項(xiàng)目介紹
　　寧東供水水源工程是寧東能源重化工基地非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，對有效改善銀川周邊的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)“大銀川”的建設(shè)，具有非常積極的作用。寧東供水一期工程供水對象由能源重化工基地和生態(tài)項(xiàng)目兩部分組成。工業(yè)用水量為13570萬m3，日均37.1萬m3/d；生態(tài)項(xiàng)目供水設(shè)計流量2.0m3/s，用水量2400萬m3。自銀川黃河大橋下游1000m處的黃河右岸取水，設(shè)計流量7.8m3/s，其中工業(yè)供水 5.8m3/s，生態(tài)供水 2.0m3/s，泵站年運(yùn)行小時數(shù)為6840h（285d），供水量為14280萬m3/s。工程布置二級泵站和管道，將黃河水輸送到設(shè)在鴨子蕩調(diào)蓄水庫（總庫容2053萬m3）。二級泵站累計凈揚(yáng)程145.52m，累計總揚(yáng)程174.2m，共安裝水泵7臺，總裝機(jī)容量27150kW，總運(yùn)行容量19150kW，總運(yùn)行軸功率15252.8kW。輸水線路總長25.07km，一、二泵站之間管道長5.68km；二泵站至隧洞進(jìn)口管道長17.42km，采用DN2200的PCCP壓力管道。在管道出水池至水庫之間布置隧洞1座，長1.8km。

      根據(jù)整個寧東供水一期水源工程的項(xiàng)目劃分，共由以下部分組成：
      ⑴ 金水源（一）泵站
      ⑵ 紅山石（二）泵站
      ⑶ 輸水管道工程
      ⑷ 鴨子蕩水庫工程
      ⑸ 寧東供水一期水源工程（一～二泵站）供電工程
　　2004年9月4日，寧東一期供水工程通信及綜合自動化項(xiàng)目開標(biāo)。2004年9月29日，寧夏寧東水務(wù)有限責(zé)任公司與西安航天自動化股份公司于銀川正式簽訂了“寧夏寧東能源重化工基地及生態(tài)移民一期供水工程通信及綜合自動化合同文件。2005年6月13日，寧東調(diào)水工程全線自動化系統(tǒng)初步調(diào)試完成投入運(yùn)行，全線二臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行成功。2006年8月21日通過自治區(qū)水電工程質(zhì)量監(jiān)督中心組織的單位工程驗(yàn)收，評為優(yōu)良工程。
      系統(tǒng)方案與特點(diǎn)

      梯級泵站輸水綜合自動化系統(tǒng)由通信系統(tǒng)、泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、變電站綜合自動化系統(tǒng)等組成。

      系統(tǒng)采用采用開放式分布式實(shí)時控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，調(diào)度主機(jī)、操作員站及現(xiàn)地LCU采用雙機(jī)冗余配置，骨干網(wǎng)絡(luò)采用SDH環(huán)型二纖通道保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，控制局域網(wǎng)采用100M工業(yè)級光纖環(huán)形以太網(wǎng)，系統(tǒng)采用64位計算機(jī)系統(tǒng)。

      通信系統(tǒng)：以SDH傳輸技術(shù)為主，結(jié)合PBX及以太網(wǎng)交換技術(shù)，為用戶提供豐富的多種業(yè)務(wù)通信平臺，滿足當(dāng)前和今后業(yè)務(wù)的需求。以各級泵站（中心）為節(jié)點(diǎn)，組成骨干網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)間隔接入，形成環(huán)型二纖通道保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。采用155M（622M或更高） MSTP傳輸平臺，支持TDM業(yè)務(wù)和IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送。骨干網(wǎng)可以在一個機(jī)架上提供2M到155M的各種TDM接口，同時也提供10/100M接口用于構(gòu)架IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

      語音解決方案
      語音采用PBX方式，調(diào)度中心安裝128門（或更多）程控數(shù)字交換機(jī)，通過綜合數(shù)字復(fù)用終端利用SDH 2M接口將各級泵站電話接入調(diào)度中心交換機(jī)，同時還可以為各級泵站提供低速數(shù)據(jù)接口，交換機(jī)統(tǒng)一從調(diào)度中心接入公網(wǎng)，采用一號信令系統(tǒng)，SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)提供互連鏈路。

      數(shù)據(jù)傳送解決方案
      低速的測控數(shù)據(jù)，可以占用TDM的64kb/s雙向通道傳送。對外接口可以是RS-232、RS-422、V35、G703、模擬音頻接口（使用Modem）。中高速數(shù)據(jù)可以占用TDM的N×64kb/s至N×2Mb/s通道傳送。測控數(shù)據(jù)一部分經(jīng)接入網(wǎng)到（分）中心落地，經(jīng)（分）中心對應(yīng)的信息處理系統(tǒng)篩選和處理后向調(diào)度中心上報。

      以太網(wǎng)組網(wǎng)方案
　　MSTP 155M SDH傳輸平臺提供10/100 M以太網(wǎng)接口，使骨干節(jié)點(diǎn)間以高速連接，將各（分）中心局域網(wǎng)互連起來，組成完整的信息系統(tǒng)。各（分）中心配置以太網(wǎng)交換機(jī)，支持VLAN劃分。
      視頻傳輸方案
　　在調(diào)度中心、各級泵站的重要地點(diǎn)設(shè)置攝像機(jī)、云臺等，經(jīng)距陣切換、數(shù)字壓縮后通過通信網(wǎng)傳輸至調(diào)度中心。通常圖象遠(yuǎn)距離傳輸采用編解碼的傳輸方式，在分辨率為720 × 576時每路圖象占用帶寬為2M。
      計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)：由基于計算機(jī)控制的調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)和各級泵站監(jiān)控系統(tǒng)組成。每個計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器、各應(yīng)用系統(tǒng)工作站和PC機(jī)組成局域網(wǎng)，通過155M MSTP傳輸平臺的10/100M以太網(wǎng)接口構(gòu)架的IP數(shù)據(jù)主干通信網(wǎng)進(jìn)行整個輸水系統(tǒng)信息交換，構(gòu)成梯級泵站輸水系統(tǒng)計算機(jī)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。
      調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)：由雙機(jī)冗余的調(diào)度管理主計算機(jī)、雙機(jī)冗余的調(diào)度員工作站、通信服務(wù)器、工程師/編程員站、仿真培訓(xùn)終端、模擬屏和DLP大屏幕投影系統(tǒng)、電話告警計算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份與存儲系統(tǒng)、辦公自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成。
      泵站監(jiān)控系統(tǒng)：采用開放式分布式實(shí)時控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在不同處理器上具有支持應(yīng)用程序和聯(lián)合數(shù)據(jù)庫的能力。監(jiān)控系統(tǒng)由站控級（集中控制級）和現(xiàn)地控制單元（LCU）組成，采用100M工業(yè)級光纖環(huán)形以太網(wǎng)。站控級設(shè)置雙機(jī)冗余的操作員站、通信服務(wù)器、模擬屏、GPS對時等設(shè)備；現(xiàn)地控制單元包括機(jī)組LCU（每臺機(jī)組一套）、泵站公用LCU、變電站LCU，采用雙機(jī)冗余的PLC為核心控制器，并設(shè)置LCD觸摸屏、SOE專用模塊以及智能I/O裝置，支持多種通信協(xié)議。

      系統(tǒng)功能
      # 在泵站控制級和調(diào)度中心遠(yuǎn)方監(jiān)視和操作整個輸水系統(tǒng)；
      # 全線輸水的最優(yōu)化調(diào)度；
      # 全線輸水量控制；
      # 全線輸水流量平衡控制；
      # 全線輸水經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；
      # 對包括事故在內(nèi)的特殊情況的分析和處理；
      # 輸水系統(tǒng)的開機(jī)控制；
      # 輸水系統(tǒng)的停機(jī)控制；
      # 單泵站APC（自動抽水控制）和單泵組APC功能；
      # 自動水質(zhì)監(jiān)測（泥沙含量自動在線監(jiān)測）；
      # 收集系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計資料并提供相應(yīng)報告；
      # 接收工程觀測的有關(guān)信息以便輸水調(diào)度采取相應(yīng)的措施；
      # 供水過程在線和離線仿真、測試，并提供完善的培訓(xùn)功能；
      # 梯級泵站視頻監(jiān)控；
      # 梯級泵站語音通信與生產(chǎn)調(diào)度；
      # 與消防系統(tǒng)通信；
      # 與水資源調(diào)度系統(tǒng)的通信；
      # 與水情預(yù)報系統(tǒng)通信；
      # 與管理中心MIS系統(tǒng)通信；
      # 運(yùn)行管理
      創(chuàng)新點(diǎn)和效益
　　通過對寧東調(diào)水工程全線自動化系統(tǒng)從項(xiàng)目確立至工程運(yùn)行驗(yàn)收全過程的研究、討論、分析、總結(jié)，利用所得出結(jié)論形成了當(dāng)前寧東調(diào)水工程全線自動化系統(tǒng)的實(shí)際成果。
　　寧東一期供水工程通訊及綜合自動化系統(tǒng)工程在水務(wù)業(yè)界具有相當(dāng)程度的樣板性，應(yīng)用了國際上最先進(jìn)的自動化技術(shù)，充分體現(xiàn)出我國引水工程自動化的較高水準(zhǔn)。在考慮采用先進(jìn)技術(shù)的同時還要考慮技術(shù)的成熟性。系統(tǒng)的配置與選型，網(wǎng)絡(luò)的型式與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，符合計算機(jī)發(fā)展的趨勢并是當(dāng)前的主流產(chǎn)品。配置高檔次產(chǎn)品，以保證在今后相當(dāng)長時間內(nèi)不需要更新?lián)Q代，在較長時間內(nèi)，保持系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性，保護(hù)工程的一次性投資。并在以下方面取得了創(chuàng)新性重要成果。
      1) 64位計算機(jī)集群控制技術(shù)
　　寧東一期供水工程中兩座泵站、一座水庫和調(diào)度中心四個節(jié)點(diǎn)的計算機(jī)系統(tǒng)均采用64位計算機(jī)，組成四個64位計算機(jī)集群，實(shí)現(xiàn)供水全線的自動控制、運(yùn)行監(jiān)視、優(yōu)化調(diào)度和生產(chǎn)管理。計算機(jī)采用64位SMP結(jié)構(gòu)的SUN Blade2500工作站，該工作站采用高端計算機(jī)主流技術(shù)的64位RISC處理器，運(yùn)行Solaris 9 UNIX操作系統(tǒng)，具有高性能、多任務(wù)、多用戶特點(diǎn),支持多顯示器圖形解決方案。配套開發(fā)的64位實(shí)時監(jiān)控軟件，采用分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的異地數(shù)據(jù)備份、災(zāi)難恢復(fù)功能和分布式操作控制功能。應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
      2) 基于UNIX操作系統(tǒng)平臺的64位實(shí)時監(jiān)控軟件技術(shù)
　　MOSAIC（MITS Open System Architecture for Instrumentation and Control） 是LogicaCMG公司推出的實(shí)時監(jiān)控軟件，為了滿足寧東一期供水工程64位計算機(jī)集群控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行了適應(yīng)性開發(fā)，使其將企業(yè)的關(guān)鍵性運(yùn)行系統(tǒng)與企業(yè)的其它信息系統(tǒng)有機(jī)地融為一體。

　　監(jiān)控軟件采用全分布式的通訊結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)采集、處理和顯示能隨意地在網(wǎng)絡(luò)上的任何地點(diǎn)同時進(jìn)行，進(jìn)而也改進(jìn)了系統(tǒng)的層次化和可靠性?？稍?LAN 和 WAN 上對不同地方的相同的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時和同步的更新以保證數(shù)據(jù)庫的完整性，使得數(shù)據(jù)庫的安全性得到了極大的改進(jìn)。它包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、圖形用戶界面和服務(wù)管理器，尤其適用于關(guān)鍵性的操作、控制和輔助決策系統(tǒng)。
　　服務(wù)管理器在系統(tǒng)中起著協(xié)調(diào)所有過程和確保系統(tǒng)的高可靠性及容錯性的作用。分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)允許應(yīng)用軟件將數(shù)據(jù)分布到各個控制中心，遠(yuǎn)程工作站和微機(jī)上。在故障發(fā)生和故障恢復(fù)重新啟動的過程中，能保證任何應(yīng)用軟件運(yùn)行之前數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到同步狀態(tài)，使系統(tǒng)具有強(qiáng)大的分布式的操作控制和災(zāi)難恢復(fù)功能。此類64位監(jiān)控軟件在國內(nèi)引水工程中首次應(yīng)用。

      3) 部件熱插拔技術(shù)
　　系統(tǒng)設(shè)計中大量采用了支持熱插拔功能的部件或設(shè)備，如CISCOC 3745路由器的熱插拔功能可在最大限度降低對網(wǎng)絡(luò)可用性影響的前提下更換和維修網(wǎng)絡(luò)模塊、可實(shí)現(xiàn)RPS的聯(lián)機(jī)更換和維修、可對風(fēng)扇托架進(jìn)行聯(lián)機(jī)更換；HP部件熱插拔技術(shù)應(yīng)用使得服務(wù)器具有硬盤、擴(kuò)展PCI-X插槽、電源等部件熱插拔功能；TSX Quantum系列PLC的熱插拔功能保證了其所有模板的聯(lián)機(jī)更換和維修。熱插拔技術(shù)的應(yīng)用大大縮短了設(shè)備平均維修時間（MTTR），提高了系統(tǒng)的可用性和可靠性。
      4) 基于SDH的MSTP（多業(yè)務(wù)傳輸平臺）技術(shù)
　　以往的梯級輸水工程中較多的采用傳統(tǒng)的SDH傳輸設(shè)備，提供單一的TDM業(yè)務(wù)。本項(xiàng)目中采用基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP）(Multi-Service Transport Platform)，支持TDM業(yè)務(wù)和IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送，并提供統(tǒng)一網(wǎng)管，組建骨干通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)語音、圖像、數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。
　　語音采用PBX方式，調(diào)度中心安裝128門程控數(shù)字交換機(jī)，通過綜合數(shù)字復(fù)用終端利用SDH E1通道將各泵站電話接入調(diào)度中心交換機(jī)，交換機(jī)統(tǒng)一從調(diào)度中心接入公網(wǎng)，采用一號信令系統(tǒng)，SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)提供互連鏈路。
　　視頻圖像信號采用數(shù)字壓縮技術(shù)通過SDH E1通道實(shí)時傳輸，圖像分辨率為720 × 576。視頻控制信號采用RS422協(xié)議，通過SDH設(shè)備低速數(shù)據(jù)接口，由SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)提供互連鏈路，組成星形網(wǎng)絡(luò)。
　　MSTP 傳輸平臺提供10/100 M以太網(wǎng)接口，使骨干節(jié)點(diǎn)間得以高速連接，將各（分）中心局域網(wǎng)互連起來，組成完整的信息系統(tǒng)。采用多業(yè)務(wù)平臺MSTP的技術(shù)，保證了通信系統(tǒng)的先進(jìn)性。
      5) 光纖自愈環(huán)網(wǎng)技術(shù)
　　為了減少運(yùn)行環(huán)境相對惡劣的泵站（水庫）計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)線路破損造成的網(wǎng)絡(luò)通信中斷故障，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)采用工業(yè)級交換機(jī)組成100M光纖自愈以太環(huán)網(wǎng)。工業(yè)級交換機(jī)采用內(nèi)部冗余24VDC電源設(shè)計，無風(fēng)扇工業(yè)級結(jié)構(gòu)設(shè)計，MTBF >171000小時，可以實(shí)現(xiàn)容錯冗余環(huán)，發(fā)生故障時反應(yīng)時間（切換時間）< 500 ms。環(huán)網(wǎng)自愈技術(shù)，大大提高了現(xiàn)場級局域網(wǎng)的可靠性。

      6) 熱備、冗余技術(shù)
　　為了確保關(guān)鍵環(huán)節(jié)的可靠性，采用熱備、冗余設(shè)計以防止隨機(jī)失效，主要涉及調(diào)度管理主計算機(jī)、調(diào)度員/操作員工作站、泵站機(jī)組LCU、控制電源、骨干通信網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)。
　　所有調(diào)度管理主計算機(jī)、調(diào)度員/操作員工作站均采用雙機(jī)熱備，一臺設(shè)為主機(jī)，一臺設(shè)為從機(jī)。監(jiān)控軟件通過不斷地監(jiān)測主、從機(jī)的工作狀態(tài)來保證系統(tǒng)高可靠運(yùn)行，當(dāng)故障發(fā)生時，相應(yīng)的備份單元瞬間即可完成自動切換，因此保證了監(jiān)控數(shù)據(jù)和狀態(tài)的連貫性，實(shí)現(xiàn)無擾動切換。
　　泵站機(jī)組LCU的熱備冗余設(shè)計包括CPU熱備冗余和輸出通道冗余，當(dāng)主處理器失效時，熱備處理器能進(jìn)行無擾切換，后備機(jī)將在48ms之內(nèi)接替主控機(jī)的功能，管理遠(yuǎn)程I/O，用戶不需任何維護(hù)即可繼續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行。輸出通道冗余保證了水泵電機(jī)主斷路器的可靠分閘。
　　AC220V、DC220V雙路冗余供電方式確保系統(tǒng)不因控制電源消失而失控。
　　骨干通信網(wǎng)絡(luò)利用基于SDH的MSTP傳輸技術(shù)，采用二纖單向通道保護(hù)倒換環(huán)，局域網(wǎng)采用光纖自愈以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計，確保系統(tǒng)不因通信線路破損造成的網(wǎng)絡(luò)通信中斷故障。
　　熱備、冗余技術(shù)在綜合自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，使關(guān)鍵環(huán)節(jié)保證任務(wù)不中斷，電源薄弱環(huán)節(jié)得以加固，安全環(huán)節(jié)得以多重保護(hù)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
      7) 遠(yuǎn)距離圖像傳輸與控制技術(shù)
　　寧東一期供水工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，各（分）中心具有本地視頻監(jiān)控功能，同時在調(diào)度中心具有遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，采用數(shù)字多媒體監(jiān)控系統(tǒng)能有效的解決模擬監(jiān)控系統(tǒng)在視頻遠(yuǎn)程傳輸上的難題。
　　采用網(wǎng)絡(luò)編解碼器對圖象進(jìn)行數(shù)字壓縮解壓，在SDH通信網(wǎng)上進(jìn)行圖象傳輸，網(wǎng)絡(luò)編解碼器由編碼器、解碼器二個部分組成，經(jīng)距陣切換后的模擬視頻信號通過編碼器實(shí)時轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻流，經(jīng)SDH E1接口傳輸?shù)秸{(diào)度中心，調(diào)度中心由解碼器接受數(shù)據(jù)將其還原成模擬視頻信號。采用數(shù)字壓縮技術(shù)圖像分辨率達(dá)到720 × 576，可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的圖像在2M線路的實(shí)時傳輸。
　　視頻控制信號采用RS422協(xié)議，通過SDH設(shè)備低速數(shù)據(jù)接口，由SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)提供互連鏈路，組成星形控制網(wǎng)絡(luò)。
　　對工程視頻監(jiān)控的圖象、聲音、數(shù)據(jù)、控制信號采用數(shù)字化處理，使其在一條通信線路上即可實(shí)現(xiàn)多種信息的遠(yuǎn)程傳輸，同時保證了系統(tǒng)對圖象清晰度和傳輸實(shí)時性要求。
      8) 多級泵站水錘分析和防護(hù)技術(shù)
　　寧東一期供水工程具有自身的特點(diǎn)，即：工程布置呈“剛性連接”、輸水管道長、管道布置存在多處局部凸起或變坡等，因此極易在管線中發(fā)生“水柱分離及其再彌合”現(xiàn)象，將可能導(dǎo)致很大的水錘壓力上升，對管線及水泵機(jī)組造成極大的損害。
　　通過對各種事故工況的水力過渡過程及水錘防范措施進(jìn)行仿真計算分析，在管線得四個變坡點(diǎn)設(shè)置單向調(diào)壓塔、在各水泵出口設(shè)置具有快關(guān)和慢關(guān)的兩段關(guān)閉液控止回閥，使得管線中出現(xiàn)的最大水錘壓力得到了良好的控制，水泵最大倒轉(zhuǎn)飛逸轉(zhuǎn)速滿足泵站設(shè)計規(guī)范要求。事故防范，提高了系統(tǒng)安全性。