项目介绍

宁东供水水源工程是宁东能源重化工基地非常重要的基础设施项目，对有效改善银川周边的生态环境，促进“大银川”的建设，具有非常积极的作用。宁东供水一期工程供水对象由能源重化工基地和生态项目两部分组成。工业用水量为13570万m3，日均37.1万m3/d;生态项目供水设计流量2.0m3/s，用水量2400万m3。自银川黄河大桥下游1000m处的黄河右岸取水，设计流量7.8m3/s，其中工业供水 5.8m3/s，生态供水 2.0m3/s，泵站年运行小时数为6840h(285d)，供水量为14280万m3/s。工程布置二级泵站和管道，将黄河水输送到设在鸭子荡调蓄水库(总库容2053万m3)。二级泵站累计净扬程145.52m，累计总扬程174.2m，共安装水泵7台，总装机容量27150kW，总运行容量19150kW，总运行轴功率15252.8kW。输水线路总长25.07km，一、二泵站之间管道长5.68km;二泵站至隧洞进口管道长17.42km，采用DN2200的PCCP压力管道。在管道出水池至水库之间布置隧洞1座，长1.8km。

根据整个宁东供水一期水源工程的项目划分，共由以下部分组成：

⑴ 金水源(一)泵站

⑵ 红山石(二)泵站

⑶ 输水管道工程

⑷ 鸭子荡水库工程

⑸ 宁东供水一期水源工程(一～二泵站)供电工程

2004年9月4日，宁东一期供水工程通信及综合自动化项目开标。2004年9月29日，宁夏宁东水务有限责任公司与西安航天自动化股份公司于银川正式签订了“宁夏宁东能源重化工基地及生态移民一期供水工程通信及综合自动化合同文件。2005年6月13日，宁东调水工程全线自动化系统初步调试完成投入运行，全线二台机组并联运行成功。2006年8月21日通过自治区水电工程质量监督中心组织的单位工程验收，评为优良工程。

系统方案与特点

梯级泵站输水综合自动化系统由通信系统、泵站计算机监控系统、视频监控系统、变电站综合自动化系统等组成。

系统采用采用开放式分布式实时控制系统结构，调度主机、操作员站及现地LCU采用双机冗余配置，骨干网络采用SDH环型二纤通道保护网络，控制局域网采用100M工业级光纤环形以太网，系统采用64位计算机系统。

通信系统：以SDH传输技术为主，结合PBX及以太网交换技术，为用户提供丰富的多种业务通信平台，满足当前和今后业务的需求。以各级泵站(中心)为节点，组成骨干网络，各节点间隔接入，形成环型二纤通道保护网络。采用155M(622M或更高) MSTP传输平台，支持TDM业务和IP数据业务传送。骨干网可以在一个机架上提供2M到155M的各种TDM接口，同时也提供10/100M接口用于构架IP数据网络。

语音解决方案

语音采用PBX方式，调度中心安装128门(或更多)程控数字交换机，通过综合数字复用终端利用SDH 2M接口将各级泵站电话接入调度中心交换机，同时还可以为各级泵站提供低速数据接口，交换机统一从调度中心接入公网，采用一号信令系统，SDH传输网络提供互连链路。

数据传送解决方案

低速的测控数据，可以占用TDM的64kb/s双向通道传送。对外接口可以是RS-232、RS-422、V35、G703、模拟音频接口(使用Modem)。中高速数据可以占用TDM的N×64kb/s至N×2Mb/s通道传送。测控数据一部分经接入网到(分)中心落地，经(分)中心对应的信息处理系统筛选和处理后向调度中心上报。

以太网组网方案

MSTP 155M SDH传输平台提供10/100 M以太网接口，使骨干节点间以高速连接，将各(分)中心局域网互连起来，组成完整的信息系统。各(分)中心配置以太网交换机，支持VLAN划分。

视频传输方案

在调度中心、各级泵站的重要地点设置摄像机、云台等，经距阵切换、数字压缩后通过通信网传输至调度中心。通常图象远距离传输采用编解码的传输方式，在分辨率为720 × 576时每路图象占用带宽为2M。

计算机监控系统：由基于计算机控制的调度中心监控系统和各级泵站监控系统组成。每个计算机监控系统由网络交换机、服务器、各应用系统工作站和PC机组成局域网，通过155M MSTP传输平台的10/100M以太网接口构架的IP数据主干通信网进行整个输水系统信息交换，构成梯级泵站输水系统计算机通信网，实现信息共享。

调度中心监控系统：由双机冗余的调度管理主计算机、双机冗余的调度员工作站、通信服务器、工程师/编程员站、仿真培训终端、模拟屏和DLP大屏幕投影系统、电话告警计算机系统、数据备份与存储系统、办公自动化网络系统等组成。

泵站监控系统：采用开放式分布式实时控制系统结构，在不同处理器上具有支持应用程序和联合数据库的能力。监控系统由站控级(集中控制级)和现地控制单元(LCU)组成，采用100M工业级光纤环形以太网。站控级设置双机冗余的操作员站、通信服务器、模拟屏、GPS对时等设备;现地控制单元包括机组LCU(每台机组一套)、泵站公用LCU、变电站LCU，采用双机冗余的PLC为核心控制器，并设置LCD触摸屏、SOE专用模块以及智能I/O装置，支持多种通信协议。

系统功能

# 在泵站控制级和调度中心远方监视和操作整个输水系统;

# 全线输水的最优化调度;

# 全线输水量控制;

# 全线输水流量平衡控制;

# 全线输水经济运行;

# 对包括事故在内的特殊情况的分析和处理;

# 输水系统的开机控制;

# 输水系统的停机控制;

# 单泵站APC(自动抽水控制)和单泵组APC功能;

# 自动水质监测(泥沙含量自动在线监测);

# 收集系统运行统计资料并提供相应报告;

# 接收工程观测的有关信息以便输水调度采取相应的措施;

# 供水过程在线和离线仿真、测试，并提供完善的培训功能;

# 梯级泵站视频监控;

# 梯级泵站语音通信与生产调度;

# 与消防系统通信;

# 与水资源调度系统的通信;

# 与水情预报系统通信;

# 与管理中心MIS系统通信;

# 运行管理

创新点和效益

通过对宁东调水工程全线自动化系统从项目确立至工程运行验收全过程的研究、讨论、分析、总结，利用所得出结论形成了当前宁东调水工程全线自动化系统的实际成果。

宁东一期供水工程通讯及综合自动化系统工程在水务业界具有相当程度的样板性，应用了国际上最先进的自动化技术，充分体现出我国引水工程自动化的较高水准。在考虑采用先进技术的同时还要考虑技术的成熟性。系统的配置与选型，网络的型式与网络的结构，符合计算机发展的趋势并是当前的主流产品。配置高档次产品，以保证在今后相当长时间内不需要更新换代，在较长时间内，保持系统的技术先进性，保护工程的一次性投资。并在以下方面取得了创新性重要成果。

1) 64位计算机集群控制技术

宁东一期供水工程中两座泵站、一座水库和调度中心四个节点的计算机系统均采用64位计算机，组成四个64位计算机集群，实现供水全线的自动控制、运行监视、优化调度和生产管理。计算机采用64位SMP结构的SUN Blade2500工作站，该工作站采用高端计算机主流技术的64位RISC处理器，运行Solaris 9 UNIX操作系统，具有高性能、多任务、多用户特点,支持多显示器图形解决方案。配套开发的64位实时监控软件，采用分布式数据库管理系统，具有强大的异地数据备份、灾难恢复功能和分布式操作控制功能。应用技术达到国际先进水平。

2) 基于UNIX操作系统平台的64位实时监控软件技术

MOSAIC(MITS Open System Architecture for Instrumentation and Control) 是LogicaCMG公司推出的实时监控软件，为了满足宁东一期供水工程64位计算机集群控制系统的要求，进行了适应性开发，使其将企业的关键性运行系统与企业的其它信息系统有机地融为一体。

监控软件采用全分布式的通讯结构，使数据采集、处理和显示能随意地在网络上的任何地点同时进行，进而也改进了系统的层次化和可靠性。可在 LAN 和 WAN 上对不同地方的相同的数据库进行实时和同步的更新以保证数据库的完整性，使得数据库的安全性得到了极大的改进。它包括数据库管理系统、图形用户界面和服务管理器，尤其适用于关键性的操作、控制和辅助决策系统。

服务管理器在系统中起着协调所有过程和确保系统的高可靠性及容错性的作用。分布式数据库管理系统允许应用软件将数据分布到各个控制中心，远程工作站和微机上。在故障发生和故障恢复重新启动的过程中，能保证任何应用软件运行之前数据库恢复到同步状态，使系统具有强大的分布式的操作控制和灾难恢复功能。此类64位监控软件在国内引水工程中首次应用。

3) 部件热插拔技术

系统设计中大量采用了支持热插拔功能的部件或设备，如CISCOC 3745路由器的热插拔功能可在最大限度降低对网络可用性影响的前提下更换和维修网络模块、可实现RPS的联机更换和维修、可对风扇托架进行联机更换;HP部件热插拔技术应用使得服务器具有硬盘、扩展PCI-X插槽、电源等部件热插拔功能;TSX Quantum系列PLC的热插拔功能保证了其所有模板的联机更换和维修。热插拔技术的应用大大缩短了设备平均维修时间(MTTR)，提高了系统的可用性和可靠性。

4) 基于SDH的MSTP(多业务传输平台)技术

以往的梯级输水工程中较多的采用传统的SDH传输设备，提供单一的TDM业务。本项目中采用基于SDH的多业务传送平台(MSTP)(Multi-Service Transport Platform)，支持TDM业务和IP数据业务传送，并提供统一网管，组建骨干通信网络，实现语音、图像、数据的实时传输。

语音采用PBX方式，调度中心安装128门程控数字交换机，通过综合数字复用终端利用SDH E1通道将各泵站电话接入调度中心交换机，交换机统一从调度中心接入公网，采用一号信令系统，SDH传输网络提供互连链路。

视频图像信号采用数字压缩技术通过SDH E1通道实时传输，图像分辨率为720 × 576。视频控制信号采用RS422协议，通过SDH设备低速数据接口，由SDH传输网络提供互连链路，组成星形网络。

MSTP 传输平台提供10/100 M以太网接口，使骨干节点间得以高速连接，将各(分)中心局域网互连起来，组成完整的信息系统。采用多业务平台MSTP的技术，保证了通信系统的先进性。

5) 光纤自愈环网技术

为了减少运行环境相对恶劣的泵站(水库)计算机监控系统局域网线路破损造成的网络通信中断故障，计算机监控系统局域网采用工业级交换机组成100M光纤自愈以太环网。工业级交换机采用内部冗余24VDC电源设计，无风扇工业级结构设计，MTBF >171000小时，可以实现容错冗余环，发生故障时反应时间(切换时间)< 500 ms。环网自愈技术，大大提高了现场级局域网的可靠性。

6) 热备、冗余技术

为了确保关键环节的可靠性，采用热备、冗余设计以防止随机失效，主要涉及调度管理主计算机、调度员/操作员工作站、泵站机组LCU、控制电源、骨干通信网络、计算机监控系统局域网。

所有调度管理主计算机、调度员/操作员工作站均采用双机热备，一台设为主机，一台设为从机。监控软件通过不断地监测主、从机的工作状态来保证系统高可靠运行，当故障发生时，相应的备份单元瞬间即可完成自动切换，因此保证了监控数据和状态的连贯性，实现无扰动切换。

泵站机组LCU的热备冗余设计包括CPU热备冗余和输出通道冗余，当主处理器失效时，热备处理器能进行无扰切换，后备机将在48ms之内接替主控机的功能，管理远程I/O，用户不需任何维护即可继续系统运行。输出通道冗余保证了水泵电机主断路器的可靠分闸。

AC220V、DC220V双路冗余供电方式确保系统不因控制电源消失而失控。

骨干通信网络利用基于SDH的MSTP传输技术，采用二纤单向通道保护倒换环，局域网采用光纤自愈以太环网设计，确保系统不因通信线路破损造成的网络通信中断故障。

热备、冗余技术在综合自动化系统中的应用，使关键环节保证任务不中断，电源薄弱环节得以加固，安全环节得以多重保护，大大提高了系统的可靠性。

7) 远距离图像传输与控制技术

宁东一期供水工程视频监控系统是一个远程监控系统，各(分)中心具有本地视频监控功能，同时在调度中心具有远程监控能力，采用数字多媒体监控系统能有效的解决模拟监控系统在视频远程传输上的难题。

采用网络编解码器对图象进行数字压缩解压，在SDH通信网上进行图象传输，网络编解码器由编码器、解码器二个部分组成，经距阵切换后的模拟视频信号通过编码器实时转换成数字视频流，经SDH E1接口传输到调度中心，调度中心由解码器接受数据将其还原成模拟视频信号。采用数字压缩技术图像分辨率达到720 × 576，可实现高品质的图像在2M线路的实时传输。

视频控制信号采用RS422协议，通过SDH设备低速数据接口，由SDH传输网络提供互连链路，组成星形控制网络。

对工程视频监控的图象、声音、数据、控制信号采用数字化处理，使其在一条通信线路上即可实现多种信息的远程传输，同时保证了系统对图象清晰度和传输实时性要求。

8) 多级泵站水锤分析和防护技术

宁东一期供水工程具有自身的特点，即：工程布置呈“刚性连接”、输水管道长、管道布置存在多处局部凸起或变坡等，因此极易在管线中发生“水柱分离及其再弥合”现象，将可能导致很大的水锤压力上升，对管线及水泵机组造成极大的损害。

通过对各种事故工况的水力过渡过程及水锤防范措施进行仿真计算分析，在管线得四个变坡点设置单向调压塔、在各水泵出口设置具有快关和慢关的两段关闭液控止回阀，使得管线中出现的最大水锤压力得到了良好的控制，水泵最大倒转飞逸转速满足泵站设计规范要求。事故防范，提高了系统安全性。