水闸及电排站群自动化调控系统设计及应用

徐温泉

水利信息化是水利现代化的重要标志，信息化是现代社会经济发展的主要趋势。在水利系统中，电排站是最基层的工程，不仅能够满足水利部门用水需求，在防洪、生命财产及人民生产、环境保护中都具有重要的作用，为了能够将电排站的综合使用效益充分发挥出来，降低洪涝灾害对人们造成的损失，就要提高调度管理决策的水平，创建水闸及电排站群自动化调控系统是尤为重要的。本文所设计的水闸及电排站群自动化调控系统具有较高的通信效率，较强的抗干扰能力及较高的可靠性，并且组态灵活，具有良好的使用前景。

一、自动化调控系统的设计

1.设计原则

对水闸及电排站群总体的设计需求及应用需求，本文设计应遵循以下原则：使用成熟、先进及稳定的技术，从而降低系统的风险；要求系统具备良好的灵活性及可扩展性，便于升级；合理的网络信息流量；保密性及安全性高；层次结构清晰；系统开放性高。

2.系统的网络拓扑结构

电排站及水闸监控系统结构历经了工业控制计算机集中式数据采集监控系统等多个阶段，从而发展为综合自动化系统，其能够实现控制、测量及管理一体化。PLC分布式监控系统使用现代成熟监控系统设计，利用控制算法及系统功能实现系统定义，提高系统的开放性及专业性，并且价格实惠，能够被人们接受。所以在东湖泵站使用的都是以PLC为基础的分层分布式体系结构监控系统。

3.系统连接技术方案

本文系统设计的主要目标就是实现水闸及电排站群自动化调控，提高系统传输质量，降低设计成本。在此背景下，本文设计系统的平台基础使用政务网实现，将水闸和电排站作为系统的节点，通过光纤模式与政务网相互连接。以下对三种方案进行对比，选择其中有效方案。

（1）方案1

方案1系统的设计方式为端口堆叠，图1为方案1的拓扑结构图：

图1 方案1拓扑结构图

在区域机房中添加100M集线器，使每个集线器都能够与水闸及电排站连接，之后通过100M端口和镇区的SSR相互连接，在同个集线器水闸及电排站局域网连接，将其划分到同个VLAN中，使用同个网关进行数据的发送，区域及分支中的局域网通过集线器实现使用。其能够适用于电排站及水闸较多，并且没有较强的信息化使用程度和没有较高安全性要求的地区。其的投资较大，并且不需要其他模块及设备，具有简便的联网工程；缺点包括网络结构无法实现不同水闸及电排站的计算机进行逻辑分组，也就是不能够对在同个集线器中不同的电排站及水闸的计算机IP进行设置，因此会出现网络监测扰乱及追踪的情况；并且其网络结构层次较为简单，没有明确的逻辑分组，不能够针对不同结构定制详细的安全策略，实施网络数据监控；最后是在同个集线器不同站的计算机都在同一个子网，不能够实现各种应用广播的隔离，网络广播数据会占用网络传输宽带。

（2）方案2

在水闸及电排站中添加802.1Q接入交换器，并且在其中配置基于端口的VLAN，每个站的局域网都是同个VLAN。交换机和SSR相互连接，从而实现端口之间的连接，与接入交换机相互连接的站实现100M宽带共享。通过中继技术与SSR接口及交换机相互连接，从创建中继线路，扩展系统宽带。并且在其中添加可堆叠交换机，不使用端口捆绑技术。其主要优点是价格低，实用性高，能够提高端口的接入数量；对机构终端进行分组，将其分为多个IP子网，从而统一区域机构及网络机构；使用VLAN划分隔离广播域，降低网络广播数据流，有效使用网络带宽；多链路集群支持负载均衡，如果某个链路出现故障，那么就能够将数据传送到其他链路中；因为网络结构及组织架构能够实现统一，从而能够对不同结构创建不同的数据安全策略，使用SSR访问列表就能够对网络数据流进行严格的控制，提高了网络在使用过程中的安全性。其主要缺点为网络缺少层次，并且网络不能够添加层次。

（3）方案3

添加SSR百兆模块，实现加入端口数量的扩充，图2为方案3拓扑结构图。在SSR中添加扩展模块，以此实现SSR端口数量的扩大，每个站划分一个子网或者VLAN，以此实现扩展模块端口的使用，并且在SSR中实现网络数据的安全控制。添加BASE-TX模块，实现不同结构的不同网络扩展及安全控制需求，如果占用SSR扩展槽，之后在网络使用过程中的扩展就要通过其他方法实现。

图2 方案3拓扑结构

方案3的优点就是不需要另外添加设备，就能够实现三层交换能力接入端口的扩充；另外还能够实现不同结构终端的逻辑分组，不同结构能够划分多个IP子网，统一网络结构及区域结构；通过SSR划分区域及站，以此隔离广播，有效提高网络带宽使用效率。由于实际组织及网络结构统一，所以不同结构的数据都能够有效并且安全性较高，使用SSR访问列表能够控制网络数据流，以此有效提高网络的安全性。方案3的主要缺点就是占用SSR的扩展槽，之后不能够添加扩口实现网络传输宽带的扩展；并且网络没有层次，网络控制不能够根据结构分类实现统一的控制，以此提高了维护及配置的难度。

二、自动化调控系统的设计

对比上述的三种方案的优势及缺点，本文使用第二种方案。自动化调控系统通过双网络设计，系统中的子系统实现以外网的创建，不同水闸及电排站的计算机能够连接政务网及光纤，其中的测量、控制和保护等信息及工作、运行状态都通过政务网到管理中心进行传递，之后将这些视频及数据集中处理及收集，通过管理中心实现统一的调度，对所有的水闸及电排站进行远程控制。并且每个泵站中的泵及水站中的闸门现场的设备控制实现是通过工业控制网络，其独立自主地在网络拓扑中运行，由于双网络相互连接，所以现场控制PLC计算机和上位监控能够实现高速通信，实现信息的存取及控制，此种结构能够有效提高系统的可靠性，如果计算部分出现故障，控制单元操作不会受到影响。基于协议地址会降低网络的安全性，所以可以使用MAC地址或者端口地址进行划分。第二种方案能够实现VLAN的方便划分，并且实现千兆以太网的升级和扩展。根据系统实际需求，要在监控中监视器中传输图像信号，通过视频服务器收集图像，之后将其送到单站控制中心，用户能够对其进行监视及监控。

三、结语

水闸及电排站群自动化调控系统的网络设计要以政务网为基础，创建光纤网络，本文所介绍的方案三具有较强的可行性，在水闸及电排站群自动化调控系统中使用能够具有较高的通信效率，并且具有较强的抗干扰能力，还有良好的可靠性，组态灵活，能够在水闸及电排站中长期使用。