摘要：为保障观音阁水库输水工程的安全、可靠和经济运行，建设了一套包括现地站、管理站和调度中心等部门在内的综合自动化系统，实现了对观音阁水库输水工程各项自动化分析成果的集中展示，为各级管理人员提供了相应的信息服务，为调水工程的专业化管理提供了支持。本文介绍了观音阁水库输水工程综合自动化系统的主要结构、系统功能、系统的实现以及系统特性，为类似输水工程自动化系统的建设提供参考。
关键词：输水工程；信息化；调度
1前言
水利信息化是指充分利用现代信息技术，与水利行业相结合，深入开发和利用水利信息资源，实现对水利信息的自动采集、存储、处理和服务等一系列先进技术的过程[1]。水利信息系统是水利信息化在水利业务中的具体应用，各种水利信息系统的建设（如国家防汛抗旱指挥系统、水土保持信息管理系统等）不仅提高了水利信息采集、传输和处理的时效性，也提高了该业务领域中的整体管理水平[2]。
观音阁水库输水工程是自辽宁省本溪县的观音阁水库库区自流输水，经过81km的输水管线及隧洞，将水引到本溪市的一项大型输水工程。该工程是观音阁水库与大伙房水库输水工程的配套工程，主要任务是保障本溪市生活饮用水安全，并解决本溪钢铁集团、北台钢厂等大型企业存在的水量与水质安全问题。经城市需水预测，2020年水平年共需水32435万m3，2030年水平年共需水36090万m3。工程输水管线长， 输水量大，跨流域，支线众多，运行管理点众多，工作量大、难度高。因此，充分依靠并运用通信、计算机网络、远程监控等先进的技术，建立一套的有效的输水工程调度管理系统成为了必然选择[3]。
2系统结构及数据流程
2.1系统结构
观音阁水库输水工程采用集中统一调度、分级控制运行管理模式。调度运行机构包括调度中心和各管理站运行部门。其中，调度中心设立在本溪市卧龙镇，负责整个供水工程的统一调度，接受省级行政主管部门的管理；调度中心之下设立三个管理站，分别是观音阁水电站、大峪配水站和北台配水站。调度中心统一对观音阁水库可调水量进行合理配置及调度指挥。大峪配水站和北台配水站在调度中心的统一调度管理下，接受宏观调度命令，负责对控制范围内用水户进行供水，满足各用户对水量供应的需求。各管理站所属的闸门、阀门、水位、流量、水情水质监测、大坝安全监测、视频监控设备等作为工程的现地设备单元，负责完成信息的自动采集，并通过通信网络远程传输至上级管理机构，接受上级管理机构的远程监控，实现整个输水工程信息化管理的要求。
如此设置，可以确保观音阁输水工程信息自动化系统的整体结构清晰，责任明确，从而保证输水工程的安全、可靠和经济运行，提高社会效益和经济效益。
2.2数据流程
观音阁水库输水工程信息自动化系统是建立在调度中心、各管理站、现地站、用水户以及上级主管部门之间的统一网络平台。为输水工程的稳定运行和科学管理提供可靠的网络支持，也为应急条件下防洪、抢险、合理配置水资源提供实时信息和决策支持。系统以先进的计算机信息、网络通讯以及自动化控制技术为基础，建立了覆盖调度中心和各个管理站的计算机广域网络以及相应的局域网络。计算机网络分为控制专网、业务专网和业务外网三个部分。控制专网仅用于输水自动化监控系统和电站自动化控制系统内部的数据传输；业务内网用于信息自动化软件系统与各专项子系统之间的数据交换；业务外网用于Internet接入及发布。控制专网、业务内网和业务外网均由千兆以太网交换机构建，控制专网与业务内网均采用冗余双网配置，业务外网为单网。控制专网与业务内网之间通过防火墙进行隔离，业务内网与业务外网之间通过物理隔离装置进行横向隔离。系统数据流向图如图 1所示。
图 1 系统数据流向图
3系统功能
观音阁水库输水工程信息自动化系统采用具有良好扩充性的通用化标准设计开发而成，配置灵活，可满足不同用户的应用需求。系统实现的主要功能如下：
3.1身份验证与权限判断
信息自动化系统在进入和执行操作前都要进行用户权限的识别，只有具有该项操作权限的用户才能完成操作。因此，调度中心、管理站以及用水户使用该信息自动化系统时，首先要获得系统对用户身份的确认，并根据用户具有的权限展示相应的功能和操作界面。
3.2输水自动化监控
输水自动化监控功能主要包括以下两个方面，实现输水工程的自动化监测，在特殊情况下，现地设备允许人工操作。
⑴ 数据采集
系统具有高效的数据实时采集能力，实现对全线所有闸门、阀门、水位计、流量计、电站机组工作信号等设备运行状态数据的实时采集。
⑵ 设备控制
按照输水调度系统发布或由管理者制定的调度指令，发送水量控制指令到各管理站，由现地系统完成所辖范围内现地设备（包括电站、配水站）的控制。
3.3工程安全自动化监测
工程安全自动化监测模块包括工程安全监测、工程安全评估等功能。调度中心自动化系统设置有与工程安全监测专项系统通信的端口，自动化系统可通过该端口访问工程安全监测站数据，并存储于综合数据库，为其他业务提供基础数据。同时调度中心可实时获得各安全监测站上报的工情，为安全输水提供业务指导。
3.4水质监测
水质监测专项模块具有水质信息接收处理、水质分析评价及预警、应急响应、水质信息发布与查询等功能。调度中心设置有与观音阁水库水质监测系统通信的端口，调度中心可通过该端口访问观音阁水库水质监测系统的水质信息、警报等数据，并存储于自动化系统综合数据库中，为其他业务提供基础数据。
3.5水文测报
调度中心与观音阁水库水文站及本溪市水文局建立4M数字电路光纤路由，为本工程接收观音阁水库水文信息提供通讯通道，接入本工程业务内网。
3.6视频监控
建立了一套视频监控系统，对各关键输水点进行视频监控。视频监控信息分别由各管理站进行采集、处理和存储，然后通过数据传输系统将图像信息传送到调度中心，调度中心操作员通过视频工作站可对前端各路视频信号进行切换控制。该系统为供水调度与运行管理提供了一种直接明了的辅助性技术手段，能直观了解设备运行状态和现场场景，为决策提供重要依据。
3.7输水调度
输水调度模块通过对流量监测数据的采集，实现对各配水站的供水过程按日、旬(周)、月、年进行计量统计，统计结果写入供水调度数据库，为计量水费征收及信息发布等提供数据支持。同时，可以对上级下达的水量调度方案进行科学化管理，对水量调度方案进行发布。因此输水调度模块具有以下功能：
⑴水量调度方案模拟；
⑵供水计划管理及供水计量；
⑶调度方案生成功能；
⑷对突发事件的应急处理功能及应急调度方案生成功能；
⑸对水量调度结果的分析评价功能；
4系统的实现
为了验证观音阁水库输水调度系统总体设计方案的可行性，并测试所开发软件的功能，在硬件采购完毕及软件系统开发完成后，搭建了观音阁水库输水工程信息自动化系统的实体环境和测试环境。其中，调度中心和管理站之间通过路由器连接。
4.1信息自动化系统硬件平台
根据系统功能和可靠性等指标的要求，信息自动化系统硬件平台包括服务器硬件设备、办公自动化计算机终端设备、网络设备以及安全设备。
⑴ 服务器硬件设备
服务器硬件设备用于承载信息自动化系统应用软件的运行，主要设备包括数据库服务器、通信服务器、应用服务器、工作站等，设备布置在调度中心。
⑵办公自动化计算机终端设备
办公自动化计算机终端设备包括运行管理人员配置的办公计算机和便携机等设备。
⑶网络设备
网络设备用于实现信息自动化系统各服务器及计算机终端设备的互联互通，为调度中心和管理站等工程各部位信息自动化系统接入传输专用网络提供服务。
⑷安全设备
在调度中心、三个管理站（观音阁电站、大峪配水站、北台配水站）设置计算机安全设备，为系统安全运行提供保障。
4.2信息自动化系统软件平台
观音阁水库输水工程信息自动化系统软件平台主要是实现对观音阁水库输水工程各项自动化分析成果的集中展示，为供水工程的管理人员提供信息服务，实现调水工程的专业化管理。因此，包含实时监测、信息查询、信息统计、实时调度、需水管理、模型管理等子系统。
⑴实时监测
实时监测模块以GIS地图或者拓扑图为背景，展示了所有管理站、现地站的监测信息。用户登录后，系统默认跳转至实时监测模块主界面，可以直观地查看到辖区范围内各管理站和现地站的监测信息。监控信息内容包括水位、流量、压力、闸门开启状态、限位保护等信息。
⑵信息统计
信息统计模块包括水费计量和效益分析两大功能。用户进入信息统计模块后，只需设置时间条件，系统将自动完成年、月以及旬信息的统计，统计信息包括各用水点实际用水量、各用水点应收水费、用户时段平均用水流量、各配水站效益及成本等信息。
⑶实时调度
实时调度模块包括调度方案的制定和管理两大功能。用户可以根据当前来水量、可调水量以及用户申报用水等初始条件，采用相关水力学模型制定出相应的调水方案，并保存至数据库中。用户还可以对已经制定好的调水方案进行查看、复制和删除等操作。
⑷模型管理
模型管理模块主要实现对水力学模型及其参数进行管理。用户可以对断面、糙率、输出控制条件等参数进行管理，保存后即可生效。
⑸系统管理
系统管理模块主要实现对用户信息、菜单信息、权限信息、测点信息以及设施信息等内容进行管理和维护。管理员除了可以对用户进行增加、编辑、删除以及权限授予等操作，还可以对测点信息、菜单栏、设施信息进行更新和维护。
4.3实体环境搭建
实体环境是支撑各项业务正常运行的重要场所。观音阁水库输水工程运行实体环境包括调度中心的大屏幕、UPS电源、精密空调、设备机柜、动力环境集中监控以及相应部位机房、会商室装修改造等内容。为营造一个良好的工作和商环境，应做到布局合理、功能齐备、操控便捷、环境舒适。机房内装修按照通信机房及电子计算机机房设计规范设计，做好防尘、防水、防干扰设施，满足相关规定。
5系统特点
5.1信息交互共享标准化
观音阁水库输水工程信息自动化系统采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量等基本功能。遵守IEC61850和IEC61970标准，测控实现标准协议的接口，便于不同类型应用的互动，同时对于水利工程应用所涉及的各类资源进行统一建模，制定相应规范，使得不同类型的数据信息具备共享的基础条件。在此基础之上可进行数据挖掘，各应用间的信息、策略联动，使得整个工程的信息、应用资源间形成统一、共享以及充分交互的格局。
5.2工程综合管控一体化
观音阁水库输水工程信息自动化系统从水利工程管理模式、统一现地测控技术、高级智能化决策辅助、水利工程运行特性等方面提出一体化的解决方案，在信息与应用标准化的基础之上，显著的提高了生产运行管理、社会综合效益等，为水利工程生产运行管理提供了全新的概念与平台。基于此平台开发的功能与应用可实现一体化的管理，并更为智能化，为生产运行中各类不同的工况提供决策辅助，进一步的提高工作的效率，减少人为因素的干扰，实现一个标准、互动、智能的水利工程生产运行综合系统平台。
5.3综合协调优化运行
以底层对象库、模型库、算法库为核心，以多类型智能化决策辅助为技术手段，研究并建立了优化运行理论与技术体系，促使水利工程综合协调优化运行。优化对象涵盖观音阁输水工程沿线的各种工程，优化范围包括水量调度、水位组合等。同时在时间和空间两个维度上，分别实现并有机统一了水资源的优化配置与运行，建立了覆盖水利工程全业务范围的综合协调优化运行机制。
5.4安全防护多系统联动
突破传统的水利工程生产运行控制与管理的思路，合理规划联动模式，联动策略，由一体化管控平台以及各需要联动的子系统间通过联动信息的交互解析实现生产实时监控及调度、巡检、五防、生产运行管理等系统的联动，充分利用大量有效信息，辅助决策，提高操作的可靠性、安全性，大大提高工作效率。
结语
观音阁水库输水工程属长距离、大流量、跨流域的供水工程，具有点多、面广、线长、地形地质条件复杂等特点，工程运行管理点多，难度大。因此，该自动化系统在设计时采用了先进的通信、计算机网络以及远程测控技术。系统投入使用后运行稳定，能够及时、全面地掌握整个工程的运行工况，实现了调水过程的自动化，在保证工程安全高效的运行同时充分发挥了工程的经济效益。
参考文献
[1]王斌，张晓明. 基于网络技术的白龙江引水工程信息化系统研究[J]. 甘肃水利水电技术. 2018(10): 119-123.
[2]王岚，谷金钰. 水利信息化发展综述[J]. 水利建设与管理. 2018(10): 33-36.
[3]王维成，吴茂云，李玉梅. 水利信息化建设促进水利现代化[J]. 水利技术监督. 2014, 3(22): 35-37.
论文作者:李哲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/23
标签：工程论文; 信息论文; 水库论文; 自动化系统论文; 系统论文; 观音阁论文; 管理站论文; 《基层建设》2019年第4期论文;