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南水北调密云站项目监控系统


项目概况

1.1 项目背景

南水北调来水调入密云水库调蓄工程是北京市南水北调配套工程的重要组成部分。工程由团城湖取水,通过现状京密引水渠,经怀柔水库输水至密云水库。工程新建屯佃泵站、前柳林泵站、埝头泵站、兴寿泵站、李史山泵站、西台上泵站、郭家坞泵站、雁栖泵站、溪翁庄泵站共9座提升泵站、DN2600输水管道21.5km、改造加固隧洞2条、对现状渠道及渠系建筑物进行改造并新建自动化监控调度系统。输水线路总长约103km,总扬程132.85m。 

为了方便整个调水系统的调度管理、安全经济运行,工程构建通信平台,建立集数据、图像传输为一体的自动化监控系统。

1.2 总体建设内容

工程总体建设内容由南水北调来水调入密云水库调蓄工程(简称调蓄工程)、密云水库走马庄隧洞改造工程2部分组成。

(1) 调蓄工程

基于网络通信平台,实现对京密引水渠沿线泵站、闸站等水工设施进行远程监控,对输水渠道、输水管线、输水隧洞进行安全监测,实现视频、数据、语音的传输与共享,建立自动化监控、调度、管理系统。

工程共设置1个调度中心,9个监控泵站(屯佃泵站监控站、前柳林泵站监控站、埝头泵站监控站、兴寿泵站监控站、李史山泵站监控站、西台上泵站监控站、郭家坞泵站监控站、雁栖泵站监控站、溪翁庄泵站)、10个监控闸站(安河闸泄洪闸、峰山口输水闸、七孔桥节制闸、兴寿泄洪闸、崔村泄洪闸、东沙河泄洪闸、土城泄洪闸、前柳林泄洪闸、雁栖泄洪闸、北台上倒虹吸出口闸)。

工程自动化监控系统从专业以及功能划分为以下7个子系统:

——通信子系统

——监控子系统

——安全监测子系统

——综合信息管理子系统

——视频安防子系统

——会商子系统

——计算机网络子系统

本工程网络系统建设覆盖调度中心、3个管理所、9个泵站、10个闸站,根据北京市南水北调配套工程总体要求,本工程调度中心、各监控泵站网络系统由控制专网、业务内网和业务外网组成,三个相互隔离的网络。

系统整体框架图

(2) 密云水库走马庄隧洞改造工程

通过敷设光缆、电缆,实现本地监测数据、监控命令、视频图像的传输;更换原有光缆(副坝附近MCU房至密云水库管理处),最终将数据、图像传送至密云水库管理处,构建自动化监控系统。

实时监测库区水位、闸门荷载、闸门开度、管道压力、电气参量等数据,监测闸门运行工况。实现闸门的现地控制/远方监测,同时预留远方控制功能


系统特点


      先进性

      系统的高度集成借助力控SCADA软件强大的图形组态功能、系统集成功能,可以将绚烂、逼真的动态实时画面、视频影像、GIS信息高度集成在SCADA系统上显示,形成数据模拟与视频影像、GIS系统无缝集成的监控方式。


强大的报表功能:通过所存储的历史数据可以方便生成各种值班报表、操作报表、报警报表以及日月年报表。
    方便的报警输出:支持多媒体语音、视频、文本语音转换、邮件和短信等实时方式的报警通知与输出。
    历史追忆(事故追忆):通过定义事故追忆条件和追忆变量,以及追忆时间的设置,当追忆条件满足的时候产生追忆指示,用户可以通过追忆组件来查看事故的回放。回放的过程支持曲线和表格,并支持打印和存盘等。


安全性

在操作上严格权限管理。系统应提供审计跟踪功能,记录所有用户操作过程,对出现的系统安全问题提供调查的依据和手段;系统应具备事务日志功能。


冗余:为确保泵站的安全运行,系统采用双CPU双机双网冗余配置,可实现实时数据、历史数据、报警数据的冗余,在恢复后,故障期间的历史、报警数据可自动同步,充分保证数据的完整性。并支持增加专门的冗余状态探测通道,通过配置专用网卡实现快速的切换,并可以做到1S内的切换。最大程度的保证泵站的安全、稳定运行。


实时性

实时采集现场中的水情、工情、雨情等信息,并将其存在业务数据库中。具有较强的实时性和较高的处理效率,对访问的响应时间要短;采集接口的实时性好,能满足其应用的需要;采集接口的实时性不能影响生产过程控制系统的性能。


数据缓存和断点续传:泵站的网络系统出现网络中断或网速过慢的情况并不多,但是一旦出现必将因数据丢失而造成分析的误差、决策的不准确。因此,为了实现在网络中断时也不丢失数据的要求,系统提供了数据缓存的功能,当网络异常时,系统可将数据缓存在本地磁盘,待恢复后,再自动将缓存的数据传送到数据库中。如此一来,可最大程度的确保数据的万无一失。

与集控中心的交互:泵站需要与集控中心进行数据交互,统一协调也是未来城市供水的发展方向。从数据传输的快速、安全、可靠角度考虑,泵站与集控中心间的数据传输应采用系统内部的传输接口,因为系统内部的传输接口解析简单,无需反复的请求、回复,也不会添加繁琐包头包尾,从而实现快速可靠的数据交互。

高性能的历史存储

实时历史数据库承担着存储、管理大量的、高密度的过程数据的工作,当需要时它还需快速的将某时间段内的过程数据提供出来。因此工业历史数据库的性能直接关系到分析、统计的效果。主要的性能指标如下:

数据库容量

单机支持的最大测点规模为300万测点

数据吞吐量

支持数据写入30万条/秒,读取30万条/秒

压缩性能指标

采用二次压缩技术,一次逻辑压缩,二次物理压缩,数据压缩率最大达40:1至50:1。

压缩方式

死区压缩、变化压缩、LKT(优化的旋转门)压缩

断线缓存

支持采集器断线缓存,可对缓存路径及缓存大小配置

冗余支持

多级冗余机制,支持群集冗余、多服务器、双接口机、双网、双通道冗余技术

安全机制

通讯加密机制,数据库安全认证机制,用户、角色权限机制

数据精度

毫秒级

开发接口支持能力

COM SDK、IO SDK、ODBC、OLE DB、C API、.Net API、Java API接口;支持C、C++、C#、VB等开发语言

故障恢复能力

支持故障检测、支持数据容错和服务器故障恢复

采集接口支持能力

分布式数据采集结构、集中式数据管理方式,支持主流的OPC、Modbus等通信方式,包含同关系数据库的通信组件

稳定性指标

确保连续无故障运行时间 ≥10000小时。

并发访问指标

最大支持1000客户端并发访问

计算机负荷指标

内存>4G,4核CPU2.0以上,CPU平均负荷<15%



      3 系统架构

  3.1 系统架构


3.2 系统软硬件设备列表

调度中心SCADA系统

类型

版本

授权项

个数

SCADA服务器

eForceConV5.0服务器版

点数20000

C/S用户数5

B/S用户数10

IO全部授权

扩展授权全部(含OPCServer 接口及Web组件)

2

数据库服务器

pSpace V6.1 服务器版

点数20000

C/S用户数5

B/S用户数5

二次开发接口 5

IO访问授权5

扩展组件授权 5

2

操作员站

eForceConV5.0标准客户端

标准客户端授权

2

泵站SCADA系统

类型

版本

授权项

个数

SCADA服务器

eForceConV5.0服务器版

点数2000

C/S用户数5

B/S用户数10

IO全部授权

扩展授权全部(含OPCServer 接口及Web组件)

2

数据库服务器

pSpace V6.1 服务器版

点数2000

C/S用户数5

B/S用户数5

二次开发接口 5

IO访问授权5

扩展组件授权 5

1

操作员站

eForceConV5.0标准客户端

标准客户端授权

1


      4 系统功能

4.1 全线监视


4.2 多级调度

4.3 泵站监控

4.4 机组参数

4.5 辅机参数

4.6 故障报警

4.7 运行管理

1)设备通信

2)  趋势曲线

3)  数据报表

 

项目总结

自动化监控系统是实现水利信息化的重要环节之一,采用国内先进力控ForceCon Platform平台软件数据平台,利用自动控制、网络通信、计算机以及GIS 等信息技术构建大型泵站信息化系统,建设能够掌握雨情、工情、水情、墒情、灾情的信息基础平台和重点信息化应用系统,实现了防洪、抗旱、排涝和市区内沟河系纳潮冲污的自动化集中监控运行管理,完成所管辖区域内所有泵站设备的现地和远方控制操作、主要设备参数的实时监测、故障报警、运行过程模拟显示以及当地图像监视等功能;能有效地提高泵站设备的可靠性、安全性、可维护性以及控制操作的自动化水平;能够实时对设备参数和运行工况进行监视,消除设备运行隐患,确保主设备的完好率和可调率,减轻运行人员劳动强度,达到“无人值班、少人值守”的运行管理要求,进一步提高泵闸调度的及时性和准确性。顺应我国水利行业运行管理现代化的发展趋势。