，实现面向防洪堤管理处、河东区领导、区办、镇（街道）指挥所、水利局及其他主管科室、洪水预报人员、系统管理员等多种用户。对河东防洪堤围、险段、水闸、电排站等工程的基本信息、工程图纸、照片和多媒体信息实现统一的入库、管理和查询；集成多种洪水水情预报方法的预报成果，提供水情会商发播功能。梧州市河东堤防汛决策支持信息系统的建成，为防汛会商提供实时动态的水情、雨情、工情、气象信息，提高防汛抢险指挥的时效性、准确性，以非工程措施提高水利工程在防洪抢险中的效益，为防汛指挥行政领导提供先进的、可靠的防汛决策支持，达到防洪减灾防灾的目的。

在梧州市河东防洪堤非工程措施调度系统工程中，信息采集系统的作用是负责完成现场数据、信息的采集和实时传输，其中实时水雨情采集、泵站工况、闸门状态、堤防工况等是信息管理自动化的中枢神经。

实时水雨情采集是通过水情信息通信处理软件，将梧州水文局的相关实时水雨情信息采集到本系统中。

二、通信系统

通信系统是梧州市河东防洪堤非工程措施调度系统工程的中枢神经，为完成现场数据、信息的实时传输，实施防汛指挥调度、水利工程远程监控等业务实时传输的需要而建设的。通信系统按功能划分为：语音传输、数据处理传输、图像处理传输和跨部门信息交换等。畅通可靠的通信网是实现水利信息化、现代化的基本要求。因此，充分利用现代通信手段，建立高效的水利信息传输网络是超标准洪水防汛调度信息系统工程建设的重要内容。 所以，通信系统部分的主要需求为：语音的传输；数字信号的传输；图像资料的传输；监控闭路电视的传输；自动化监控的传输；计算机网络。

在本系统中，负责完成现场数据、信息的实时传输,通过通信系统所得到的数据信息实时汇总，为防汛指挥调度提供科学、及时、可靠、完整的决策依据。

（二）数据采集的主要内容及系统结构

1.河东防洪堤两座排涝泵站的主机机组、辅助设备、配套水工建筑物的各种电量、非电量运行数据、水情数据、图像信息以及各种计算、综合和统计信息。

2.信息采集系统有线网络结构设计采用的分布式网络系统分为三个层次：水利局中心级、本地级（地区医院泵站、鸳江码头泵站）和现场级（各泵站PLC群、现场传感器及仪表）。整个信息采集系统设计本着可靠、先进、实用、智能、标准化、灵活可扩性、安全性和可维护性及高性价比的原则进行。

信息采集处理中心计算机、信息采集处理分中心计算机、PLC主站、各视频网络服务器之间通过光纤组成TCP/IP协议的专用局域网。各泵站PLC主站、从站与远程从站之间通过专用PROFIBUS工业总线网连接。

系统结构总图如下：

（二）汛情监视

汛情监视是为各级防汛部门的值班人员提供实时汛情自动监视和汛情发展趋势预测服务的应用系统。它主要是把数据库中的汛情信息直观、醒目地提供给用户，并满足值班人员对汛情深层次的专题查询和分析比较等要求。它是一个信息输出的系统，通过综合数据库与其他子系统联系。

（三）堤防辅助管理

堤防辅助管理模块主要服务于梧州河东防洪堤管理部门的日常管理，并为非工程措施决策的实施提供支持，包括如下部分：防汛部门和防汛责任管理、文档管理、汛前管理、汛期管理、汛后管理、物资管理、日常办公管理、活动日常安排、文件收发管理、工程项目管理、会议管理、防汛经费、电子邮件和网络传真等。

三、通信系统技术方案

（一）通信单元

通信单元是梧州市出现超标准洪水时的防汛调度信息系统工程的中枢神经，为完成数据信息、实施防汛指挥调度、水利工程远程监控等业务实时传输的需要而建设的。通信系统中各类数据信息时间性强，种类繁多，并且其输入输出量巨大，数据信息的加工、处理、管理工作十分复杂。所以，充分利用现代通信手段，建立高效的水利信息传输网络是超标准洪水防汛调度信息系统工程建设的重要内容。

1.主要功能

通信单元负责完成现场数据、信息的实时传输，是信息管理自动化的中枢神经。通过这个单元可以将底层的各类数据信息实时汇总到水利局的监控中心，为防汛指挥调度提供科学、及时、可靠、完整的决策依据。

2.单元组成

通信单元主要包括：超短波移动通信网（已有）、TCP/IP协议的专用监控局域网、现场专用PROFIBUS工业总线网。要充分利用已经建有的400MHz超短波移动通信网，完成语音话务、通信联络、指挥调度和无线数据采集等工作任务。

（二）防雷单元

防雷单元需要多方面同时顾及，互相配合。在内部采用屏蔽技术、光电隔离、浮空等措施，使系统本身具有一定的防雷性能，减少雷击损失；在系统外部，根据监控系统的技术特点，加设避雷装置和地网，构造完整的避雷系统。

防雷单元应包括：现场采集元器件的防雷避雷措施，泵站数据处理分中心的防雷避雷措施。主要防雷措施包括：供电电源的保护、网络通讯和数据信号线的保护、直击雷的防护、接地网和设备绝缘。

1. 主要功能

主要是防止雷电通过供电电源、网络通讯线路等途径对设备安全造成危害。

在设备电源配线端接入电源避雷器，保护设备安全；

在渗压模拟信号PLC端安装信号隔离器，滤除干扰，保护设备安全；

建筑物内部设备接入建筑物内部地网，保护人身及设备安全；

在两个泵站分中心分别安装1台在线UPS进一步滤除电源的不稳定干扰。

四、主要设备配置

（一）防雷系统设备其主要性能指标

指标要求

1.室内电源避雷器指标参数

（1）通流容量：Imax=40KA(8/20μS)

（2）保护功能强：热感断路器，过流熔断器

（3）模块式设计，安装、更换方便

（4）响应时间≤20ns

2.室外220伏交流电源防雷器指标参数

（1）工作电压（V）：AC220V±10%

（2）通流容量8/20us（KA）：40

（3）响应时间（ns）：≤25

（4）标称导通电压（V）：560

（5）限制电压8/20us 3KA（KV）：≤1

3.RS-485接口指标参数

（1）传输速率：1Mbit/s

（2）插入损耗：≤0.5dB

（3）通流容量8/20us（KA）：1.5

（4）限制电压10/700us：≤25V

4.视频信号防雷器指标参数

（1）接口：BNC

（2）同轴电缆标称阻抗：75Ω

（3）工作电压：24V

（4）传输速率：10 Mbit/s

（5）插入损耗：≤0.5dB

（6）通流容量8/20us（KA）：3

（7）限制电压10/700us：1KV/us：50V

（二）光端机设备其主要性能指标

指标要求

连接光纤可采用：8.3/125, 8.7/125, 9/125, 10/125μm 等单模光纤。

一根光纤上传输视频信号与控制信号具有较强的抗干扰能力，可以在恶劣的环境下工作，保证极高的可靠性和稳定性，高视频质量，各路信号之间无相互干扰。

五、系统整体性能

（一）实时性

集控层及现地控制单元的响应能力应满足数据采集、人机通信、控制功能和系统通信的时间要求。

1.数字量采集周期＜1S；

2.实时数据库更新周期＜1-2S；

3.控制命令响应时间：（1）控制命令回答响应时间＜1S；（2）接受执行命令到执行控制的响应时间＜1S。

4.模拟量采集周期：（1）电量≤1S；（2）非电量≤10S。

5.集控层对现地系统数据采集和控制的响应时间≤2S。

（二）安全可靠性

为保障网络的安全可靠运行，网络系统设有完整的数据库及数据库管理系统。网络设备选用性能优良、可靠性高的技术产品，整体设计采用高容错、高冗余、多链路组成的网络系统，并采用完善的网络管理平台。

（三）先进实用性

采用的网络技术和选用的网络设备（包括路由器、网络交换机、集线器等）均为国际上先进实用的技术和产品。建成的网络不仅可以满足近期内计算机数据通信的需要，而且具有多媒体通信功能。在保证准确、快速的同时充分利用原有的资源和设备。

（四）标准化和开放性

网络设计采用国际上流行、成熟、完善并被广泛认可的工业标准（如TCP／IP通讯协议等），以实现与Internet的平滑联接。

（五）可用率

1.对于主机硬件设备、应用程序错误、数据库系统故障、网络端口故障、网线接触故障、主机响应故障等，应用系统应配备Cluster高可用备份软件，做到不停机应用切换，确保系统平稳运行。

2.系统可用率是在整个系统交接前的试运行期间30天内不应低于99.9%，在设备验收后的两年保证期内应达到98.8%。

3.可用率定义为：A＝可使用时间/（可使用时间+故障时间）。其中故障时间包括故障控制和预防性检修时间。故障检修时间只计及关键功能损坏时，把事故设备恢复到正常运行的时间（有备件和检验设备）。

4.其他性能如系统安全性、可扩性、可变性均应满足《水电厂自动化控制系统设备基本技术规范》的要求。

（六）扩充性和灵活性

1.网络系统具有良好的扩充性能，能够适应局部、分阶段的更新要求；同时随着网络规模逐步发展，在增加新节点时易操作，且不影响网络的正常运行。该网络同时具有支持多种通信媒体、多种物理接口、多种网络协议的灵活性。

2.应提供下列方面的可变性的限制：（1）变化的点参数在只读存贮器之类的永久性存贮设备中的限制；（2）由数据库结构所产生的限制；（3）对硬件或软件兼容性的限制；（4）硬件限制；（5）软件操作系统的限制。

河东防洪堤第一期工程按十年一遇标准设防，这需要准确预报出超标准洪水的时间，作出开闸放水、确保堤防及人员财产安全的决策，要在短时间内完成人员撤离、物资转移工作；同时控制开闸放水的准确时间和闸门放、充水流量，避免出洪水漫过堤顶、危及堤身的现象。另一面，在汛期的前前后后需把大量的工作转移到防汛抢险上来，需投入大量的人力、物力、财力，耗费很大。因此，梧州的经济社会发展很大程度上受洪水的制约。以上这个系统已于2005年开始逐步投入使用，并在不断更新完善当中，现在已经成为河东防洪堤堤防防汛指挥调度系统的主要技术信息来源之一，为梧州市的防洪防汛工作提供了强有力的信息支持，发挥出良好的社会效益。

［参考文献］

［1］水力发电厂计算机监控系统设计规定 DL/T5065-1996［S］.

［2］水利水电工程通信设计技术规程 DL/T5080-1997［S］.

［3］基于IP网络的事务处理业务技术规范 YD/T1099-2001［S］.

［4］泵站设计规范 GB/T50265-97［S］.

［5］河道堤坊工程管理通则 SLJ703-81［S］.

［6］民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB50198-94［S］.

［7］低压配电设计规范 GB50054-95.［S］.

［8］电气装置安装工程施工及验收规范 GBJ232-90，92［S］.