南水北调工程闸站监控系统研究

南水北调工程闸站监控系统研究

摘要：南水北调工程是一项跨流域、跨省市的长距离特大型调水工程，通过调水补充了部分北方城市的水资源供应问题，支撑北方城市的国民经济与社会可持续发展。本工程的实施实现了我国水资源的合理配置。为了满足南水北调工程的完善建立，实现其自动化管理，建设闸站监控系统是一个很好的选择和尝试。本文首先对闸站监控系统进行了业务上和功能上的需求分析，然后尝试完成系统体系结构的设计。最后对系统软件的层次架构进行了阐述，分析了业务层的具体内容。

关键词：南水北调工程；闸站监控系统

引言：

闸站监控系统是南水北调工程进入自动化调度与运行的关键，担负所有闸站的生产运行。本系统的目标在于安全输水、精确量水，制定完善的控制策略、解决存储机制。除此以外，构建高效快捷的监控服务体系也在本系统的服务范围之内。先进的自动化闸站监控系统记录了闸站运行的各种指标，长期监测数据的输入、修改，最后记录下来的数据和操作过程成为了开发和完善系统的重要依据。另外，自动化大大减少了闸站的工作人员的工作量，减少了相关事故的发生。

一、对南水北调工程的闸站监控系统的需求分析

由于闸站监控系统是整个自动化系统中重要的调度运行系统，所以其系统性能要求较高：响应速度快（状态点采集周期≤1s、接受控制命令到开始执行控制的时间8000h）、安全、可用性强（系统设备正式投运后,可利用率≥99.9%）、易于维护（能够进行远程维护、

具有自诊断功能、界面友好、操作简单等等。其中，在安全方面，操作系统和数据库的安全性要非常好，要建立完善的安全管理方法。

闸站监控系统的业务主要包括了控制性节制闸闸门、分水口闸门和退水闸闸门的闸门启闭工作还有监控工作。对于用户的验证和管理，实现了用户的登录验证，以及用户名、密码的修改手段。

对于闸站的监控必须实现实时监测的功能，要求实现常规监测信息的显示，一共包括了节制闸和分水口的闸前闸后水位信息、退水闸的闸前水位信息、节制闸和分水口的闸后流量信息、闸门和启闭机状态信息（闸门、闸位、荷重、闸门上升或下降接触器状态）、采集供电系统的基本信息（启闭机电流、电压）、监测环境状态信息（监控室的温度、湿度）、PLC的基本状态（PLC的温度、通信状态）等等。在用户下达开高指令后，通过PLC系统完成闸门的启闭。

并在有危险参数出现时，自动发出警报：当某一参数超过设定值或设备出现故障时，及时发出报警信息，显示相应的提示和画面；短信通知管理人，将相关数据全都记录在报警数据库中。

此外，还有选定闸站的一段时间内水位、流量的过程线的趋势显示、查询统计报表输出之类的不可缺少的业务。

二、南水北调工程闸站监控系统的体系结构

闸站监控系统主要由两大部分组成，分别是远程监控系统和现地监控系统。

远程监控系统又分为了四部分：总公司、分公司、管理处及监控服务，其构架在统一的监控服务平台之上，将各类闸站的监控和控制功能整体地发送到平台行进行管理。其中包括每个闸站的水位、流量、开度，成为各级远程监控系统的实时数据。各闸站作为整一个监控对象，根据通信和网络的状况，灵活部署在监控平台上，负责与PLC和其它的节点进行通信、数据采集与处理，最后向PLC发送控制指令。这样，PLC的安全性得到了保证， PLC系统的负担又被减轻，使得其运行更安全、速度更稳定、数据更可靠。

现地监控系统属于基层监控系统，承担着日常闸门的启闭操作。闸站监控系统的用途，以及其通信网络和运行环境来分析，其主要任务是按照地各省区用水需要和年调水量开闸和调节渠道过水流量，保障水量安全地、足量地引至各受水省。为保证现地系统的安全运行,现地远程监控系统配置单独的硬接线回路来保障闸门启闭安全,所以是可以独立于三级监控系统运行的。

对于闸站监控系统的控制方式主要有两种：手动和自动。手动方式下,只有在现地通过手动装置进行闸门控制。自动方式下,又分为远程和现地,现地方式下, 只能通过现地工控机或现地手动装置进行闸门控制;远程方式下,总公司、分公司、现地闸站均可进行闸门控制。

系统在正常情况下,控制方式应该为远程或现地方式。闸站监控的控制是由用户对闸门控制的权限高低来决定的，并由管理维护的软件来分配。单位等级分为四级：总公司、分公司、管理处、现地闸站。其中，根据调水业务需要,总公司、分公司和现地闸站在正常情况下有控制权，其中现地闸站的级别最高，总公司次之；当不同级别的用户控制同一闸门时，级别高的用户最终的获得控制权。

三、南水北调工程闸站监控系统的安全体系研究

南水北调工程很少有调节水库，一旦水资源调度不当，其后果比较难以处理。所以,为了保证系统能够安全地运行，设立多级安全措施，使之成为一套完善的安全体系是一个比较好的设想。本系统将其安全措施分为了五级，分别是控制设备级、网络级、操作系统级、数据库级和应用级。

控制设备级装载在主要控制设备PLC上，通过设置密码保护来验证用户的身份和权限，有效地防止了非法用户的访问和操作。所以，在进行PLC的系统编程时,必须充分考虑设备的安全性，从多方面（荷重保护、限位保护和过载等等）来避免一些特殊情况，减少对设备造成的危害。网络级的系统是在双总线监控专网中运行的，这个监控专网已经配置了完善的网络安全防护措施，来确保网络的运行安全，以及网上传输数据的安全。操作系统级的系统将选用安全性能非常好的操作系统，并加装严格的病毒监控系统。在系统的运行前、运行中的时候，要经常或固定时间对整个操作系统进行安全漏洞检查，定期加固、升级系统，以免影响监控系统的安全。数据库级的系统在数据库中设置了访问数据库的用户和密码。只有特定的数据库用户才能访问数据库。此外，对于一般用户的系统，数据库通过系统的服务来实现访问的，不会直接从数据库进入访问，防止因数据库漏洞而出现数据漏洞，被别有用心者获取。应用级系统为应用这个系统的所有用户设置了密码，规定了各自的使用权限。所以，当每个用户进入系统时，都要经过系统的身份认证。

总结：

随着国家水资源的整体供需出现矛盾并日益激化，对水资源的控制管理将越来越严格。南水北调工程的闸站监控系统建设，将南水北调的控制闸门、引水闸站等等有效地集中、控制，通过技术手段进行远程的数据监测、闸群控制和视频监视等等，还实现了更大范围的信息共享，最终取得了很好的社会效益和经济效益。在南水北调工程中建设闸站监控系统，实现了自动化的管理模式，也为国内其它的大型引水工程的自动化建设提供了很好的

范例。

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