项目背景

随着城市发展和生活水平提高，原水取水规模远远不能满足上海市的用水需求，原水供应量存在较大缺口。青草沙水库及取输水泵闸工程位于长兴岛西北侧的中央沙，青草沙区域的沙体上，是上海市新的水源地工程。

青草沙水库建成后，最大有效库容达5.53亿立方米，设计有效库容为4.35亿立方米。2010年供水规模达719万立方米/天，而黄浦江总的设计供水能力为500万立方米/天。供水范围为杨浦、虹口等上海10个行政区全部区域及宝山、普陀等5个行政区部分地区，受益人口超过1000万人，其规模占全市原水供应总规模的50%以上。

水库为蓄淡避咸型水库，取水采用泵闸联合运行的方式，在非咸潮期通过上游取水闸自流引水入库，而泵的功能主要是在咸潮初期提水预蓄满库避咸和咸潮期抢水，满足在咸潮期不宜取水的条件下，保证原水出库供水，供水以输水闸自流供水方式为主。

项目目标

青草沙水库综合网络工程是该原水工程的重要子项，系统的设计、集成开发将遵循稳定、安全和经济的理念，系统要很好地满足实时性、可靠性、可扩性等要求，在充分满足水库控制需求的基础上进行一体化的集成。并且整个系统应具有规范的多专业、多协议、多系统和多相关方（系统）的通信接口，实现多专业信息与综合自动化一体化融合，满足系统综合应用功能的需要。

网络拓扑采用两层千兆冗余双环网的总体架构，不仅可以实现全网高度冗余，无任一节点丢失，又提高网络的可靠性和工作效率。还可以对端口的流量进行设置，确保网络的数据可控。

青草沙水库综合自动化系统包括一个控制中心和4个分控站（取水泵闸、下游水闸、输水泵站、输水闸井），整个工程地理分布广阔。该系统将建立一个由控制中心和分控站组成的层次型监控系统，完成泵闸监控系统、水情测报系统、水质监测系统、以及水库运行联调决策支持、工程监测与安全运行评估、事故应急处理预案与决策支持等各种高级应用的综合自动化系统。

项目实施与应用情况

青草沙水库网络系统的总体架构分为控制中心、取水泵闸、下游水闸、输水泵站、输水闸井等部分，整个网络系统将以开放性、分布式、点对点为原则设计为一个横向三层次网络系统，三层网络从下到上分别是数据采集层、应用服务层和数据展示层。

图1  青草沙水库网络系统总体架构

纵向系统采用专用光缆将五个局域网首尾连接成一个1000M的干线双环形以太网，最大程度地保证通讯的安全性、可靠性；同时视频监控网络也单独形成1000M的光纤环网，以减少视频信息对监控网络系统的影响。

主信道主要进行SCADA数据传输、遥测等，备用信道传输视频图像和IP语音数据。主信道或备用信道中任何一个发生故障时，主备信道之间可以进行无扰切换，保证数据传输的正常进行，保证不发生数据丢失现象。为了保证无扰切换的正常进行，主信道接入端设置集成防火墙和入侵检测的路由器，保证不会由于外界干扰而影响信道切换。备用信道设置两台路由器，一台作为热备，保证随时可以进行切换。

效益分析

青草沙水库是上海水源地“百年”战略的重大工程，是保障城市供水安全、实现“多源供水一网调度”的战略举措。该水库位于长江入海口处，地理位置十分特殊，水库既要实现在非咸潮期的“避咸蓄淡”，又要在咸潮期末时段与两盐峰之间抢蓄优质淡水。因此，整套网络系统的安全性、可靠性及扩展性尤为重要。

对于这样一个网络系统来说，持久性和耐用性尤其重要，丝毫没有妥协的余地。基于N-TRON工业以太网交换机的网络可以提供高性价比及优异的可靠性，根据系统要求的特殊性，组网方案中主要考虑及实现以下几个方面：

·系统设计充分考虑多个业务子系统的系统特点，技术上遵循实用性与可靠性并重的原则，统筹规划、分步实施，形成一整套无缝的组网解决方案；

·能够完全满足物理环境，温度、防尘、电磁兼容性等要求；

·因网络规模庞大，组网方案采用清晰的多层结构，简化网络的维护及管理，实现故障点的快速分离及明确，确保系统的稳定运行；

·组网方案具备故障排除及快速自愈功能，能够针对设备故障、链路故障进行自我诊断及快速排除，并实时报警；

·主环网设计为双环网冗余架构，避免单条链路故障对网络的影响，实现链路最高的冗余性，并且减小了各级网络的流量压力。

整体网络系统全部选用N-TRON交换机，网络自愈时间可以达到30ms以内；对每个端口的在线流量监控和网络分析；支持热插拔，可进行在线维护；单台设备延时6微秒以内；工业级标准，MTBF值20年以上。由于采用了成熟的定型产品，具有自诊断功能和较强的校验、互锁、检错、纠错及自恢复功能，故系统的实用性十分优秀，能准确反应各设备的真实情况。全图形人机接口能够清晰地了解全系统各设备的运行情况，故障报警点的分支细节。

该套系统的设计和实现，从可靠、安全、经济、技术先进和便于扩充的角度出发，既充分考虑现代水利的技术特性，又结合了大型水利工程的实际特点。可满足现阶段设备运行监控、安全监测管理和生产运行调度，且更加注重高起点统筹规划，为后续进一步开发和完善构筑统一协调的软硬件平台。

整体平台系统是一个高度的开放系统，各子系统的设计是模块化的，接口设计标准化，具有较强的灵活性。可与严桥调度中心以及五号沟泵站节点SCADA系统实现无缝连接，一起构成完整的上海市原水调度优化控制系统。

摘自《自动化博览》2019年1月刊