徐溫泉

水利信息化是水利現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，信息化是現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要趨勢(shì)。在水利系統(tǒng)中，電排站是最基層的工程，不僅能夠滿足水利部門用水需求，在防洪、生命財(cái)產(chǎn)及人民生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)中都具有重要的作用，為了能夠?qū)㈦娕耪镜木C合使用效益充分發(fā)揮出來(lái)，降低洪澇災(zāi)害對(duì)人們?cè)斐傻膿p失，就要提高調(diào)度管理決策的水平，創(chuàng)建水閘及電排站群自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)是尤為重要的。本文所設(shè)計(jì)的水閘及電排站群自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)具有較高的通信效率，較強(qiáng)的抗干擾能力及較高的可靠性，并且組態(tài)靈活，具有良好的使用前景。

一、自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)原則

對(duì)水閘及電排站群總體的設(shè)計(jì)需求及應(yīng)用需求，本文設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：使用成熟、先進(jìn)及穩(wěn)定的技術(shù)，從而降低系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)；要求系統(tǒng)具備良好的靈活性及可擴(kuò)展性，便于升級(jí)；合理的網(wǎng)絡(luò)信息流量；保密性及安全性高；層次結(jié)構(gòu)清晰；系統(tǒng)開(kāi)放性高。

2.系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

電排站及水閘監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)歷經(jīng)了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中式數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)等多個(gè)階段，從而發(fā)展為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)控制、測(cè)量及管理一體化。PLC分布式監(jiān)控系統(tǒng)使用現(xiàn)代成熟監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用控制算法及系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定義，提高系統(tǒng)的開(kāi)放性及專業(yè)性，并且價(jià)格實(shí)惠，能夠被人們接受。所以在東湖泵站使用的都是以PLC為基礎(chǔ)的分層分布式體系結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)連接技術(shù)方案

本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)水閘及電排站群自動(dòng)化調(diào)控，提高系統(tǒng)傳輸質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本。在此背景下，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的平臺(tái)基礎(chǔ)使用政務(wù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，將水閘和電排站作為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)光纖模式與政務(wù)網(wǎng)相互連接。以下對(duì)三種方案進(jìn)行對(duì)比，選擇其中有效方案。

（1）方案1

方案1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式為端口堆疊，圖1為方案1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖：

圖1 方案1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

在區(qū)域機(jī)房中添加100M集線器，使每個(gè)集線器都能夠與水閘及電排站連接，之后通過(guò)100M端口和鎮(zhèn)區(qū)的SSR相互連接，在同個(gè)集線器水閘及電排站局域網(wǎng)連接，將其劃分到同個(gè)VLAN中，使用同個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，區(qū)域及分支中的局域網(wǎng)通過(guò)集線器實(shí)現(xiàn)使用。其能夠適用于電排站及水閘較多，并且沒(méi)有較強(qiáng)的信息化使用程度和沒(méi)有較高安全性要求的地區(qū)。其的投資較大，并且不需要其他模塊及設(shè)備，具有簡(jiǎn)便的聯(lián)網(wǎng)工程；缺點(diǎn)包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)不同水閘及電排站的計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯分組，也就是不能夠?qū)υ谕瑐€(gè)集線器中不同的電排站及水閘的計(jì)算機(jī)IP進(jìn)行設(shè)置，因此會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)擾亂及追蹤的情況；并且其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次較為簡(jiǎn)單，沒(méi)有明確的邏輯分組，不能夠針對(duì)不同結(jié)構(gòu)定制詳細(xì)的安全策略，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控；最后是在同個(gè)集線器不同站的計(jì)算機(jī)都在同一個(gè)子網(wǎng)，不能夠?qū)崿F(xiàn)各種應(yīng)用廣播的隔離，網(wǎng)絡(luò)廣播數(shù)據(jù)會(huì)占用網(wǎng)絡(luò)傳輸寬帶。

（2）方案2

在水閘及電排站中添加802.1Q接入交換器，并且在其中配置基于端口的VLAN，每個(gè)站的局域網(wǎng)都是同個(gè)VLAN。交換機(jī)和SSR相互連接，從而實(shí)現(xiàn)端口之間的連接，與接入交換機(jī)相互連接的站實(shí)現(xiàn)100M寬帶共享。通過(guò)中繼技術(shù)與SSR接口及交換機(jī)相互連接，從創(chuàng)建中繼線路，擴(kuò)展系統(tǒng)寬帶。并且在其中添加可堆疊交換機(jī)，不使用端口捆綁技術(shù)。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，實(shí)用性高，能夠提高端口的接入數(shù)量；對(duì)機(jī)構(gòu)終端進(jìn)行分組，將其分為多個(gè)IP子網(wǎng)，從而統(tǒng)一區(qū)域機(jī)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)；使用VLAN劃分隔離廣播域，降低網(wǎng)絡(luò)廣播數(shù)據(jù)流，有效使用網(wǎng)絡(luò)帶寬；多鏈路集群支持負(fù)載均衡，如果某個(gè)鏈路出現(xiàn)故障，那么就能夠?qū)?shù)據(jù)傳送到其他鏈路中；因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組織架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一，從而能夠?qū)Σ煌Y(jié)構(gòu)創(chuàng)建不同的數(shù)據(jù)安全策略，使用SSR訪問(wèn)列表就能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流進(jìn)行嚴(yán)格的控制，提高了網(wǎng)絡(luò)在使用過(guò)程中的安全性。其主要缺點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)缺少層次，并且網(wǎng)絡(luò)不能夠添加層次。

（3）方案3

添加SSR百兆模塊，實(shí)現(xiàn)加入端口數(shù)量的擴(kuò)充，圖2為方案3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。在SSR中添加擴(kuò)展模塊，以此實(shí)現(xiàn)SSR端口數(shù)量的擴(kuò)大，每個(gè)站劃分一個(gè)子網(wǎng)或者VLAN，以此實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展模塊端口的使用，并且在SSR中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全控制。添加BASE-TX模塊，實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的不同網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展及安全控制需求，如果占用SSR擴(kuò)展槽，之后在網(wǎng)絡(luò)使用過(guò)程中的擴(kuò)展就要通過(guò)其他方法實(shí)現(xiàn)。

圖2 方案3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

方案3的優(yōu)點(diǎn)就是不需要另外添加設(shè)備，就能夠?qū)崿F(xiàn)三層交換能力接入端口的擴(kuò)充；另外還能夠?qū)崿F(xiàn)不同結(jié)構(gòu)終端的邏輯分組，不同結(jié)構(gòu)能夠劃分多個(gè)IP子網(wǎng)，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及區(qū)域結(jié)構(gòu)；通過(guò)SSR劃分區(qū)域及站，以此隔離廣播，有效提高網(wǎng)絡(luò)帶寬使用效率。由于實(shí)際組織及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，所以不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)都能夠有效并且安全性較高，使用SSR訪問(wèn)列表能夠控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，以此有效提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。方案3的主要缺點(diǎn)就是占用SSR的擴(kuò)展槽，之后不能夠添加擴(kuò)口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸寬帶的擴(kuò)展；并且網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有層次，網(wǎng)絡(luò)控制不能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)分類實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制，以此提高了維護(hù)及配置的難度。

二、自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)比上述的三種方案的優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)，本文使用第二種方案。自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)通過(guò)雙網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以外網(wǎng)的創(chuàng)建，不同水閘及電排站的計(jì)算機(jī)能夠連接政務(wù)網(wǎng)及光纖，其中的測(cè)量、控制和保護(hù)等信息及工作、運(yùn)行狀態(tài)都通過(guò)政務(wù)網(wǎng)到管理中心進(jìn)行傳遞，之后將這些視頻及數(shù)據(jù)集中處理及收集，通過(guò)管理中心實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度，對(duì)所有的水閘及電排站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。并且每個(gè)泵站中的泵及水站中的閘門現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備控制實(shí)現(xiàn)是通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，其獨(dú)立自主地在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞\(yùn)行，由于雙網(wǎng)絡(luò)相互連接，所以現(xiàn)場(chǎng)控制PLC計(jì)算機(jī)和上位監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)高速通信，實(shí)現(xiàn)信息的存取及控制，此種結(jié)構(gòu)能夠有效提高系統(tǒng)的可靠性，如果計(jì)算部分出現(xiàn)故障，控制單元操作不會(huì)受到影響?；趨f(xié)議地址會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的安全性，所以可以使用MAC地址或者端口地址進(jìn)行劃分。第二種方案能夠?qū)崿F(xiàn)VLAN的方便劃分，并且實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)的升級(jí)和擴(kuò)展。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，要在監(jiān)控中監(jiān)視器中傳輸圖像信號(hào)，通過(guò)視頻服務(wù)器收集圖像，之后將其送到單站控制中心，用戶能夠?qū)ζ溥M(jìn)行監(jiān)視及監(jiān)控。

三、結(jié)語(yǔ)

水閘及電排站群自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要以政務(wù)網(wǎng)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建光纖網(wǎng)絡(luò)，本文所介紹的方案三具有較強(qiáng)的可行性，在水閘及電排站群自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)中使用能夠具有較高的通信效率，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還有良好的可靠性，組態(tài)靈活，能夠在水閘及電排站中長(zhǎng)期使用。