田 盈

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 辛安泉供水改擴(kuò)建工程概述

辛安泉供水改擴(kuò)建工程地處山西省長(zhǎng)治市，工程任務(wù)為向受水區(qū)域提供城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉用水。工程以辛安泉水為水源，受水區(qū)域包括長(zhǎng)治市城區(qū)、長(zhǎng)治市郊區(qū)、潞城市、平順縣、屯留縣、長(zhǎng)治縣、壺關(guān)縣和黎城縣共8個(gè)縣（市、區(qū)）。工程分為取水工程和供水工程兩大部分。取水工程位于平順縣北耽車(chē)上游的 頭水電站庫(kù)區(qū)內(nèi)。供水工程線路總長(zhǎng)約157.4 km。

信息化建設(shè)是提高工程現(xiàn)代化管理水平、提高管理效率和降低管理成本的重要手段，只有通過(guò)信息化建設(shè)才能適應(yīng)現(xiàn)代化水利發(fā)展的需求、工程運(yùn)行調(diào)整帶來(lái)的供水變化和工程自身管理中需要每天處理大量的數(shù)據(jù)交換計(jì)算，從而解決工程供水管理時(shí)空跨度的問(wèn)題。

2 信息化的站點(diǎn)構(gòu)成

辛安泉供水改擴(kuò)建工程具有輸水線路長(zhǎng)，受水區(qū)域涉及多個(gè)縣市，泵站、調(diào)壓閥室和檢修閥室的數(shù)量多、地理位置分散的特點(diǎn)，按照信息化的控制原則及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的劃分，將沿線站點(diǎn)分為以下三類(lèi)：

1）有人值班，有人值守

承擔(dān)整個(gè)工程的運(yùn)行和管理，特指調(diào)度中心及頭水電站樞紐管理站。

2）有人值班，無(wú)人值守

沿線關(guān)鍵線路上的重要站點(diǎn)或配置管理站的閘閥站主要有：北耽車(chē)泵站、辛安泵站、莊頭泵站、韓家園泵站、西仵泵站、北甘泉泵站、盤(pán)駝底泵站、天腳泵站及官莊泵站；13處調(diào)節(jié)閥室。

3）無(wú)人值班，無(wú)人值守

沿線無(wú)人監(jiān)測(cè)的安全站點(diǎn)、閘閥室、不重要的分水口。主要有：沿線36處檢修閥室和全線安全監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

3 網(wǎng)絡(luò)劃分

本信息化工程將信息劃分為4層：第1層為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，第2層為非控制生產(chǎn)系統(tǒng)，第3層為生產(chǎn)管理系統(tǒng)，第4層為管理信息系統(tǒng)。遵循規(guī)范技術(shù)要求，各個(gè)系統(tǒng)的信息劃分為實(shí)時(shí)控制區(qū)、非控制生產(chǎn)區(qū)、生產(chǎn)管理區(qū)、管理信息區(qū)。

結(jié)合本工程的信息控制管理分區(qū)情況，對(duì)本工程信息化網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)行了相應(yīng)的劃分為三張相互隔離的網(wǎng)絡(luò)。

1）實(shí)時(shí)控制專(zhuān)網(wǎng)：包括工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)時(shí)控制專(zhuān)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要是基于TCP/IP的生產(chǎn)控制類(lèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)流基本恒定，速率要求不高，業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，其中遙控遙調(diào)更與安全直接相關(guān)，可靠性要求較高；對(duì)安全性有較特殊要求，不僅要求可靠，原始數(shù)據(jù)還要求保密。從應(yīng)用范圍來(lái)看，屬于較特殊的一類(lèi)窄帶業(yè)務(wù)。

本工程控制專(zhuān)網(wǎng)的站點(diǎn)有：調(diào)度中心、 頭水電站樞 管理站、9座泵站、13座調(diào)節(jié)閥室（分水口）、36座檢修閥室以及3處隧洞安全監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

2）非控制生產(chǎn)和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)（業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)）：主要是工程所涉及到的日常辦公所需系統(tǒng)，包括行政管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等。

非控制生產(chǎn)區(qū)的所涉系統(tǒng)速率要求較高，業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)但突發(fā)性很強(qiáng)，且要求有較高的安全保密性。本工程非控制生產(chǎn)區(qū)的站點(diǎn)有：調(diào)度中心、 頭水電站樞 管理站、9座泵站、天脊分水口調(diào)節(jié)閥室、潞城分水口調(diào)節(jié)閥室、漳澤分水口調(diào)節(jié)閥室、店上調(diào)節(jié)閥室、小山頭調(diào)節(jié)閥室、翟店分水口調(diào)節(jié)閥、集店調(diào)節(jié)閥室（共兩座）、上莊調(diào)節(jié)閥室及天河調(diào)節(jié)閥室。

生產(chǎn)管理區(qū)定義為應(yīng)用網(wǎng)。要求有較高的實(shí)時(shí)性高，對(duì)安全可靠性無(wú)特殊要求。本工程安全Ⅲ區(qū)的站點(diǎn)有：調(diào)度中心、9座泵站、13個(gè)調(diào)節(jié)閥室（分水口）、36座檢修閥室。

3）管理信息網(wǎng)絡(luò)（業(yè)務(wù)外網(wǎng)）：主要是各級(jí)管理人員訪問(wèn)Internet，查詢(xún)、發(fā)布有關(guān)工程信息，同外部進(jìn)行交流溝通的主要渠道。

4 通信方式

目前，現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大支柱是光纖通信、衛(wèi)星通信和無(wú)線電通信。對(duì)于三種通信方式針對(duì)本工程做以下比較。

1）衛(wèi)星通信。相比地面通信，衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)，通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)，不受地理位置偏僻、人煙稀少和高山沙漠等惡劣環(huán)境影響，覆蓋面積大，能進(jìn)行多址通信，廣播分發(fā)，通信線路穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高，組網(wǎng)靈活簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)。

2）無(wú)線移動(dòng)通信。利用公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)需自建，只要申請(qǐng)為用戶(hù)即可；GPRS通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，具有極強(qiáng)的可擴(kuò)充性；按照用戶(hù)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來(lái)收取費(fèi)用，費(fèi)用低廉；傳輸容量大，理論最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)170 kb/s，完全能滿(mǎn)足監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸速率的需求；良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力，與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，可以很好地滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求；安裝在室內(nèi)，沒(méi)有引雷部件，不需要作防雷處理。缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)覆蓋可能存在信號(hào)盲區(qū)。

3）光纖通信。光纖通信本身具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：

a）頻帶寬，通信容量大。

b）損耗低，中繼距離長(zhǎng)。

c）抗電磁干擾。

d）無(wú)串音干擾，保密性好。

雖然，光纖通信具有初期投資較高的缺點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際情況及全線自動(dòng)化的任務(wù)的特點(diǎn)，本工程推薦選擇光纖通訊系統(tǒng)。

5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇

本工程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用星形，樹(shù)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)層次的星型結(jié)構(gòu)縱向連接而成，樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是計(jì)算機(jī)或轉(zhuǎn)接設(shè)備。與星型網(wǎng)絡(luò)相比，樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)總長(zhǎng)度短，成本較低，節(jié)點(diǎn)易于擴(kuò)充，但是樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，與節(jié)點(diǎn)相連的鏈路有故障時(shí)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響較大。

針對(duì)本工程輸水線路特點(diǎn)及全線信息化的要求，通過(guò)沿供水線路敷設(shè)的光纖連接的方式，形成大環(huán)網(wǎng)帶小環(huán)網(wǎng)的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。合理選擇關(guān)鍵線路上的主通信匯集站點(diǎn)，并與調(diào)度中心組成工程通信主干網(wǎng)。各個(gè)主站點(diǎn)分別與所轄分支站點(diǎn)構(gòu)成小環(huán)網(wǎng)。這樣小環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，不影響主環(huán)網(wǎng)的正常運(yùn)行。

2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程的輸水線路特點(diǎn)、調(diào)度要求及三類(lèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的劃分情況，擬建立2條主干通信線路形成大環(huán)網(wǎng)，以主干線路的主要站點(diǎn)為匯集點(diǎn)的9個(gè)小環(huán)網(wǎng)。

主干通信線路2：官莊泵站→漳澤調(diào)節(jié)閥室→長(zhǎng)治市漳河管理局。

9條小環(huán)網(wǎng)根據(jù)主干通信線路9個(gè)主要站點(diǎn)分為樞紐支線；總線1＃、2＃支線；平順支線；長(zhǎng)治支線；黎城支線；店上支線及屯留1＃、2＃支線。

自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖1。

6 備用通信

本工程監(jiān)控體系覆蓋范圍廣，監(jiān)控對(duì)象種類(lèi)多，傳輸數(shù)據(jù)對(duì)通信要求各不相同，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)有極高的可靠性要求，同時(shí)還需要兼有經(jīng)濟(jì)性，這些特點(diǎn)決定了本工程監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)不能采用單一的通信方式，需設(shè)備用通道。

備用通信在工程的典型站點(diǎn)租用公網(wǎng)專(zhuān)用通道與調(diào)度中心之間通信，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。工程站點(diǎn)有： 頭水電站樞紐管理站、北耽車(chē)泵站、辛安泵站、莊頭泵站、韓家園泵站、北甘泉泵站、潞城分水閥室、店上調(diào)節(jié)閥室、漳澤調(diào)節(jié)閥室、官莊泵站、長(zhǎng)治市漳河管理局。

7 通訊傳輸方式

1）“三網(wǎng)合一”。方式采用三網(wǎng)合一光纖以太網(wǎng)交換機(jī)接入設(shè)備，以光纖傳輸技術(shù)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、語(yǔ)音等業(yè)務(wù)的靈活接入，通過(guò)一對(duì)光纖完成整個(gè)工程信息化的傳輸。

2）“三網(wǎng)分離”方式。采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成通信系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)部分。交換機(jī)提供多個(gè)以太網(wǎng)接口，用于傳輸內(nèi)網(wǎng)的調(diào)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。各個(gè)站點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用視頻服務(wù)器的方式接入站點(diǎn)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)中，由調(diào)度中心統(tǒng)一解碼管理。電話(huà)調(diào)度系統(tǒng)在調(diào)度中心通信機(jī)房設(shè)置一套駐地話(huà)音網(wǎng)關(guān)設(shè)備，該設(shè)備與調(diào)度中心的程控調(diào)度交換機(jī)相連；在各個(gè)控制站點(diǎn)設(shè)置接入語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)及普通電話(huà)機(jī)，語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)直接接入站點(diǎn)的100M工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

根據(jù)工程特點(diǎn)，本工程網(wǎng)絡(luò)傳輸采用“三網(wǎng)合一”的方式，在2個(gè)大環(huán)網(wǎng)及9條小環(huán)網(wǎng)中各采用一對(duì)光纖，共計(jì)22芯，另考慮10%的備用，故采用24芯光纖。

8 結(jié)論

針對(duì)本工程多泵站、多閥站的梯級(jí)調(diào)度模式，對(duì)各類(lèi)不同的站點(diǎn)進(jìn)行合理的網(wǎng)絡(luò)劃分，采取不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境結(jié)構(gòu)，采用三網(wǎng)合一的光纖通訊傳輸方式將網(wǎng)絡(luò)布設(shè)成樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程的合理調(diào)度，提高工程安全運(yùn)行的可靠度。