項目背景

隨著城市發展和生活水平提高，原水取水規模遠遠不能滿足上海市的用水需求，原水供應量存在較大缺口。青草沙水庫及取輸水泵閘工程位于長興島西北側的中央沙，青草沙區域的沙體上，是上海市新的水源地工程。

青草沙水庫建成后，最大有效庫容達5.53億立方米，設計有效庫容為4.35億立方米。2010年供水規模達719萬立方米/天，而黃浦江總的設計供水能力為500萬立方米/天。供水范圍為楊浦、虹口等上海10個行政區全部區域及寶山、普陀等5個行政區部分地區，受益人口超過1000萬人，其規模占全市原水供應總規模的50%以上。

水庫為蓄淡避咸型水庫，取水采用泵閘聯合運行的方式，在非咸潮期通過上游取水閘自流引水入庫，而泵的功能主要是在咸潮初期提水預蓄滿庫避咸和咸潮期搶水，滿足在咸潮期不宜取水的條件下，保證原水出庫供水，供水以輸水閘自流供水方式為主。

項目目標

青草沙水庫綜合網絡工程是該原水工程的重要子項，系統的設計、集成開發將遵循穩定、安全和經濟的理念，系統要很好地滿足實時性、可靠性、可擴性等要求，在充分滿足水庫控制需求的基礎上進行一體化的集成。并且整個系統應具有規范的多專業、多協議、多系統和多相關方（系統）的通信接口，實現多專業信息與綜合自動化一體化融合，滿足系統綜合應用功能的需要。

網絡拓撲采用兩層千兆冗余雙環網的總體架構，不僅可以實現全網高度冗余，無任一節點丟失，又提高網絡的可靠性和工作效率。還可以對端口的流量進行設置，確保網絡的數據可控。

青草沙水庫綜合自動化系統包括一個控制中心和4個分控站（取水泵閘、下游水閘、輸水泵站、輸水閘井），整個工程地理分布廣闊。該系統將建立一個由控制中心和分控站組成的層次型監控系統，完成泵閘監控系統、水情測報系統、水質監測系統、以及水庫運行聯調決策支持、工程監測與安全運行評估、事故應急處理預案與決策支持等各種高級應用的綜合自動化系統。

項目實施與應用情況

青草沙水庫網絡系統的總體架構分為控制中心、取水泵閘、下游水閘、輸水泵站、輸水閘井等部分，整個網絡系統將以開放性、分布式、點對點為原則設計為一個橫向三層次網絡系統，三層網絡從下到上分別是數據采集層、應用服務層和數據展示層。

圖1  青草沙水庫網絡系統總體架構

縱向系統采用專用光纜將五個局域網首尾連接成一個1000M的干線雙環形以太網，最大程度地保證通訊的安全性、可靠性；同時視頻監控網絡也單獨形成1000M的光纖環網，以減少視頻信息對監控網絡系統的影響。

主信道主要進行SCADA數據傳輸、遙測等，備用信道傳輸視頻圖像和IP語音數據。主信道或備用信道中任何一個發生故障時，主備信道之間可以進行無擾切換，保證數據傳輸的正常進行，保證不發生數據丟失現象。為了保證無擾切換的正常進行，主信道接入端設置集成防火墻和入侵檢測的路由器，保證不會由于外界干擾而影響信道切換。備用信道設置兩臺路由器，一臺作為熱備，保證隨時可以進行切換。

效益分析

青草沙水庫是上海水源地“百年”戰略的重大工程，是保障城市供水安全、實現“多源供水一網調度”的戰略舉措。該水庫位于長江入海口處，地理位置十分特殊，水庫既要實現在非咸潮期的“避咸蓄淡”，又要在咸潮期末時段與兩鹽峰之間搶蓄優質淡水。因此，整套網絡系統的安全性、可靠性及擴展性尤為重要。

對于這樣一個網絡系統來說，持久性和耐用性尤其重要，絲毫沒有妥協的余地。基于N-TRON工業以太網交換機的網絡可以提供高性價比及優異的可靠性，根據系統要求的特殊性，組網方案中主要考慮及實現以下幾個方面：

·系統設計充分考慮多個業務子系統的系統特點，技術上遵循實用性與可靠性并重的原則，統籌規劃、分步實施，形成一整套無縫的組網解決方案；

·能夠完全滿足物理環境，溫度、防塵、電磁兼容性等要求；

·因網絡規模龐大，組網方案采用清晰的多層結構，簡化網絡的維護及管理，實現故障點的快速分離及明確，確保系統的穩定運行；

·組網方案具備故障排除及快速自愈功能，能夠針對設備故障、鏈路故障進行自我診斷及快速排除，并實時報警；

·主環網設計為雙環網冗余架構，避免單條鏈路故障對網絡的影響，實現鏈路最高的冗余性，并且減小了各級網絡的流量壓力。

整體網絡系統全部選用N-TRON交換機，網絡自愈時間可以達到30ms以內；對每個端口的在線流量監控和網絡分析；支持熱插拔，可進行在線維護；單臺設備延時6微秒以內；工業級標準，MTBF值20年以上。由于采用了成熟的定型產品，具有自診斷功能和較強的校驗、互鎖、檢錯、糾錯及自恢復功能，故系統的實用性十分優秀，能準確反應各設備的真實情況。全圖形人機接口能夠清晰地了解全系統各設備的運行情況，故障報警點的分支細節。

該套系統的設計和實現，從可靠、安全、經濟、技術先進和便于擴充的角度出發，既充分考慮現代水利的技術特性，又結合了大型水利工程的實際特點。可滿足現階段設備運行監控、安全監測管理和生產運行調度，且更加注重高起點統籌規劃，為后續進一步開發和完善構筑統一協調的軟硬件平臺。

整體平臺系統是一個高度的開放系統，各子系統的設計是模塊化的，接口設計標準化，具有較強的靈活性。可與嚴橋調度中心以及五號溝泵站節點SCADA系統實現無縫連接，一起構成完整的上海市原水調度優化控制系統。

摘自《自動化博覽》2019年1月刊