自动化水处理设备

甘肃祥晟水电——智慧水利闸控系统试点项目方案

发布日期:2021-07-15 作者:甘肃祥晟水电科技有限公司 点击:

智慧水利闸控制系统试点项目方案

一、方案背景

1、发展现状

近年来,随着我国通信技术发展速度的不断加快以及社会经济发展进程的不断深入,水利工程建设取得的成就有目共睹。当今社会发展中,互联网信息技术的应用范围越来越广,大部分行业都在向着"互联网+"的方向发展,在自己的产业结构中不断加强信息技术的应用,当然智慧水利建设也不例外。信息化水利工程建设在我国已经拥有30多年的发展历史,在当今信息化水利工程建设中智慧水利是一个全新的形态,这也是互联网时代下,现代化水利工程发展的必然要求。

智慧水利是基于水利信息化、数字化和智能化建设,运用新一代物联网、5G通信网络、光网络等,利用云计算技术、MSTP等高性能信息数字化技术,深入开发和高度整合水利信息资源,实现水利感知、传输、应用的网络化与智能化,有效的实现水利信息的共享,提升水利工程运用和管理的效率和效能。目前,我县已建成山洪灾害监测预警系统、地下水计量系统、水利枢纽闸控系统等,在一些业务信息处理,存储和本地控制环节已发挥了显著作用。但从总体上看,业务处理仅实现了现地数字化,信息共享机制不健全,有限的数据资源达不到远程数字化管控程度,使用率和控制率较低。现行的局域网设置和信息化水平还远远不能满足水利业务的需求。

为贯彻落实水利改革发展总基调和“安全、实用”水利网信发展总要求,近日,水利部在出台《智慧水利总体方案》和开展智慧水利优质应用案例和典型解决方案评选基础上,印发《关于开展智慧水利先行先试工作的通知》(水信息〔202046号),启动智慧水利先行先试工作。这是水利部大力推进智慧水利的一项重要举措,旨在围绕水利业务中的难点和痛点,选择基础比较好,有代表性的流域和区域,围绕重点领域,而我县乃至我市水利信息化不够成熟,强化新一代信息技术与水利业务的深度融合,推进智慧水利率先突破,示范引领全国智慧水利又好又快发展,驱动和支撑水利治理体系和治理能力现代化,智慧水利势在必行。

2、建设意义

面对当前的形势,长期的水利实践证明,完全依靠工程措施,已经不能有效解决当前复杂的水文监测监控问题。广泛应用现代物联网及5G通信技术,充分开发水利信息资源,拓展水利信息化的深度和广度,工程与非工程措施并重是实现水利现代化的必然选择。以水利信息化带动水利现代化,以水利现代化促进水利信息化,增加水利的科技含量,降低水利的资源消耗,提高水利的整体效益是我县发展智慧水利的必经之路。

1)智慧水利项目建设,能大大提高雨情、水情、旱情和灾情采集传输的时效性,提高预测和预报的及时性和准确性,为制定防洪抗旱调度方案,提高决策水平提供科学的依据,蕞终达到充分发挥已建成水利工程设施效能的作用。

2)智慧水利项目建设,能在水资源开发、利用和治理的同时,更为注重了水资源的配置,节约和保护,为水资源的统一配置、统一调度、统一管理,提供重要技术支持和信息支持。

3)智慧水利项目建设,能在政府机构改革和职能转变之机,深入利用信息资源以更好地管理复杂的事务,提高管理水平和工作效率,使社会各界有效的监督部门工作,达到政务公开和改进服务的目的。

4)智慧水利项目建设,对于现在推行的节水型农业,提高水资源的利用率,提高资源共享,促进国民经济协调发展将具有重要现实意义和长远的历史意义。

3.结构图示

智慧水利

智慧水利标准体系架构拓扑图


智慧水利闸控系统

智慧水利数据平台拓扑图


智慧水利闸控系统

智慧水利总体架构图

 

3、项目需求

4.1、项目建设目标

智慧水利闸控系统试点项目建设的总体目标是:建成第一个以信息采集系统为基础、5G通信平台为支撑、信息管理与决策支持系统为核心的信息化工程。利用蕞新覆盖5G网络信息传输快速化、准确化,预警预报准确化、及时化,决策调度智能化、科学化和可视化。建成的系统工程高效可靠、实用先进、资源蕞大程度共享,具有国内领先的水平,为水资源综合管理及调度提供科学依据和现代化的手段。大大提高水利事业活动的效率和效能,实现东河水管处两处试点水利管理信息化。

4.2、项目建设规模

智慧水利项目建设旨在通过应用、网络及传感三个层面,运用新一代物联网、5G通信网络、光网络等,利用MSTP和云计算等高性能信息和数字技术,结合实际,构建成一个多功能的、安全高效的服务平台,形成一个上联政府及水务局,下联东河水管处及水管所,横联各水管站,覆盖东河灌区范围的综合体系。

4.3、项目建设内容

智慧水利试点项目建设内容包括:东河水管处五干、六干闸房启闭机改造、太阳能供电系统、远程闸控系统、信息采集及传输系统的标准规范化建设。

二、系统结构

1、系统概述

工程项目位于东河水管处五干渠及六干渠闸房。每个闸房共建有三孔闸门,闸门开度01.8米。该项目闸门自控系统采用分层分布式结构,即现地控制、本地自动化控制、远程传输控制。闸门自控系统以“无人值守,远程监控”为设计原则,采用SCADA系统结构,通过5G技术、自动化控制技术、太阳能供电技术等,为用户提供一套既可现地对闸门进行控制,也可远程通过计算机进行闸门启闭的自动化控制系统,该闸控系统可接入渠道水位信号、流量信号、闸门开度信号、现场视频信号等,能够将水位、流量、开度、视频画面等与闸控系统集中显示在一个软件画面中,使得远方操作更加可视,达到无人值守、统一调度的目标。

系统通过对两个试点闸门水文状况进行实时监测控制,将使东河水管处的有效管理从以下几方面得到有效提升:

1.将水文和水质参数经软件数据分析,指导对闸门的启闭,实现水体的定向有序流动;

2.及时准确分析各水闸的水情、雨情、闸门工况,实现灾害天气前预先进行水闸的启闭、预降渠道水位等;

3 提高水资源调度水平,为东河水管处提供实时水情,缩短现场信息上传和调度指令下达的时间,提高了工作效率,使相关决策更加的科学、合理。

2、设计依据及标准规范

GB2887《计算机场地技术要求》                             

GB998  低压电器基本实验方法

GB4026 电气设备接线端子和特定导线线端的识别及应用字母数字系统的规则

GB4720 低压电器电控设备

GB7251-97低压成套开关设备和控制设备

GB1479 低压电器基本标准

GB50171 电气装置安装工程盘,柜及二次回路接线施工及验收规范

GB50256 电气装置安装工程启闭机电气装置施工及验收规范

GB50254 电气装置安装工程低压电器施工及验收规范

GB3453数据通信基本型控制规程

GB9813-2000微型计算机通用规范

GB2887-2000计算机场地技术规范

IEEE802.3网络技术标准

GB23128操作系统标准

SL75-94 水闸技术管理规范

SL170-96  水闸工程管理设计规范

JB/T5234GB720工业控制计算机系统验收大纲

相关的GBIECIEEEISOANSIDINJHJIE标准、产品质量法,在执行中如有新标准则按新标准执行;当各标准不一致时,以标准高者和蕞新版本为准。

3、设计原则和基本技术要求

(1)控制权限分级

本工程闸门控制系统控制部分划分为三层,即现地控制层和本地自动化控制层及远程控制层。权限优先级别为现地控制层、本地自动化控制层和集控中心层;

现地控制层采用自动或手动控制两种方式。

本地自动化控制层负责信息的集中管理和自控。

远程控制层负责数据采集的接受和管理控制。

2)通信方式

系统采用物联网及5G通讯方式实现计算机自控系统与现地控制单元通信,向现地控制单元发送指令,并接受现地控制单元上送的各种信息,达到闸门启闭的快捷性和准确性。

 (3) 系统的开放性和可扩展性

整个系统采用分层分布的网络结构,其运营商网络通讯协议是国际公认的、开放的,可以很方便的对系统进行扩展和连接,系统的软硬件均采用模块化设计。使自控系统更能适应未来智慧水利功能的增加和规模的扩充。

4、闸门自控内容

输入/输出信号统计

1.png


                      

闸门自控系统


 

闸门监控系统报警信号统计

2.png


5
闸门自控系统详细技术要求

                                闸门控制
                                                       闸门控制图


5.1、闸门自控系统主控层功能要求

1) 实时数据采集和处理

数据采集

接收现地控制单元有关数据并存入数据库,实时显示系统状态,实现画面更新、控制调节、记录检索、操作指导及故障记录分析。故障报警信号应优先传送,并记录故障发生的时间。实现声光报警信息。并记录操作员登录信息和操作信息。

主控级计算机通过DTU及遥测终端机与现地PLC通信,实时采集每个闸门的位置,每台启闭机的工作状态,动力及控制电源状态及有关操作状态数据。

主要完成下列数据量的采集:

a. 实时显示上游水位和每扇闸门流量数据;

b. 各台闸门启闭机工作状态位置;

c. 网络通信设备的状态;

d. 现地单元主要设备(PLC、闸门开度仪)的状态;

e. 闸门上升或下降状态;

f. 动力电源及控制电源的状态;

g. 操作员的操作状态;

h. 电压、电流数据;

I.手动数据输入及修正功能,能够修改应传感器产生的错误与误差;

数据处理

数据处理的内容至少包括:

(1) 数据编码、校验传递误差、误码分析及数据传输误差控制;

(2) 生成各种数据库,供显示、刷新、打印、检索使用;

(3) 对数据进行越限比较,越限时发出报警信号并打印记录;

(4) 时间顺序记录,应及时处理生产过程中发生的每一个事件,记录每个事件发生的时间和事件性质,事件包括正常操作和故障;

(5)数据通信处理;

2) 实时控制功能

操作人员根据各自权限登录,通过选择不同的操作模式,用鼠标和标准键盘,对自控对象进行下列控制:

a. 中控室闸门的上升、下降的远方控制;

b.闸门LED灯的开闭及调控(选配);

c.现场视频的监测控制;(选配)

d.集控中心闸门调度的控制;

e.报警功能开启并自动切除(10分钟);

3) 实时运行监视功能

a. 闸门运行过程监视

自控系统的模拟显示应包:

1)每扇闸门升降模拟图:模拟显示单台闸门和成组闸门的升降过程,及闸门开度数据,对闸门的升降过程进行过程监视。

2)闸门实时水位数据显示,流量的计算(选配)。

b. 状态自控及报警

4) 记录、报告、统计制表

所有自控对象的操作、报警事件及实时参数报表等都应予记录,对故障信号进行事件顺序记录,能在TFT上显示,打印机上按预订表格打印出来(采用中文格式)。当发生电源断相等故障引起启闭机电源断路器跳闸以及电气过负荷、机械过负荷等故障时,进行事件顺序记录的显示、打印、存档。每个记录均包括点的名称、状态描述和时标。

打印记录分为定时打印、事故故障打印、操作及参数修改记录打印、工作日程修改打印、越限打印、维修报告记录及召唤打印记录等工作方式。

记录、报告的内容包括:

操作事件记录

自动顺序记录所有的操作过程,包括操作对象、操作指令、操作开始时间、执行过程、执行结果及操作完成的时间、操作员的姓名等。

报警事件记录

自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目,生成报警事件汇总表。

报告

按时、日、月生成各种统计报表,也可根据操作员站的指令生成各种报表。

历史数据记录

各主设备运行档案记录打印。

其它。

5)生产管理

在自控工作站的显示器上能以数字、文字、图形、表格的形式对以下信息进行动态显示,包括以下图形和表格:

闸门升降模拟显示图;

闸门操作流程图;

计算机自控系统框图;

电气配电系统接线图;

各种事故、故障显示图表;

闸门操作次数统计表;

各种监视量上、下限整定表;

历史记录查询;

主控级还可对闸门的启闭情况,闸门的启闭事故记录进行制表打印。制表打印具有定时打印和召唤立即打印功能。在各级控制站能无权限的调用所有历史数据。

此外,在各级控制站专业人员能够一定的权限下对弧开度及流量进行数据输入修改,操作员可通过键盘鼠标输入各种数据,在一定的权限下更新或修改各种应用程序,接受上级调度部门的命令,并把数据传送给上级主管部门。

主控级还具有语音报警功能(主控级选配)。

6) 数据通信

系统主控级与现地PLC之间的通信采用以物联网及5G通讯方式通讯,与各现地控制单元通信,向各现地控制单元发送指令,并接受现地控制单元上送的各种信息。

闸门自控系统与本地计算自控系统的通信采用串口或者5G通信,具体的通信协议在现场由甲方确定。

闸门自控系统与远程集控中心远程控制功能采用以物联网及5G通讯方式通讯。

7)系统自诊断

系统设备硬件故障诊断包括LCU、外围设备、通信接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断,故障点应能诊断到各模板,并发出报警信号。

软件故障诊断应能对计算机各软件进行在线诊断,诊断出故障软件功能块并应发出报警信息。在系统进行在线诊断时,不影响计算机自控系统对各设备的自控功能。

 

5.2现地控制层功能要求

现场闸门设置1LCU现地控制单元,配置一套可编程控制器(PLC)实现对闸门的现地控制,兼有上下游水位采集显示功能。现地控制层能与主控层通信,将水闸启闭机状态、闸门开度、上下游的水位等信息上传至主控层计算机,同时主控层计算机能够对所有闸门进行远程的集中调度控制。

现地控制级主要完成对闸门的控制、操作显示以及与主控级的通信。主要功能如下:

1) 数据处理功能

采集和处理以下数据信号并传至主控层:

①闸门开度、位置信号;

②根据闸门开度计算流量;

③现地运行方式行状态信号;

④故障信号;

⑤电源回路电压监视;

⑥上下游水位测量。

2) 操作控制功能

①闸门控制权限分为三级,即现地监视层、本地自动化控制和远程集控中心控制(预留);

②设有各种正常操作、应急操作和检修调试的单步手动操作按钮,用于现场控制和调试;

③可对闸门的开度进行手动预置,实现闸门的任意开度的启闭控制;

④闸门关终位手动锁定信号显示;

⑤可对视频监控球机并入并控制。

3) 保护及报警功能

闸门开、关到位自动停机;

电机过流、过负荷保护、报警;

手动锁定保护;

闸门运行上、下极限位保护;

在控制系统发生严重故障时,具有自动紧急事故停机的功能;

LCU开出接点发警报;现场运行闸门控制报警和装置运行状态报警。

6、系统配置清单

系统配置清单

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三、经济、社会、环境效益


1、经济效益

东河水管处智慧水利试点项目建设从整体上提升了水利渠道信息采集、收集的数字化水平;信息网络的建设实现了水利行业内部及社会相关部门间的信息交换和无缝连接,有效消除信息孤岛;深度开发信息资源,可以实现管理信息化,决策科学化,从而实现水利系统整体工作的优化。降低了单项应用成本,使各项工作无须都从头做起。这些在信息资源开发与应用过程中资金的节约本身就是效益。

从手动到自动化在到信息化,通过水利业务的信息化改造使工程运用水平得到明显提高,制止手动控制的不准确导致的水资源浪费,配合以节水、污水处理回用措施的跟进,其直接经济效益十分可观。

2、社会效益

智慧水利项目建设除了有明显经济效益,更重要地体现在信息化进程中所能发挥的社会效益。由于水利工作具有明显的社会公益特性,智慧水利项目建设也将以提供更多更好的社会公益性服务为主。通过智慧水利项目建设,充分开发应用与水有关的信息资源,与运营商Z新5G网络结合,保护以及水环境保护与治理等综合管理和决策服务,提高了水资源优化配置及水利工程的科学管理水平,解决好流域水利与经济社会发展的诸多矛盾,就能为保护人民的生命财产、保证人民的正常生活、维护社会的稳定起到重要作用。伴随着水利信息化的实施,水利政务工作的日趋透明,政府形象得到改善,增强了公众对政府的信任感。

 3、环境效益

智慧水利项目建设可以更加有效地监测污染物的排放,有效防治水污染。如对污染物排放总量的监督,能够严格分清污染责任,审定水域纳污能力,制订污染物排放总量控制方案,对水污染实行有效的防治。通过对水土流失的有效监测和水土保持措施执行情况的有效监控,可以明显改善生态环境,实现山绿水清。

四、主要结论

综上所述,可得出以下结论:

1、智慧水利试点项目建设主要为东河水管处水资源统一管理等服务,总体上属于社会公益性工程。

2、同时又会带来经济效益、社会效益和环境效益。

3、智慧水利项目建设将为全面提升永昌县水利事业活动的效率和效能、率先基本实现水利管理和行政现代化提供重要技术手段和设施,意义重大。

4、本方案提出了一种新型渠道自动化监控设计方案,能够可靠、稳定地实时监测和输出数据,无线传感器网络节点体积小,并只需要部署一次就可以进行长期的监测工作,同时,传感器网络节点具有一定的数据处理能力和通信能力,可以将大量的监测数据无线发送到集中器,并进行存储,统计分析和显示。而且能够定期提供渠道的状况信息,长期累积的数据可显示水质的变化趋势,政府也可根据这些数据评估所推行的各种措施的成效。整个系统对管理区实施全面监控,将现场采集的数据、图像、声音、视频等基础信息实时传送到监控中心,进行数据分析及远程控制,极大地提高测控工作的精确度,改善传统监测的工作质量,实现真正意义的实时水文信息的采集、远程监测控制和统一管理。

 

 

 

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关键词:水利闸控系统,智慧水利闸控系统,甘肃智慧水利闸控系统

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