乌鲁瓦提原管理自动化系统改造技术方案设计

1、-. z. . - -可修编- -*乌鲁瓦提水利枢纽工程原管理自动化系统（大坝安全监测、水情测报、闸门监控系统）升级改造 技术方案和田乌鲁瓦提水力发电厂南瑞集团公司2010年6月-. z.PAGE 2-PAGE 1. z. . - -可修编- -目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2634131771 概况 PAGEREF _Toc263413177 h 3HYPERLINK l _Toc2634131781.1 工程概况 PAGEREF _Toc263413178 h 3HYPERLINK l _Toc2634131791.2 原管理自动化系统运行现状及改

2、造需求 PAGEREF _Toc263413179 h 3HYPERLINK l _Toc2634131801.3 设计原则 PAGEREF _Toc263413180 h 4HYPERLINK l _Toc2634131812 计算机网络子系统改造方案 PAGEREF _Toc263413181 h 5HYPERLINK l _Toc2634131822.1需求分析 PAGEREF _Toc263413182 h 5HYPERLINK l _Toc2634131832.2实施原则 PAGEREF _Toc263413183 h 6HYPERLINK l _Toc2634131842.3系统实

3、施依据 PAGEREF _Toc263413184 h 8HYPERLINK l _Toc2634131852.4系统建设的目标 PAGEREF _Toc263413185 h 8HYPERLINK l _Toc2634131862.5计算机网络总体设计 PAGEREF _Toc263413186 h 8HYPERLINK l _Toc2634131872.6 系统配置方案 PAGEREF _Toc263413187 h 15HYPERLINK l _Toc2634131883 水情测报子系统改造方案 PAGEREF _Toc263413188 h 17HYPERLINK l _Toc2634

4、131893.1已建项目概况 PAGEREF _Toc263413189 h 17HYPERLINK l _Toc2634131903.2本次升级改造的项目 PAGEREF _Toc263413190 h 17HYPERLINK l _Toc2634131913.3新增设备配置 PAGEREF _Toc263413191 h 18HYPERLINK l _Toc2634131923.4改造后的系统总体功能 PAGEREF _Toc263413192 h 22HYPERLINK l _Toc2634131933.5 系统配置 PAGEREF _Toc263413193 h 27HYPERLINK

5、 l _Toc2634131944 大坝安全监测子系统改造方案 PAGEREF _Toc263413194 h 28HYPERLINK l _Toc2634131954.1 已建项目概况 PAGEREF _Toc263413195 h 28HYPERLINK l _Toc2634131964.2 本次升级改造的项目 PAGEREF _Toc263413196 h 29HYPERLINK l _Toc2634131974.3 新增设备配置 PAGEREF _Toc263413197 h 32HYPERLINK l _Toc2634131984.4改造后系统的总体功能 PAGEREF _Toc26

6、3413198 h 33HYPERLINK l _Toc2634131994.4 系统配置 PAGEREF _Toc263413199 h 38HYPERLINK l _Toc2634132005 闸门监控子系统改造方案 PAGEREF _Toc263413200 h 39HYPERLINK l _Toc2634132015.1 现有系统及结构 PAGEREF _Toc263413201 h 39HYPERLINK l _Toc2634132025.2 本次需要改造的项目 PAGEREF _Toc263413202 h 39HYPERLINK l _Toc2634132035.3系统结构 PA

7、GEREF _Toc263413203 h 41HYPERLINK l _Toc2634132045.4 系统功能 PAGEREF _Toc263413204 h 41HYPERLINK l _Toc2634132055.5 软件设计 PAGEREF _Toc263413205 h 43HYPERLINK l _Toc2634132065.6 系统性能 PAGEREF _Toc263413206 h 45HYPERLINK l _Toc2634132075.7 系统配置 PAGEREF _Toc263413207 h 47HYPERLINK l _Toc2634132086 综合信息展示软件

8、PAGEREF _Toc263413208 h 49HYPERLINK l _Toc2634132096.1 概述 PAGEREF _Toc263413209 h 49HYPERLINK l _Toc2634132106.2 主要任务 PAGEREF _Toc263413210 h 49HYPERLINK l _Toc2634132116.3软件功能 PAGEREF _Toc263413211 h 49HYPERLINK l _Toc2634132126.4 软件配置 PAGEREF _Toc263413212 h 53-. z.1 概况1.1 工程概况乌鲁瓦提水利枢纽工程是和田河支流喀拉喀什

9、河中游的控制性工程，是一项具有灌溉、防洪、发电、保护生态等综合效益的大（二）型水利枢纽工程。该工程建成后对和田地区的农业用水及工农业用电都起着非常重要的作用。工程位于*和田喀拉喀什河出山口处，工程坝址距和田市71公里。乌鲁瓦提水利枢纽大坝为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高133米，主坝长365米，副坝高67米，副坝长96米。坝顶高程1967米，坝顶宽度12米。水库总库容为3.47亿立方米，水电站总装机6万千瓦。该工程于1995年10月3日正式开工建设，1996年被国家计委列为国家95重点工程”，2003年通过竣工初步验收，2009年9月通过竣工验收。1.2 原管理自动化系统运行现状及改造需求乌鲁瓦

10、提水利枢纽工程原有管理自动化系统于2002建成，到现在已运行7年多。系统由以下七个部分组成。 枢纽调度中心网络子系统 闸门监控子系统 大坝安全监测子系统 水情监测子系统 水电厂监控子系统 实时图像监测子系统 办公自动化子系统系统综合运用遥测、遥控、遥信、通信及计算机网络等先进的技术，在科学、合理的用水、配水、防洪、发电等方面为工程的运行管理起到重要作用。建管局的决策机构和工程管理处可以及时、全面地了解和掌握水利枢纽各系统运行状况，并做出科学决策，实现对配水、发电及防洪的合理调度，最大限度地发挥水利枢纽工程的作用，实现现代化的管理。原有系统中的大坝安全监测、水情测报和闸门监控系统到目前为止运行较

11、正常，但由于自然环境的恶劣以及电子器件使用寿命的限制，部分设备老化，备件采购困难，且原有的软件系统的功能、数据处理能力等也不能完全满足目前的管理需求，这几部分系统需统一升级改造。另外，为实现整个枢纽多专业系统的综合信息集成，本次改造还将建立枢纽调度中心的综合信息展现软件系统，实现各个专业系统数据的统一管理和应用。本次闸门监控、水情测报、安全监测系统改造所涉及的网络设备、计算机设备及光缆通道将在其他标段统一部署。1.3 设计原则根据乌鲁瓦提水利枢纽工程的业务需求，自动化系统应该体现出两大功能，一是为科学、合理的用水、配水、防洪、发电提供实时数据和专家决策支持功能；二是为水利枢纽工程的运行管理提供

12、科学、先进、安全可靠的技术手段。因此，结合实际需求，系统改造设计方案的编制遵循以下原则：(1) 整个综合自动化系统应以实用、可靠、技术先进为主，系统其它各子系统以可靠、经济、实用为主。(2) 系统应考虑可扩充性、可升级性、开放性以及数据库的兼容性，以保证用户有广泛的选择软硬件平台的自由，使用户的投资得到长期保护。(3) 系统设备的选择应以结构简单、可靠性高、技术先进、便于维护、以国外运行成熟的定型产品为主。(4) 本次改造应在不影响正常灌溉、防洪的前提下，充分考虑建管局的发电效益。2 计算机网络子系统改造方案本章所涉及的网络方案及建设容不包括在原有管理系统的升级改造容中，仅作为原有管理系统升级

13、改造的依托平台。2.1需求分析*乌鲁瓦提水利枢纽工程位于*和田喀拉喀什河出山口处，其工程调度中心位于距坝址2公里处，而乌鲁瓦提水利枢纽建管局位于与工程坝址距离71公里的和田市，为了使局领导及工作人员可通过建管局和田基地局域网访问枢纽调度中心局域网，查询各子系统当前及历史数据、图形信息，必须建设枢纽调度中心局域网和建管局和田基地局域网，并将两个局域网利用公用信息网络互联组成一个广域网。根据对用户的实际需求的分析，确定乌鲁瓦提水利枢纽工程综合自动化系统的网络系统应具有以下特点：(1)枢纽调度中心和基地两个局域网通过租用专线方式进行互联，使两个局域网的数据可以进行交换。(2)电厂监控网络和枢纽调度专

14、线局域网通过自建的光缆连接，枢纽调度中心可以查询电厂监控的主要数据。(3)主服务器、各子系统服务器和工作站、前置机等分别采用相应合理的方式互联。(4)网络对外支持与公众数据网、信息网等的连接，提供Internet出口。(5)提供与水利厅的网络接口，符合自治区水利系统的IP规划。本项目的网络系统设计将三个局域网通过租用和自建的网络通信通道连接起来，构成乌鲁瓦提水利枢纽工程综合自动化系统的广域网，整个广域网具有统一和外部网络的通讯接口，完善的网络管理系统，保证网络资源的合理分配以及网络安全。主干网采用高速局域网技术，提供足够的带宽，保证通信的可靠和传输质量。针对水电行业应用的特点，服务器重点考虑安

15、全性、可靠性；同时，对将来应用的扩展需要作好技术准备。根据目前网络集成技术的发展趋势，考虑到性能价格比及用户的当前需求，乌鲁瓦提水利枢纽工程综合自动化系统的计算机网络以高速主干网作为信息通信的主干通道，连接各监控子网和调度中心的服务器、工作站，并且带宽可以满足视频信号的传输与处理。结合整个工程项目容对用户数据流量及流向分析如下：枢纽调度中心用户数据流量分析：(1)所有枢纽工程安全监测的数据，包括：部观测、外部观测、渗流等，总共4M带宽足够；(2)4支水位计、风速、风向和温湿度，总共2M带宽足够。(3)24个图像监控点的视频图像（每个最多占用带宽2M，共24*2=48M）(4)电厂的机组运行数据

16、、闸门运行数据，总共4M带宽足够；(5)电厂的46个视频监控数据（每个最多占用带宽2M，共46*2=92M）(6)视频会议：2M合计需要带宽：152M。和田基地调度中心用户数据流量分析：(1)枢纽的管理区数据需要传输到和田基地的包括：所有水情测报系统、大坝安全监测、闸控、电厂自动化系统的数据，包括：部观测、外部观测、渗流；水位计、风速、风向和温湿度，电厂的机组运行数据、闸门运行数据、办公自动化、视频会议等，总共4M带宽足够；(2)70路图像中的任意四路同时传输到和田基地，视频图像的分辨率可以稍降一些，最低需要：1M/路 * 4路=4M带宽；(3)和田基地上Internet需要2M带宽，可以在和

17、田直接租用网络，不用通过枢纽调度中心已租的网络上Internet，因为如果通过枢纽调度中心已租的网络上Internet，则还需把和田至枢纽的租用带宽增加2M。所以枢纽到和田基地的带宽需要租用8M。2.2实施原则乌鲁瓦提水利枢纽工程综合自动化系统承载着监控业务与管理业务。监控业务包括：水情测报、闸门监控、工程监测、水电厂监控，管理业务包括：办公自动化系统、网络会议、远程视频图像监控、综合信息展示系统等乌鲁瓦提水利枢纽工程综合自动化系统数据网是一个面向实际生产应用的计算机传输网络，是整个工程的基础设施，所以必须一开始就确定好系统建立的目标及设计原则，以便最终建成的网络是一个可靠、实用、先进、高效的

18、计算机网络。网络建设时考虑以下原则：(1)标准化与规化选择符合工业标准或事实工业标准的网络通信协议，操作系统、网管平台和系统软件。采用标准化、规化设计，使得系统具有开放性，保证用户在系统上进行有效的开发和使用，并为以后的发展提供一个良好的环境。(2)安全性及可靠性计算机网络是一个相对复杂并且相对公开的系统，需在软件、硬件两方面采取措施保证整个网络系统安全、可靠的运行。首先要求保证网络基础设施的安全性与可靠性。网络建设应全面统一考虑分开建设即管理区和控制区分开，两区通过安全的物理隔离设备隔离。(3)成熟性、实用性、先进性为了保证整个系统结构、网络技术的先进性以及网络运行的可靠性，要求选择合理的、

19、实用的、便于扩展与升级的网络拓朴结构。对于网络系统所有的设备、器材以及软件产品，要求选择技术先进的、有技术保证的、得到广大用户认可的主流厂家的产品。(4)可管理性及可操作性。计算机网络是一个比较复杂的系统，在设计组建网络时要求采用先进的、标准的、用户界面友好的网络管理软件，此外整个网络系统建成后应整理一套完整的文档资料，以便提高整个系统的可管理性与可维护性。(5)灵活性及可扩展性。为了保证用户已有的投资以及用户不断增长的业务需求，要求系统具有灵活的结构并留有合理的扩充余地，以便用户根据需要进行适当的变动与扩充。(6)完整性考虑到系统各方面因素，应根据整个网络应用保证数据完整性。(7)优良的性能

20、价格比在满足系统性能、功能、安全以及考虑到在可预见期间但仍不失其先进性的条件下，尽量使整个网络系统的投资合理，以便构成一个性能价格比较高的网络系统。2.3系统实施依据乌鲁瓦提水利枢纽工程综合自动化系统的计算机网络系统的设计将以乌鲁瓦提水利枢纽用户的需求为依据。并参照以下技术规：计算机软件开发规（GB8566-88）计算站场地技术条件（GB2887-89）计算站场地安全要求（GB9361-88）信息技术设备包括电气设备的安全（GB4943-95）电力二次系统安全防护规定（电监会5号令）2.4系统建设的目标本系统采用国外先进的技术装备和管理经验，以现代化管理为基础，建成一个融现代化通信技术、计算机

21、技术、网络技术、数据库技术，视频技术，办公自动化技术等为一体的、具有调度、实时监测与监控数据、视频等综合功能的自动化信息系统。2.5计算机网络总体设计 总体思路在详细介绍本方案之前，有必要对整个方案的总体思路作一简单描述：(1)网络分为控制区”和管理区”两个大区，控制区”承载和水利监控和与水利生产密切相关的业务，主要包括：水情测报、闸门监控、工程监测、水电厂远程监控等安全性要求比较高的业务。管理区”承载一些安全性要求没有控制区”高的业务，如视频图像监控、综合管理信息系统、办公自动化系统等。控制区网络和管理区网络之间通过专用物理装置进行隔离。图2.5-1 网络安全分区示意图(2)在网控制区”，采

22、用VLAN技术组网，按照各种不同的水利监控业务划分多个VLAN，不同的监控系统在不同的VLAN运行，可以按子系统划分：大坝、水情、闸控、电厂自动化，可实现各种监控业务在纵向传输时的安全隔离。将来新增监控业务时，不再需要申请通信通道或额外增加网络设备，仅需要在建成的数据网中再划分出一个VLAN即可，该组网方式保证各水利监控业务在网络中传输的安全性、可靠性及稳定性的同时，大大降低网络的整体投资。(3)枢纽之间连接采用千兆带宽以太网，保证各监控业务向中心汇聚时的高可用带宽。(4)采用QOS技术保障在网络发生拥塞时，关键业务的数据流量仍然不受影响。 控制区与管理区组网方案传统的单网方式及其弊端这里所说

23、的单网方式即指网区只组建一个网络来承载所有业务的组网方式，各种监控业务和日常的办公网均在此网络上运行，网络的大体拓扑如下图所示：图2.5-2 网络单网方式组网示意图从上图可以看出，单网方式由于只组建了一个网，各个子系统共用了一套网络设备，在一定程度上降低了网络的整体投资，并且，由于设备少，网络的管理难度也不是很大。如前所述，本监控网络有其特殊性，既不同于普通的企业办公网，又不同于电信运营商的网络。本网络的特殊性在于，网络中传送的数据是与水利监控业务密切相关的数据水利监控数据在网络中的传输对网络设计提出了新的要求，它对网络的实时性和可靠性的要求都比较高。如果本网络网采用单网结构组网，它的弊端是显

24、而易见的：安全性得不到保证，办公网与监控业务网络共用一套网络设备，有可能给不法分子提供进入监控网络的入口，对整个工程的监控网络进行攻击。计算机病毒难以控制，日常的办公网很有可能感染上病毒，如果共用一个网络，计算机病毒有可能侵入监控网络，对运行监控程序的主机造成恶劣影响。降低网络的整体性能， MIS系统的数据流量一般都比较大，如果和监控业务共用一条网络通道，虽然可以用QOS（服务质量保证）技术限制这两种业务的带宽，但是，过量的限制带宽是以牺牲网络设备的性能作为代价的，势必对监控业务产生影响。 (2)控制区和管理区分开的双网架构建议在网中组建两个网络：控制区网络和管理区网络，来承载工程中所有的监控

25、及办公系统。整个网络的架构如下图所示：图2.5-3 网络安全分区组网示意图从上图中可以看出，控制区网络承载与水利生产密切相关的监控业务，该网络的安全性及实时性要求较高。管理区网络为信息网，承载安全性相对较低的业务如多媒体宣传系统及其它管理信息系统等。应该注意到的是，在控制区网络和管理区网络之间进行信息的交互时，必须要通过一个物理隔离设备，该物理隔离设备阻断了管理区网络向控制区网络发起的任何形式的IP连接请求，它仅允许数据单向传输，即只充许数据从安全级别高的控制区网络流向安全级别低的管理区网络，该物理隔离设备的布署大大增加了控制区网络即监控业务网络的安全性。 信息化系统局域网设计系统广域网由三级

26、网络构成：第一级：基地调度中心计算机网络，第二级：枢纽调度中心计算机网络，第三级：大坝及电厂。基地调度中心计算机网络只有管理区部分，按千兆网单网结构进行建设，枢纽调度中心计算机网络控制区与管理区按千兆网单网结构进行建设，现场按千兆网单网结构进行建设。(1)基地调度中心局域网设备构成根据网控制区和管理区分开的原则，基地调度中心局域网属于管理区局域网，可以浏览二维GIS综合信息展示系统、办公自动化系统和视频监控系统。基地调度中心有一套独立的局域网设备。网管理区配置一台核心交换机，配置了48个以太网端口用于连接管理区计算机。基地调度中心局域网的构成示意图如下：图2.5-4 基地调度中心局域网组网图

27、(2)枢纽调度中心局域网设备构成枢纽调度中心局域网担负着枢纽围的控制区和管理区之间的数据交换和处理任务，并为枢纽调度运行工作人员在各监控系统及专业应用软件支撑下对工程作安全运行调度。根据网控制区和管理区分开的原则，枢纽调度中心有两套独立的局域网设备。网控制区配置一台核心交换机，核心交换机上配置了48个千兆以太网端口用于连接控制区计算机。网管理区配置一台核心交换机，配置了48个千兆以太网端口用于连接管理区计算机，通过该设备和基地调度中心管理区网络相连。在网控制区和网管理区之间部署了一台物理隔离设备，该物理隔离设备阻断了管理区网络向控制区网络发起的任何形式的IP连接请求，它仅允许数据单向传输，即只

28、充许数据从安全级别高的控制区网络流向安全级别低的管理区网络，该物理隔离设备的布署大大增加了控制区网络即监控业务网络的安全性。图2.5-5 综合自动化系统组网图(3)大坝及电厂现地网络构成以及和枢纽调度中心的连接大坝及电厂的现地网络用于连接现地的测控单元和计算机，并负责和枢纽调度中心的通信，把现地的数据传输到枢纽调度中心，并接受枢纽调度中心的控制命令。现地网络的中心设在大坝的电厂机房，原有通信线路全部需要改造，主干线路全部采用24芯铠装地埋光缆，主干线路是指：泄洪洞工作门至电厂机房，左岸观测房至电厂机房，电厂机房至枢纽调度中心（已有一条4芯光缆作为备用）。其余全部是支线，采用6芯铠装地埋光缆。具

29、体的连接方式详见各个子系统。光缆走线见下图：在电厂机房配置两台核心交换机，一台核心交换机作为控制区的交换机，配置了16个千兆以太网端口用于连接大坝、水情、闸控系统的NPort串行网关、电厂的物理隔离装置和枢纽调度中心的控制区交换机。另一台核心交换机作为管理区的交换机，配置了24个千兆以太网端口用于连接枢纽的视频监控系统和电厂的管理区交换机。电厂监控网络自成一套独立的系统，通过电厂交换机上物理隔离装置，再通过光纤收发器和设在电厂机房的控制区核心交换机连接。电厂的管理区交换机用于连接电厂的视频监控系统和办公自动化系统，通过光纤收发器和设在电厂机房的管理区核心交换机连接。图2.5-6 综合自动化系统

30、光缆布线图（4）和Internet网的连接不管在基地或枢纽调度中心，所有上Internet网的计算机独立组网，完全独立与管理区和控制区的网络。基地调度中心直接在和田市租用网络上Internet。枢纽调度中心通过已租用网络经过防火墙和Internet连接。图2.5-7 综合自动化系统外网结果图2.6 系统配置方案 枢纽调度中心控制区网络系统整个控制区网络采用VLAN技术组网，核心交换机采用4个SFP接口和48个1000M以太口的三层交换机，配置双电源，双引擎，用于连接局域网设备。 基地和枢纽调度中心管理区网络系统管理区采用三层交换技术组网，网络通道均为RJ45以太网通道。交换机具有双电源，双引擎

31、，同时配置了4个SFP接口和48个1000M以太口用于连接局域网。要求等同控制区的三层交换机。 电厂机房控制区网络系统电厂机房的控制区核心交换机采用4个SFP接口和16个1000M以太口的三层交换机，配置双电源，双引擎，用于连接局域网设备。 电厂机房管理区网络系统电厂机房的管理区交换机采用三层交换技术组网，网络通道均为RJ45以太网通道。交换机具有双电源，双引擎，同时配置了4个SFP接口和24个1000M以太口用于连接局域网。 数据库服务器控制区和管理区的数据库服务系统是本系统中的数据中枢，是整个系统汇集数据的存储地，用2台高档服务器作为数据库服务器。配置多个热插拔硬盘，做RAID5级别容错。

32、 WEB服务器服务器向全局提供全景WEB服务，是各类管理业务的发布平台，机架型服务器。 其他服务器和工作站其他服务器和工作站包括：防病毒服务器（控制区、管理区各一台）、OA服务器，各个子系统的操作员工作站、数据交换工作站。 网络防病毒系统网络防病毒软件系统采用美国塞门铁克公司的Norton网络防病毒软件系统。塞门铁克网络防病毒软件产品全球市场占有率高达50%。世界500强公司中，有80%采用塞门铁克的防病毒方案。该公司是致力于网络安全和管理的领导厂商，以其覆盖五大网络安全领域的产品，成为全球网络安全与管理方案的领先供应商。 安全物理隔离设备在工程中布署物理隔离设备。该设备具有如下功能：(1)安

33、全裁剪核，系统的安全性和抗攻击能力强(2)数据单向传输控制(3)割断穿透性的TCP连接(4)网络数据处理流畅，不会成为网络通讯瓶颈3 水情测报子系统改造方案3.1已建项目概况水情监测子系统主要完成对库区的库水位、入库流量、出库流量以及气象环境站的风速、风向、气温、湿度的监测，并将监测到的数据传送到调度中心的工作站中，最后由调度中心工作站完成对数据的处理。乌鲁瓦提地处南疆，水量主要来自融化的雪水，因此原水情监测系统设计依据其特性布设了两个测站。在泄洪洞的闸室处设置了一个上游库水位测点，通过监测一定时间上游库水位的变化量依据上游库水位与库容关系曲线的关系首先计算出一定时间库容的变化，再计算出该时段

34、入库流量；在下游水文站出布设了一个下游库水位测点，通过出库水位和出库流量的测验数据拟合出库水位与流量关系曲线，出库流量则可根据出库水位查出库水位与流量关系曲线得出；另外在出库水文站还设置了一个气象站，主要监测湿度、风速、风向和气温等参数。3.2本次升级改造的项目本次升级改造的容(1)为了更精确的计量上游来水，在上游主要支流吐鲁干支流和主河道回水位以上各处修建一个水文测站，设水位计监测水位，进而换算上游来水（水位流量的关系曲线由业主提供）；设温湿度传感器以监测气温和湿度；由于水文站所在位置较偏远，无手机信号，且到枢纽不通视，需建多级无线中继，费用较高，因此采集数据通过卫星传输，定时自报。供电采用

35、太阳能供电。(2)更换上游库水位测站（泄洪洞工作闸室处）已损坏的振弦水位计，由于原有的485通信线路距离长，干扰大，通信不可靠，本次改用光缆通信。上游库水位测站原有的浮子水位计以RS485转光纤的通信方式接入电厂监控系统，便于电厂监控系统利用上游库水位及下游尾水位计算发电水头。(3)托满报汛站增加水位计一支，通过监测水位计算上游来水。采集数据通过卫星传输，电源采用已有的太阳能电池板供电。(4)对原有系统进行检查维护。(5)升级原有水情软件。数据传输方式上游新增的两个水文站及托满报汛站通过北斗卫星和枢纽调度中心进行数据传输。枢纽泄洪洞水文站的数据采集单元通过一对RS485光端机连接右岸主干光缆传

36、输至电厂机房，在电厂机房通过NPort串行网关连上控制区交换机，实现与枢纽调度中心的通信。出库水文站的数据采集单元通过一对RS485光端机连接新敷设6芯光缆至1967岔路口，在1967岔路口把两芯光纤和原有的4芯光缆中的两芯光纤对接上，通过原有的4芯光缆传输至电厂机房，在电厂机房通过NPort串行网关连上控制区交换机，实现与枢纽调度中心的通信。3.3新增设备配置风速风向传感器选用美国SUTRON公司的5600-0215-5型风速风向计。测量围:风速,060m/s；风向（方位角）360机械，355电气（5开启）；精度：风速, 0.3m/s；风向（方位角）3。温湿度传感器选用罗卓尼克公司的CP01

37、型温湿度计。量程：相对湿度: 0100%RH；温度：2060精度：相对湿度: 090%RH，2%RH；90100%RH，3%RH；温度：20时，0.2；1040时，0.3；2060时，0.4；水位计根据现场环境，泄洪洞工作闸室处水位计采用进口原装振弦式水位计。(1)振弦式水位计：量程：50psi精度：0.25%F.S 非线性度：直线：0.5%FS；多项式：0.1%FS温度环境：3060贮存温度：-4070电源系统新增遥测站采用太阳能供电，上下游水位站采用市电。现场显示器用于遥测站现场数据显示。汉字显示：字符行，背光静态功耗： 0.2 mA工作功耗： 30 mA操作：单键操作，自动关机，现场人员

38、无需培训即可使用接口：RS-232（接ACS300数据采集器）供电：12 Vdc数据采集单元(1)ACS300-MM数据采集器ACS300-MM是南瑞ACS系列水情数据采集器最新产品。ACS300-MM是目前国唯一基于数据采集器平台（DCP）概念设计的高可靠性和高智能化微功耗数据采集器，也是国唯一完全满足工业级标准的水情数据采集器（工作温度围：-4075）。ACS300-MM数据采集器主要应用领域为：水情、气象、农业、环保、石油、交通等微功耗稀路由SCADA系统。图3.3-1 ACS300-MM外观图ACS300-MM数据采集器具有强大的远程通信能力。四个RS-232接口可同时提供3信道远程通

39、信服务（包括各信道之间数据交换或转发服务）和1信道本地通信服务（或4信道远程通信服务），满足用户对微功耗数据采集器远程通信能力的需求。ACS300-MM数据采集器具有强大的数学处理能力。除满足一般水情系统的要求外，还满足气象、环保等领域对现场数据处理的需求。ACS300-MM数据采集器具有完善的防愚设计”。ACS300-MM增强了对防愚”和设备操作安全性的设计。采用坚固的独立封装，防止野外操作时不慎损坏设备；系统的防愚设计保证在用户误操作的情况下对设备不会造成永久性损坏，使没有ACS300-MM使用经验（或合适培训）的用户在搭建系统时可以大胆操作，并有效减少系统安装维护工作量。ACS300-M

40、M数据采集器具有操作简便的显著特点。自检功能完善，机械结构合理。ACS300-MM采用模块化设计，软件功能模块和硬件功能模块均可以组合，适应各种应用场合。(2)通信终端配置南瑞ACS300-MM型数据采集器目前支持多种通信方式，VHF（常规或数字）、海事卫星（Inmarsat-C）、BD（北斗卫星神州天鸿）、全线通（OmniTracs）、Globestar（全球星）、VSAT小站、GSM/SMS/GPRS、CDMA/SMS/1*、公众网（PSTN）等。对于不同的信道，或多信道组合，只需配置不同的通信终端即可。枢纽区的数据采集器利用串口光纤MODEM通过光纤连接到1863观测房，在1863观测房

41、采用串行网关接入以太网，在枢纽调度中心通过网络可以实现远程采集通信。(3)工作参数设置ACS300-MM数据采集器工作参数有多种，控制数据采集器的工作方式，对于采集器部参数的设置通常有两种方法，即采用现场控制仪或远程修改。为现场使用方便，采用掌上电脑（PDA）对采集器进行现场设置。图3.3-2 ACS-LPDA外形图3.3-3 ACS-LPDA画面(4)设备参数数据采集器是水情、水质、气象自动化系统的核心设备。主要技术指标，如功能、功耗等均能满足系统需求。数据采集器技术参数 4 个RS-232 串行口。用于远程通信、本地显示或参数设置1 个SDI-12 接口。允许同时接入8路SDI-12接口的

42、传感器或适配器1 个单/双干簧管雨量计接口2 个开关信号输入口和2个输出口1 个六芯12V 供电口和1个受控12V 供电口3 对电源输入口和1 个浮充电源输入口置32M 工业级Flash 数据存储器。此外，系统对Flash进行循环存储，保证存储数据为系统最新数据，并允许采用U盘实现存储扩展。支持远程/本地运行参数设置现场测试功能。静态功耗： 50uA 12Vdc 工作功耗： 100mA 12Vdc供电电压：10.8Vdc16Vdc，16.7Vdc（Ma*.）电源极性防反接保护外部接口光电隔离全铝外壳工作温度围：-35+65设备平均无故障工作时间：10年以上是基本配置和功能，用户还可以根据需要选

43、配下列功能和模块：1 个USB 2.0 HOST 接口。可用于本地数据下载或固态存储容量扩充1 个RS-485/SDI-12 复用接口。配置成RS485方式时，允许同时接入8路RS485接口的传感器或适配器，配置程SDI-12方式时，允许同时接入8路SDI-12接口的传感器或适配器嵌TCP/IP 协议栈。如果配置的短信模块具有GPRS或CDMA功能，系统能方便地从短信系统升级到GPRS/CDMA系统。支持远程/本地程序下载。用户在本地可以通过PDA或计算机对ACS300-MM的固件程序进行升级，在具备远程透明传输的信道（如GPRS、PSTN信道）条件下，用户甚至还可在不用到现场，在远程即可对A

44、CS300-MM进行固件升级，具有非常大的系统扩展性。自动补数功能。在信道因*种原因导致数据未发送成功时，ACS300-MM会将数据保存，并在信道恢复正常后再将数据发送出去，从而大大提高系统畅通率。各种传感器适配模块，可以将各种类型的传感器转换成标准接口。3.4改造后的系统总体功能水情测报系统采用南瑞WDS9002水调自动化系统（工作组级），系统功能主要包括：(1)数据采集功能遥测站自动采集并存储水情、水质、气象等实时数据，并按预先规定的方式自动向中心站报告；允许实时自报、定时报、自适应报和响应中心站召测；允许设置采样间隔，发送数据间隔长度；允许设置路由；允许接入多种信号形式的传感器，支持SD

45、I12、RS485等总线传输。支持多种信道，并在相应的双向信道上实现单向传输、双向传输；所有参数允许远程设置；(2)数据处理功能水情、水质及气象测站数据实时计算、处理；实时监测数据到时段历史数据的统计处理；（自动提取出最大值、最小值、平均值等特征量等）(3)数据通信及交换与闸控系统、工程安全监测系统交换数据； 实现遥测设备的远程管理，自动监测遥测设备的状态，出现故障时自动判断故障类型，主要判别方式如下：当*遥测站在预先定义的最大无信号时间”仍未向中心站报告定时自检信息数据时，根据最近的电压、充电状态判别是否为电源系统故障；电源系统正常时，判别是否为通信线路故障；当一切状态正常时，遥测数据不准时

46、，判断为传感器故障；预留与其它相关系统或部门的的通信接口；(4)数据库及其管理功能数据库的生成和维护；实时数据、历史数据维护管理；数据备份与装载；(5)查询及人机界面功能实时水情水质气象信息监视；枢纽实时监视及历史数据查询；数据及系统各类信息查询功能；支持画面、报表编辑、修改和打印功能；(6)水务计算：从闸门监控系统接收各闸门开度数据、从电厂监控系统接收水库上游水位、尾水位、机组负荷、开机状态等数据，利用库水位闸门开度流量关系、机组负荷发电流量关系自动计算出水库总出库流量。(7)系统及网络管理功能：不丢失数据的系统故障切换和重启；系统配置及其维护管理；网络监视；远程诊断。(8)图形功能根据各种

47、人机图形界面需求情况，由人机图形界面编辑工具调用对象控件集中对应的控件，根据所需的功能和特定属性，设定对象，编辑生成人机画面。用户可以按照自己的要求，使用图形编辑软件，作出各种图形，无须编程。图形编辑软件具有过程线、棒图、数据列表、大坝防洪图、测站、基站、闸门/油机、大坝测点、文本、声音、位图、直线等二十余种对象图元, 用户可以根据自己的需要在四层透明画面上自由组合, 形成丰富多彩的图形化交互界面。图形画面可分为静态图形和动态图形：静态图表主要包括工程简介（包括语音介绍功能）、系统简介（包括语音介绍功能）、工程主要概况图片、遥测站点分布图、静态曲线等；动态图形主要包括遥测站点数据动态监视图（直

48、观反映遥测站点分布情况及站点分别，并可动态显示各遥测站的实时水位、雨量、流量或风速、风向、温度、湿度、气压、蒸发、水质、闸门/油机状态和运行数据、大坝测量及分析等数据）、遥测通信组网图（反映遥测站点组网方式，并可显示遥测站点故障情况）、各水情站点水位、流量过程线图、各气象站点风向图、风速过程现、闸门/油机状态图、工程安全数据监测图、枢纽实时监视图、多站、单站降雨量棒状图、各水质站点监测参数过程线等。(9)报表功能使用报表编辑工具产生报表文件，由报表控件驱动报表文件运行。报表编辑部分作为报表系统的支撑软件，通过报表系统函数库提供十几类上百个函数，满足各种引额供水工程管理常规水情、水质、气象、闸门

49、、油机报表计算需要。用户可按照自己的要求，使用报表编辑子系统，设计制作新的报表，无需编程。报表控件及报表编辑主要特点如下：支持用户自编辑报表，无需编程；采用类E*cel界面风格设计报表编辑子系统，方便用户操作，易学易用；支持报表纵向或横向变长运行设置计算，可以自动适应月度报表变长统计计算；报表中可嵌入简单图元，如直线、曲线、弧线、矩型、椭圆、扇形、位图、文本等；多窗口多文档方式，支持多报表同时显示调用；具有定时、手动打印功能；支持将报表容直接粘贴到E*cel；可以按GIF文件格式输出报表；允许命令行参数直接调用；可设定*些单元格在报表调用运行时进行人工修改；报表编辑或显示运行时，均可直接从数据

50、库中粘贴有关容到报表文件中(如测站站名、站号等)；具有报表放大、缩小打印功能，也可选择自动居中打印可以在报表上选择部分区域打印可自动记忆每报表最新设定的打印格式(如横向或纵向打印)，方便打印操作注：同时提供报表函数扩充工具提供添加新的报表函数的接口和界面，可以随时根据需要增加新的函数到报表系统函数库中，以适应报表子系统功能扩展的需要。(10)图表运行在各台操作工作站运行人机界面运行进程，可以调用运行各种人机界面，用于实时监视、信息查询、数据分析等工作。人机界面运行提供了如下功能：按菜单或按钮各种人机界面显示；定时打印、手动打印；多画面快速切换；画面分层叠加显示控制；画面放大、缩小显示打印；超大

51、画面定位控制器；(11)数据查询检索数据查询控件集由系统设置、实时数据、静态参数、时段(包括日)数据、综合数据控件组成。系统设置控件：提供了如RTU定义、传感器定义、计算量定义、报警设置等数据系统配置类数据的查询和检索。静态参数控件：提供了如水位流量关系曲线、水位库容关系曲线、闸门泄流曲线等数据的查询集和检索。实时数据控件：提供了系统实时采集和网络通信的实时数据的查询和检索。时段数据控件：提供了按不同时间跨度的数据列表（含索引功能）和统计分析功能（包括最大、最小、平均、累计等）等的查询和检索功能。综合数据控件：提供了多种不同类别数据的综合查询检索功能。(12)实时报警实时报警子系统实时在线监视

52、系统各种动态数据、应用软件、各个节点和网络情况，根据预先设定好的报警项目、报警限值、报警级别和报警方式，发现有异常即自动报警。其中，报警方式可以选择监视屏幕画面报警、声音报警通知。报警可以设置为，未得到运行人员响应，报警不消失；系统报警后自动记录，报警记录可查询。报警容主要包括：水位数据越限3级报警；流量数据越限3级报警；雨强数据越限3级报警；报警输出功能有报警信息分应用、种类、优先级、按时间、对象检索、显示、打印及存储，并可自动存储到历史数据库中最新报警显示事故时自动按指定显示器推出画面（可定义和撤销）提供报警总表，该表按时间顺序记录未被确认的告警和已经确认的告警，这些告警应包括告警点名称、

53、容、时间及确认状态。可用中文检索、显示、打印报警、事故列表；系统设备运行状态异常时，向调度员进行语音报警；报警顺序记录表可随机或召唤打印；报警信息可以通过手机短信向指定人员报警（需另外配备WDS9002短信报警及查询系统）。3.5 系统配置位置设备配置数量备 注吐鲁干支流水文站北斗卫星接收机1台振弦式水位计1支温湿度计1支采集单元1套含NEMA4-C机箱太阳能供电电源1套主河道回水位以上水文站北斗卫星接收机1台振弦式水位计1支温湿度计1支采集单元1套含NEMA4-C机箱太阳能供电电源1套托满报汛站的自动化改造北斗卫星接收机1台振弦式水位计1支温湿度计1支采集单元1套含NEMA4-C机箱上游水文

54、站振弦式水位计1支风速风向仪1套采集单元1套串口光纤MODEM1个交流电源箱1台电厂机房串口光纤MODEM2个NPort串行网关1台下游水文站采集单元1套串口光纤MODEM1个交流电源箱1台枢纽中心站北斗卫星接收机1台直流电源 1台软件系统升级1套4 大坝安全监测子系统改造方案4.1 已建项目概况乌鲁瓦提混凝土面板砂砾石坝是国家重点工程,该工程建设时已埋设了较为齐全的大坝安全监测仪器及监测设施，并用先进的自动化系统监测大坝的运行状态，监测成果在施工期及蓄水初期发挥了重要作用。工程主要设置了坝体外部变形观测、坝体部应力观测、坝体部沉降观测、坝体部水平位移观测、坝体温度观测、混凝土面板应力应变观测

55、及钢筋应力观测、周边缝及板间缝观测、渗流观测等八个监测项目，并安装了相应的安全监测仪器及监测设施。各监测项目的布设情况为： （1） 堆石坝坝体 大坝设三个监测断面为主监测断面，桩号分别为0+190、0+147、0+106。在0+190断面的1903m和1923m高程布置两套引线式水平位移计，总计10个测点；在三个主监测断面的1863.0m、1883.0m、1903.0m、1923.0m、1943.0m五个高 程上总计布置了12套74个测点的水管式沉降仪。在主坝0+147断面1832m、1843m、1857m高程共布置了9支孔隙压力计；在主、副坝面板结合处布置了6支孔隙压力计；在1883m、19

56、03m、1923m高程共布置了20支土压力计；在两坝肩及坝体后补共布置了20支测压管。因寒冷地区需对沉降测值进行温度修正，又增加坝体温度观测，在1903m高程、1923m高程、1943m高程布置了16支温度计。坝体外部变形监测：在坝体表面上、下游及坝顶设置了坝体外部水平位移与垂直位移观测项目共108个观测标点，35个工作基点和校核基点。（2） 混凝土面板主坝面板共有37块，其中6.0m宽的面板15块，12.0m宽的面板22块，最长的面板为L20（对应桩号0+190）。选择L20面板为主监测断面，在最长板块两侧选择两个断面L14（对应桩号0+120）和L25（对应桩号0+250）作为副监测断面，

57、对比研究不同部位面板的应力和变形情况。另外，在两坝肩部位，为研究高陡边坡对混凝土面板的影响，在L7（对应桩号0+120）和L29（对应桩号0+310）两块面板上也布置了少量的监测仪器。为了解混凝土面板在施工期和运行期的应力和变形状态，在三个混凝土面板监测断面L14板块、L20板块、L25板块及两坝肩L7板块和L29板块上的不同高程布设钢筋计、三向应变计、无应力计和温度计。在砼面板中共布置了21组二向应变计、2组三向变计、19支无应力计、16支单向测缝计、8支钢筋计、在周边缝上布置了16组（48支）三向测缝计。（3） 周边缝部位监测由于副坝坝体为天然沉积的砂砾石，结构密实，沿周边缝布置了5组三向

58、测缝计以及在周边缝底部布置了5支渗压计，了解周边缝的变形及坝体渗流情况。（4） 导流洞封堵堵头布置了20支差阻式应变计，2支差阻式测缝计，2支振弦式渗压计。目前，整个枢纽工程埋的监测仪器及监测设施中直接纳入自动化系统的观测仪器共计227支，其中差动电阻式温度计、应力计、钢筋计、测缝计 共148支；变阻式位移计48支；单线圈振弦式渗压计、土压力计、31支。变形观测项目中，除坝体外部变形观测项目外，其余观测项目均纳入自动化监测系统。已接入自动化系统的测点共计90个，其中坝水平位移测点10个、沉降监测点60个，两岸及坝体的测压孔20个。4.2 本次升级改造的项目乌鲁瓦提水利枢纽工程安全监测系统投运以

59、来在指导施工、反馈设计、监视工程运行等方面发挥了重要作用。但由于工程所在地环境恶劣，温差大、风沙大，加之系统运行时间已近十年，因此，有必要对目前的监测系统进行全面的检查，对出现的问题及时维修处理，同时对部分软、硬件进行升级，使之满足当前管理的需要及规的要求。具体维护改造项目如下：渗压部分两坝肩及坝体后补共布置了18支测压管，置渗压计进行遥测。原项目基本资料见下表，存在以下问题：1）部分测压管出现淤积2）部分仪器测值出现异常3）人工比测不便。测压管基本资料孔号管口高程设计孔深实际孔深历史最大水位埋深历史最小水位埋深备注UP-1测值波动大UP-21970.329118.5118.599.166.3

60、1测值正常UP-31982.721132.15132.159379.8测值可疑UP-41889.00238.4222.4426.8913.05已损坏UP-51888.80838.2538.3917.4312.61测值正常UP-61889.85238.0433.5924.8613.8测值正常UP-71967.071117.8719381.43（仪器测99.15）测值波动大UP-81915.60565.236244.936.4（仪器测52.15）测值异常UP-91899.79247.6547.6535.5724.85测值异常UP-101871.88722.6723.1516.715.52（仪器测2