錢 江 ，包加桐 ，閭耀輝 ，嚴(yán)國(guó)斐 ，唐鴻儒

（1. 江蘇省泰州引江河管理處，江蘇 泰州 225321；2. 揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

泰州引江河是江蘇省“九五”期間為實(shí)施“海上蘇東”戰(zhàn)略決策而興建的跨世紀(jì)重點(diǎn)水利工程，工程于 1999年9月28日竣工。高港樞紐作為泰州引江河的水源工程，是實(shí)現(xiàn)泰州引江河工程灌溉、排澇、航運(yùn)等功能的控制建筑物，包括泵站、節(jié)制閘、船閘、調(diào)度閘、送水閘、110 kV 專用變電所及管理設(shè)施等，泵站工程采用閘站結(jié)合布置，配立式開敞式軸流泵 9 臺(tái)，葉輪直徑 3.0 m，單臺(tái)流量 34 m3/s，為國(guó)內(nèi)同泵型之最，總裝機(jī)容量 18000 kW，總抽排能力達(dá) 300 m3/s，采用 X 型雙向流道，具有雙向抽排能力，底層流道可自流引江水 160 m3/s。

高港泵站建成時(shí)即配置了自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)泵站運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)。2000—2001年，自行開發(fā)的泵站信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)值班記錄、調(diào)度開票、工程技術(shù)管理等功能，提高了管理效率。但是，隨著管理要求的提高，原有的信息管理系統(tǒng)存在以下一些問題：1）泵站信息管理系統(tǒng)的功能是利用監(jiān)控組態(tài)軟件提供的軟件開發(fā)工具和Foxpro 實(shí)現(xiàn)的，只具有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和泵站運(yùn)行管理等功能，已不能滿足越來越高的管理需求，系統(tǒng)開放性較差，有時(shí)會(huì)不穩(wěn)定；2）由于是單機(jī)版的軟件，與上級(jí)調(diào)度和管理系統(tǒng)沒有連接，雖然積累了大量數(shù)據(jù)，但無法共享；3）缺少泵站運(yùn)行調(diào)度、設(shè)備等管理功能，不能適應(yīng)現(xiàn)代化的泵站運(yùn)行管理要求。

鑒于目前各個(gè)泵站管理單位的管理方法存在較大差異，市場(chǎng)上尚無專用的泵站管理信息系統(tǒng)軟件，經(jīng)過充分調(diào)研后，2010 年開發(fā)了新的基于網(wǎng)絡(luò)的高港泵站信息管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)），可實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化與信息管理系統(tǒng)的無縫集成，授權(quán)人員能夠利用計(jì)算機(jī)或手機(jī)瀏覽泵站運(yùn)行狀態(tài)，查詢相關(guān)信息；能夠?qū)崿F(xiàn)泵站運(yùn)行調(diào)度和事務(wù)管理，并且具有比較完善的安全措施。

1 系統(tǒng)功能需求分析

一般區(qū)域性水利工程信息化系統(tǒng)可以分為 4 層，從下至上依次為泵站和水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控、信息管理，水利工程管理處管理信息和上級(jí)調(diào)度管理等系統(tǒng)。其中，泵站和水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是水利工程信息化系統(tǒng)的各種運(yùn)行和統(tǒng)計(jì)信息的源頭，是上級(jí)運(yùn)行調(diào)度的執(zhí)行者。1 和 2 層是上級(jí)管理或者調(diào)度部門的管理信息系統(tǒng)，可以是水利樞紐管理單位和區(qū)域或流域運(yùn)行調(diào)度等的管理系統(tǒng)。第 3 層是泵站、水閘的信息管理系統(tǒng)，處于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與上級(jí)管理部門管理信息系統(tǒng)之間，是泵站運(yùn)行和日常管理的基礎(chǔ)，它一方面接收下層計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供的各種實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、處理和統(tǒng)計(jì)，并向上級(jí)上報(bào)有關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果；另一方面負(fù)責(zé)泵站的日常管理。

高港泵站信息管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

1）實(shí)時(shí)運(yùn)行和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)管理。應(yīng)實(shí)現(xiàn)與泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全通信，實(shí)時(shí)接收泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的各類實(shí)時(shí)運(yùn)行和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括：機(jī)組開停機(jī)狀態(tài)、定子電壓和電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、勵(lì)磁電壓和電流、機(jī)組葉片角度、機(jī)組運(yùn)行臺(tái)時(shí)，站變運(yùn)行狀態(tài)、電壓、電流、有功功率、無功功率，主變運(yùn)行狀態(tài)、電壓、電流、有功功率、無功功率，上下游水位，單機(jī)及全站抽水流量，水閘閘門開度等；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括：全站日、月、年抽水水量及用電量，水閘單孔和總引水流量，水閘日、月、年引水時(shí)間和水量。應(yīng)能夠按照一定的策略對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和存儲(chǔ)。

2）信息發(fā)布與查詢。能以 Web 方式提供泵站實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況的瀏覽服務(wù)，授權(quán)用戶通過網(wǎng)絡(luò)可以瀏覽和監(jiān)視泵站的運(yùn)行狀況。供瀏覽的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)畫面應(yīng)包括電氣主接線圖、站身剖面圖、全站溫度運(yùn)行監(jiān)視圖、輔機(jī)系統(tǒng)圖等，發(fā)布的畫面應(yīng)能動(dòng)態(tài)加載、實(shí)時(shí)顯示。能以報(bào)表方式提供泵站上、下游水位，開機(jī)臺(tái)數(shù)，抽水流量、水量、功率和用電量，機(jī)組運(yùn)行臺(tái)時(shí)等數(shù)據(jù)的查詢和瀏覽。運(yùn)行報(bào)表應(yīng)包括日、月、年報(bào)表3 種形式。

3）日常管理。應(yīng)具有下列調(diào)度和管理功能，a）值班管理，包括值班事件記錄與交接班管理、閘門及開機(jī)運(yùn)值記錄；b）調(diào)度開票，包括水情調(diào)度、變電所、泵站 400 V 電源切換、開機(jī)、停機(jī)等操作票；c）安全管理，包括安全文件、規(guī)程、臺(tái)帳、措施，以及消防設(shè)施；d）工程管理，包括規(guī)程規(guī)范，工程大事記、項(xiàng)目管理；e）設(shè)備管理，包括工程技術(shù)手冊(cè)，設(shè)備揭示圖、臺(tái)帳，缺陷等管理，以及備品備件和資料管理等功能。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與安全措施

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)泵站信息管理系統(tǒng)的功能需求分析，高港泵站采用圖 1 所示的信息化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。最下層是泵站自動(dòng)化系統(tǒng)，利用 JX-300 DCS 集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站主機(jī)組、輔機(jī)設(shè)備、變電所、閘門等數(shù)據(jù)的采集和控制。中間層是泵站信息管理系統(tǒng)，通過 JX-300X DCS 提供的 OPC 服務(wù)器獲取泵站運(yùn)行的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理分析和存儲(chǔ)；以 Web方式向上級(jí)管理部門提供泵站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的瀏覽和查詢服務(wù)；實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行管理等功能。引江河管理處或者上級(jí)調(diào)度管理部門能夠通過局域網(wǎng)或者Internet 等遠(yuǎn)程瀏覽泵站實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，查詢泵站運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，查詢或者監(jiān)督泵站有關(guān)值班記錄、調(diào)度操作、缺陷記錄等方面的管理數(shù)據(jù)。

圖1 高港泵站信息化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 安全措施

為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，不同層之間按照安全要求等級(jí)的不同設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)間隔離裝置。在自動(dòng)化系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)間設(shè)置了安全隔離網(wǎng)閘，采用多主機(jī)隔離結(jié)構(gòu)和安全芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)安全隔離，通過信息擺渡機(jī)制實(shí)現(xiàn)透明的高度安全的信息交換；且由于采用專有硬件進(jìn)行交換，不占 CPU 時(shí)間，保證數(shù)據(jù)的傳輸效率。處于網(wǎng)閘內(nèi)網(wǎng)、安裝在 OPC 服務(wù)器上的 MISGate 服務(wù)程序?qū)崟r(shí)采集自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并向網(wǎng)閘的指定端口發(fā)送 UDP （用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）數(shù)據(jù)包；另一方面，處于網(wǎng)閘外網(wǎng)的泵站信息管理系統(tǒng)中的 MISGate 客戶端程序從網(wǎng)閘相應(yīng)的端口接收 UDP 數(shù)據(jù)包。所有數(shù)據(jù)的傳輸均為單向傳輸，自動(dòng)化系統(tǒng)不受泵站信息管理系統(tǒng)的任何影響，從而保證自動(dòng)化系統(tǒng)的高安全性。

在高港泵站管理所和引江河管理處之間設(shè)置了硬件防火墻，防火墻只開放 Web 訪問的 80 端口，其它端口一律屏蔽。通過 Internet 或者水情網(wǎng)絡(luò)訪問泵站信息管理系統(tǒng)的用戶，需要通過管理處的邊界防火墻進(jìn)行訪問控制。此外，在高港泵站信息管理系統(tǒng)中，通過限制數(shù)據(jù)庫(kù)和 Web 服務(wù)器的端口開放，以及按照一定策略進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)的定期備份等措施可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用基于 Silverlight 的富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（RIA）架構(gòu)，如圖 2 所示。該架構(gòu)采用分層的思想組織程序邏輯，主要由 Silverlight 客戶端、Web 服務(wù)端和數(shù)據(jù)庫(kù)等 3 部分組成。

圖2 基于 Silverlight 的 RIA 架構(gòu)

Silverlight 客戶端具有高度互動(dòng)性，同桌面應(yīng)用軟件系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)交互、表現(xiàn)和處理，且具有跨平臺(tái)與瀏覽器的優(yōu)點(diǎn)。Silverlight 客戶端可內(nèi)嵌于瀏覽器中，通過 Web 瀏覽方式加載客戶端程序，從而實(shí)現(xiàn)客戶端的快速安裝與部署。當(dāng)再次運(yùn)行客戶端軟件時(shí)，可直接從磁盤加載程序而無需重新下載。目前利用 Silverlight 技術(shù)開發(fā)富互聯(lián)網(wǎng)交互應(yīng)用成了一種新的技術(shù)手段，如文獻(xiàn) [1]利用Silverlight 技術(shù)構(gòu)建了 1 個(gè)地理信息系統(tǒng)，文獻(xiàn) [2]基于 Silverlight 平臺(tái)開發(fā)了風(fēng)力發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)控界面等。

在 Web 服務(wù)端中，除實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)面向服務(wù)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)存取層與業(yè)務(wù)邏輯層外，增加了 WCF（Windows Communication Foundation）服務(wù)層，通過在該層定義和實(shí)現(xiàn)具有不同功能的服務(wù)供客戶端程序訪問調(diào)用，建立 Silverlight 界面交互層與業(yè)務(wù)邏輯層的聯(lián)系，從而建立和完善客戶端與服務(wù)端的分布式實(shí)時(shí)通信框架。

使用 Visual Studio .Net 開發(fā)工具，采用面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法，對(duì)系統(tǒng)各層軟件功能模塊進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容包括：

1）開發(fā)了泵站運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。在此平臺(tái)上，授權(quán)人員能夠通過計(jì)算機(jī)或手機(jī)上網(wǎng)方式在泵站、管理處內(nèi)部或外部對(duì)泵站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和信息查詢。

首先設(shè)計(jì)用于存儲(chǔ)泵站實(shí)時(shí)與歷史運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)。采用安全性能高、管理能力強(qiáng)的SQL Server，增強(qiáng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力及存取安全性。在數(shù)據(jù)庫(kù)中定義各類具有計(jì)算邏輯的存儲(chǔ)過程以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存取。由于泵站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)來源于泵站DCS 系統(tǒng)，因此進(jìn)一步開發(fā)泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件模塊，通過與 DCS 系統(tǒng)中的 OPC 服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。在此基礎(chǔ)上，開發(fā) Web 服務(wù)端程序，根據(jù)功能需求定義和實(shí)現(xiàn)各類 WCF 服務(wù)，包括設(shè)備狀態(tài)總覽、變電所主接線圖、1～9 # 主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、水閘狀況（節(jié)制閘、調(diào)度閘和送水閘）、下層流道引水狀況、輔機(jī)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖查看（水位變化、節(jié)制閘自流引江、下層流道引水、4～9 # 主機(jī) B 門高度）等用于實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)查看的服務(wù)，以及開機(jī)、引水情況，水位、極值統(tǒng)計(jì)等用于歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的服務(wù)，各類服務(wù)中實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的存取與業(yè)務(wù)邏輯封裝。最后利用 Silverlight 實(shí)現(xiàn)用戶交互界面，圖 3 是高港泵站運(yùn)行狀況遠(yuǎn)程監(jiān)視畫面。

2）開發(fā)了泵站日常管理平臺(tái)。綜合考慮高港泵站日常管理中的各個(gè)業(yè)務(wù)需求，開發(fā)了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)化和集成化的泵站日常管理軟件子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)與泵站運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)泵站信息管理系統(tǒng)。泵站運(yùn)行人員利用泵站日常管理軟件子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)值班、組織、安全、工程、設(shè)備、資料管理，以及調(diào)度開票等工作。圖 4 為泵站設(shè)備臺(tái)賬管理界面。

圖3 泵站運(yùn)行狀況遠(yuǎn)程監(jiān)視畫面

圖4 泵站設(shè)備臺(tái)賬管理界面

整個(gè)泵站信息管理軟件系統(tǒng)利用 Silverlight 提供圖形豐富、響應(yīng)速度快的用戶交互界面，通過使用客戶端/服務(wù)端分布式實(shí)時(shí)通信框架，形成安全、可擴(kuò)展、易維護(hù)面向大型泵站運(yùn)行管理的跨平臺(tái)與瀏覽器的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。

4 結(jié)語

自 2010 年底正式投入運(yùn)行以來，高港泵站信息管理系統(tǒng)運(yùn)行可靠，使用方便，性能穩(wěn)定。管理人員可以隨時(shí)在控制室、管理處或互聯(lián)網(wǎng)上處理管理事務(wù)，查看管理信息和工程狀態(tài)，減輕了運(yùn)行管理人員的工作強(qiáng)度，提高了管理效率。上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和調(diào)度機(jī)構(gòu)也可以隨時(shí)查看高港樞紐泵站的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)用情況，以及設(shè)備臺(tái)賬、安全生產(chǎn)、技術(shù)管理資料等。

近年來，國(guó)家一直重視水利工程和農(nóng)業(yè)建設(shè)，投入不斷增加，目前江蘇境內(nèi)有幾十座大中型泵站，這些泵站都需配置信息管理系統(tǒng)作為運(yùn)行管理工作的平臺(tái)。研制的高港泵站信息管理系統(tǒng)采用開放式的軟件架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口，向下可以與一般的泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，向上可以接入水情專網(wǎng)等管理網(wǎng)絡(luò)。不同泵站利用該系統(tǒng)提供的工具可以方便構(gòu)建適合自己特點(diǎn)的泵站信息管理系統(tǒng)。因此，高港泵站信息管理系統(tǒng)可以廣泛適用于一般的大中型泵站運(yùn)行管理工作，對(duì)于大范圍內(nèi)的調(diào)度管理系統(tǒng)建設(shè)具有重要的參考價(jià)值，具有廣闊的推廣前景。

[1]Liu Y, Liu X F, Mao J H. Research on the integration of Silverlight and WebGIS based on REST[C]. Ningbo, IEEE International Conference on Multimedia Technology, 2010:1-4.

[2]武愈振. 基于 Silverlight 的 RIA 研究及應(yīng)用[J]. 可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2010 (1): 69-71.