一、市場需求

節(jié)制閘　多為開敞式水閘,由包括閘底板、閘墩、閘門、啟閉設(shè)備等的閘室段及上下游連接段組成。利用閘門的啟閉，控制渠道水位及下泄流量。節(jié)制閘是橫跨河流或渠道修建的，主要用以控制和調(diào)節(jié)水位、流量以利引水灌溉、排澇或改善航運條件的水閘。

船閘  由閘室、上下游閘首、閘門、引航道及相應設(shè)備組成。利用向兩端有閘門控制的航道內(nèi)灌水、泄水，以升降水位，使船舶克服航道上的集中水位落差的通航建筑物。船只上行時，先將閘室泄水，待室內(nèi)水位與下游水位齊平，開啟下游閘門，讓船只進入閘室，隨即關(guān)閉下游閘門，向閘室灌水，待閘室水面與上游水位相齊平時，打開上游閘門，船只駛出閘室，進入上游航道，下行時與上述過程相反。船閘是在水位集中跌落的情況下（例如，建造閘、壩處），用以保證通航的水利工程建筑物。船閘須設(shè)有專門充水、放水系統(tǒng)及操縱閘門的設(shè)備。根據(jù)地形以及水位差的大小，船閘可做成單級或多級的。

圖1 多級船閘

目前我國節(jié)制閘、船閘等現(xiàn)有控制設(shè)備，大多僅停留在控制閘門運行層面上，維護和管理自動化水平低，缺少對運行過程和設(shè)備狀態(tài)的遠程實時監(jiān)控功能，加上節(jié)制閘、船閘控制的分布距離較遠等特點，使得各個閘門的過程控制與管理信息化之間存在數(shù)字鴻溝，無法將信息管理與節(jié)制閘、船閘程監(jiān)控信息緊密結(jié)合起來。難以做到信息資源共享，監(jiān)控和管理的聯(lián)動。這種傳統(tǒng)的節(jié)制閘、船閘控制運行方式已不能適應現(xiàn)代水利和內(nèi)河航運發(fā)展的需求，因此建設(shè)新型的節(jié)制閘、船閘自動化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是歷史發(fā)展的必然趨勢，是當前一項十分緊迫的任務。

構(gòu)建節(jié)制閘、船閘中心監(jiān)控SCADA系統(tǒng)的目的是：

實時監(jiān)測閘門上下游及閘室水位、雨量、流量、閘門開度、閘門啟閉狀態(tài)、附屬設(shè)備狀態(tài)、各設(shè)備的三相電壓電流、功率、耗電量、設(shè)備運轉(zhuǎn)故障等信息；通過SCADA系統(tǒng)遙控操作閘門等設(shè)備啟閉，節(jié)省現(xiàn)場操作所耗費的人力物力，提高工作人員的安全性。

發(fā)生事故時現(xiàn)場事故信息實時傳送到監(jiān)控中心，在SCADA系統(tǒng)中以圖形警示報警、語音報警、視頻報警、短信報警等方式做出提示，使工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)事故并做出相應處理。

建立完整的歷史數(shù)據(jù)庫和報警事件數(shù)據(jù)庫，對閘門上下游及閘室水位、雨量、流量、閘門開度、閘門啟閉狀態(tài)、附屬設(shè)備狀態(tài)、各設(shè)備的三相電壓電流、功率、耗電量、設(shè)備運轉(zhuǎn)故障等信息進行歷史存儲，通過對歷史數(shù)據(jù)的回放、分析統(tǒng)計為設(shè)備維護、事故分析和追憶提供依據(jù)。利用歷史數(shù)據(jù)和歷史報警進行分析，實現(xiàn)事故預警功能。

解決目前大部分節(jié)制閘、船閘信息化水平低，設(shè)備運行安全問題較突出，運行管理和技術(shù)分析受技術(shù)條件限制較大的問題，保證泵站更加安全、可靠、經(jīng)濟地運行。

二、解決方案

1.系統(tǒng)解決要點

a)對現(xiàn)場設(shè)備實時可靠的操控

-保證SCADA系統(tǒng)對設(shè)備操控的高度正確性與可靠性，操作結(jié)果的實時反饋

-通過SCADA系統(tǒng)對設(shè)備的操作須對不同權(quán)限的操作者分配不同的權(quán)限級別

b)實時數(shù)據(jù)采集的速度、可靠性與數(shù)據(jù)的完整性

-實現(xiàn)大點數(shù)實時數(shù)據(jù)高速數(shù)據(jù)采集，實時數(shù)據(jù)處理與展示，數(shù)據(jù)展示應具

-有圖形動畫、趨勢、報表等多種可視化途徑

-應保證從現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的完整和準確，提供可靠的實時數(shù)據(jù)

c)歷史數(shù)據(jù)存儲、查詢與分析統(tǒng)計

-按時序存儲水情、閘門及所有附屬設(shè)備運行過程數(shù)據(jù)

-數(shù)據(jù)存儲應具有高效的存儲壓縮性能

-數(shù)據(jù)檢索應具備快速的響應速度

-提供快捷的分析工具使操作人員可以方便地完成數(shù)據(jù)存儲、查詢、分析、統(tǒng)計

-多客戶端并發(fā)訪問數(shù)據(jù)不應影響系統(tǒng)性能

2.解決方案架構(gòu)圖

圖2 解決方案架構(gòu)圖

三、產(chǎn)品組合

該方案使用亞控科技軟件產(chǎn)品包括：

-KingSCADA3.0全開發(fā)版

-KingSCADA3.0運行版

-KingHistorian3.0

-KingPortal

-KingGraphic+KingCalculation+KingA&E+KingModel

四、方案分析

節(jié)制閘、船閘SCADA系統(tǒng)解決方案分為三層：第一層為現(xiàn)場控制層，包括現(xiàn)場傳感器、儀表、PLC等硬件設(shè)備；第二層設(shè)置在中控室，SCADA軟件監(jiān)控層，包括SCADA系統(tǒng)工程師站和操作員站；第三層設(shè)置在閘管所，包括工業(yè)數(shù)據(jù)庫服務器、調(diào)度分析工作站、web發(fā)布服務器、大屏幕顯示等。

1.在節(jié)制閘、船閘SCADA系統(tǒng)中，實現(xiàn)對設(shè)備的遠程操控首先要保證實時數(shù)據(jù)信息的實時性與準確性、操作命令的可靠性，SCADA系統(tǒng)準確無誤的反映出現(xiàn)場實時狀態(tài)，才能指導操作員對現(xiàn)場設(shè)備進行遠程操控。

為了保證系統(tǒng)采集\控制的可靠性，閘門中控室采用雙機熱備、雙網(wǎng)冗余配置。雙機熱備主從機采用獨立于數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂嗵綔y通道，能夠保證當主機出現(xiàn)異常時，從機會在1秒鐘內(nèi)代替主機工作。雙網(wǎng)冗余實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)與硬件設(shè)備兩條物理網(wǎng)絡(luò)的鏈接，以防單一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障則所有站點癱瘓的弊端，保證通訊鏈路不中斷，為系統(tǒng)的可靠通訊提供保障。

圖3 冗余功能

2.隨著SCADA軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶已不再滿足于監(jiān)控系統(tǒng)單調(diào)的二維圖形與動畫效果。本方案采用的新一代組態(tài)軟件KingSCADA，該軟件采用了先進的GDI+繪圖技術(shù)，可以將現(xiàn)場的景象以三維效果生動的表現(xiàn)在監(jiān)控畫面上，讓工作人員體會到身臨其境的效果。KingSCADA軟件開發(fā)環(huán)境為組態(tài)開發(fā)人員提供了大量的水利行業(yè)精靈圖庫和DEMO，可以大大縮短組態(tài)系統(tǒng)開發(fā)時間，提高工作效率。

圖4 組態(tài)畫面展示

圖5 精靈圖庫

3.由于節(jié)制閘、船閘自動化系統(tǒng)中會涉及很多種類不同型號的硬件PLC、儀表、變頻器等設(shè)備，遠程監(jiān)測點數(shù)據(jù)多以無線電臺、GPRS等方式向中心傳輸數(shù)據(jù)，隨著需求的變化還會進行系統(tǒng)改造或擴建，這就對SCADA系統(tǒng)軟件對硬件設(shè)備的兼容性有極高的要求。

方案中采用的KingSCADA3.0軟件支持與國內(nèi)外1500多家近3000種硬件設(shè)備實現(xiàn)快速可靠的通訊，支持GPRS/CDMA、無線電臺等通訊方式，通過簡單的設(shè)置即可實現(xiàn)與硬件設(shè)備的通訊，具有通訊調(diào)試與在線監(jiān)視功能。

圖6 驅(qū)動支持列表

4. 目前水利行業(yè)的發(fā)展趨勢是自動化與信息化的“兩化融合”，節(jié)制閘、船閘作為水利系統(tǒng)中重中之重的環(huán)節(jié)，“兩化融合”有著極其重要的意義。

圖7 工業(yè)庫存儲數(shù)據(jù)

該方案在閘管所部署工業(yè)數(shù)據(jù)庫服務器，將各類信息綜合匯總存儲到工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件King Historian3.0中。閘管所工業(yè)數(shù)據(jù)庫服務器通過磁盤陣列的方式實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的冗余，防止因硬件問題導致重要歷史數(shù)據(jù)被破壞。

圖8 數(shù)據(jù)應用過程

實現(xiàn)水利信息化，需要實現(xiàn)節(jié)制閘、船閘管理綜合調(diào)度、信息共享。例如船閘的運行管理還會關(guān)系到流域的的交通管理、通航效率分析、抗洪排澇等至關(guān)重要的工作。

方案中KingCalculation調(diào)度計算軟件可嵌入各種復雜的模型算法，例如船閘管理中的補水運行判定數(shù)學模型，實現(xiàn)對船閘運行的信息化調(diào)度；KingA&E可實現(xiàn)預警功能，在抑制閘室超灌超泄可發(fā)揮重大作用。利用工業(yè)數(shù)據(jù)庫中存儲的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與調(diào)度分析計算平臺的數(shù)據(jù)應用相結(jié)合，形成優(yōu)化的資源調(diào)度方案，在節(jié)制閘、船閘信息化管理中起到至關(guān)重要的作用，可以推動水利信息化水平的不斷提升。

圖9 計算模型展示

5.移動辦公不斷應用到各行各業(yè)，管理者需要隨時隨地都可以通過不同的上網(wǎng)方式即可了解到現(xiàn)場狀態(tài)，制定決策。方案中的web發(fā)布服務器部署KingPortal軟件，可將現(xiàn)場SCADA系統(tǒng)的所有信息和調(diào)度分析計算平臺信息進行發(fā)布，可以查看實時信息，用戶通過瀏覽器在權(quán)限允許的情況下可以訪問SCADA系統(tǒng)、調(diào)度分析系統(tǒng)、工業(yè)庫數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備操控，實現(xiàn)跨平臺數(shù)據(jù)訪問。Web發(fā)布提供完善的安全角色管理，保證了系統(tǒng)的安全性。

圖10 數(shù)據(jù)應用

五、方案亮點

“雙機雙網(wǎng)”保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全可靠。

“緩存技術(shù)”保證數(shù)據(jù)完整無損。

“兩化融合”、信息共享、優(yōu)化調(diào)度。

六、成功案例

-江都水利樞紐工程

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