基于综合管控平台的智能泵站设计

潘志军

(杭州市南排工程建设管理处，浙江杭州310020)

1 概 述

泵站是保障城市用水及城市防洪安全的重要组成部分[1]。泵站自动化系统自20世纪60年代末以来在水利行业中即开始研制和运用[2]，为保障泵站的安全运行发挥了重要作用。随着自动化信息化技术的发展，以及泵站自动化系统建设和应用的进一步深入，泵站自动化系统的不足日益凸显，已不能满足泵站智能化运行管理的需求。这些不足主要表现在以下方面：

1.1 系统孤岛化，系统间联动监视操作困难

由于各方面原因，闸泵阀监控、水情测报、安全监测、视频监控系统等分批分次建设，致使各子系统自成体系。子系统之间的数据交换(共享)困难，信息孤岛现象严重，数字鸿沟持续扩大，难以实现不同系统间联动监视与操作，不利于统计分析整个工程的运行现状，不利于有效把握泵站的整体运行状态，不利信息综合及深度挖掘应用技术的应用，无法满足政府“用数据说话、用数据管理、用数据决策”的要求。

1.2 运行管理信息化程度不足，亟需加强管理信息化建设

多数泵站的日常业务尚未实现信息化管控，相关信息的统计不能实现自动化，来往文档的存储未能实现信息化，导致运行管理人员文档整理、业务统计工作繁重。自动化元件等设备管理虽已建立台账，但设备的出入库及查找依然依靠人工处理，这与当前流行的物联网设备管理技术存在较大差距。整体而言，在工程运行管理方面需要一套高效的信息化管理系统。

1.3 移动应用技术突飞猛进，信息服务建设需进一步加强

多数泵站业务关切人员仅能在内网Web系统上查看工程的运行信息，或通过值班人员定期发送手机短信了解工程运行信息，无法满足工程干系人的运行管理信息需求。微信及智能手机APP在其它行业已深入工程应用，并为工作带来了极大便利；因此，原有信息服务体系建设需进一步加强，以满足业务关切人随时随地掌控工程运行信息的需求。

2 解决思路

针对当前泵站自动化系统存在的问题，考虑采用综合管控平台的思路解决上述问题。综合管控系统以业务应用需求为导向，同时采集电气设备、水情、安全监测、视频等信息，并基于上述信息实现各种智能应用，为实现泵站的智能化管理提供了极大便利。

2.1 一体化平台的思路

泵站目前的信息化系统建设内容较多，包括泵阀闸监控、继电保护、励磁调节、叶片调节、水油气辅机、机组振摆监测、防汛调度、视频监控、仿真培训、运维管理、综合展示与信息服务等，但还未将所有子系统进行有效整合并形成统一的数据中心和应用软件平台，高效的服务于相关领导和各级管理部门的日常业务应用，系统建设效果未能最大发挥。为了使系统能够灵活适应业务需求的变化，面对新应用具有可扩展性，信息和应用资源方面高度共享，避免出现信息孤岛，系统建设应采用一体化平台的设计思路。

2.2 分层分区的思路

针对泵站信息化系统中的权限控制、网络安全等问题，采用分层分区进行系统设计。根据工程布置、机构设置情况及网络划分，系统总体网络结构采用纵向分层、横向分区的思路。

纵向分层：考虑到工程管理、工程运行等方面各自不同的应用需求，系统在纵向结构上分为2层，即中心层、现地层。

横向分区：考虑系统涉及的业务应用包括泵阀闸监控、励磁调节、机组振摆监测、防汛调度、视频监控、运维管理等各个方面。为了保障信息安全，在横向结构上分为控制区、管理区。

2.3 标准开放的思路

标准，是系统建设的基础。标准体系，是规范、统一系统建设管理和运行管理的重要基础，也是系统信息和软、硬件资源共享、系统有效开发和顺利集成、系统安全运行和平稳更新完善，以及后续扩展升级的重要保证。系统建设标准先行，对于国家、部委标准规范没有涵盖的内容应组织专门力量编制管理处系统建设相应的标准。

开放，在标准的支撑下，在综合管控平台的基础上，系统建设采用开放的建设策略，系统可以集成不同厂家的不同环境的产品，可以容纳各类资源集成为一体，最终达到设计建设目标。

3 智能化泵站架构设计

采用综合管控平台后，智能化泵站的架构设计如下：

3.1 纵向分层

考虑到智能化泵站在综合监控监测、工程管理、工程运行等方面各自不同的应用需求，系统在纵向结构上分为站控中心层和现地层两层(见图1)。

图1 智能化泵站纵向结构

(1)现地层。部署泵组监控、继电保护、励磁调节、叶片调节、水油气辅机、机组振摆监测、水文监测现地站以及视频监控摄像头等。现地站接受站控中心层的调度指令，负责所辖业务范围内信息化系统所有实时数据、时段数据、基础数据汇集和上送。

(2)站控中心层。部署综合监控监视、视频监控、仿真培训、运维管理、综合展示与信息服务等软件应用。站控中心层对工程全部范围内的主要建筑物、机电设备、工情进行统一监视和远程控制(设备具备远程控制功能)，并负责信息化系统所有实时数据、时段数据、基础数据的存储和管理。

3.2 横向分区

考虑信息化系统涉及的业务应用包括监控、保护、防汛、视频、管理等各个方面，为了保障信息安全，在横向结构上分为控制区、管理区(见图2)。

图2 智能化泵站横向结构

管理区内部署的是生产管理类的业务，控制区部署的是运行监控类的业务，后者的安全级别高于前者，因此两区需通过物理隔离装置进行隔离，以避免低安全区系统影响高安全区系统的正常运行。

在控制区设控制网，用于承载实时性要求最强、安全性要求最高的阀闸监控、继电保护、励磁调节、叶片调节、水油气辅机、机组振摆监测等业务。在管理区设业务网，用于承载防汛调度、视频监控、仿真培训、运维管理、综合展示与信息服务等业务应用。

考虑到业务网与控制网之间需进行数据交互，因而在两网之间通过单向隔离联通，保证控制区安全。在管理区与互联网之间通过防火墙联接，为业务网提供互联网接入业务，用于日常办公文件下载、网上信息查询等。

4 智能化泵站软件平台设计

基于综合管控系统的智能化泵站软件平台包含统一的数据采集与交互平台，统一的数据资源管理平台，统一的应用支撑平台。数据采集与交互平台可实现现场各类专业数据的采集处理与信息下发，实现与其他外部系统的通信与数据交换。数据资源管理平台提供统一的数据支撑。应用支撑平台为各类业务应用提供一体化的应用支撑，该应用支撑提供统一、开放的接口和访问机制，实现不同权限用户数据访问和业务应用，实现信息资源共享和业务协同，该支撑平台上可方便部署各类APP(Application)。厂商可根据自己的业务优势，在综合管控平台上开发各类APP应用，免去了硬件、软件平台采购和安装的中间步骤，有效提高了设备利用率和系统效率，彻底解决了传统信息化系统建设一个应用需要部署一套平台的问题。

智能化泵站的软件平台如下所示(见图3)。综合监控(泵阀闸监控、继电保护、励磁调节、叶片调节、水油气辅机、机组振摆监测)、防汛调度、视频监控、仿真培训、运维管理、综合展示与信息服务等业务以统一的软件平台进行管理，实现工程运行的综合监控和智能化决策。

图3 智能化泵站软件平台

5 结 论

基于综合管控平台的智能化泵站改造将泵阀闸监控、继电保护、励磁调节、叶片调节、水油气辅机、机组振摆监测、防汛调度、视频监控、仿真培训、运维管理、综合展示与信息服务等各个子系统纳入统一平台管理，并提供统一、开放的接口和访问机制，可以方便地部署各类APP应用，实现泵站的智能化运行，为泵站的运行管理带来了极大的便利。