万家寨引黄入晋清徐原水直供工程自动化通信网设计

史 超

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 引言

山西省万家寨引黄入晋工程联接段清徐原水直供工程属引黄工程的支线工程，位于太原市，供水水源为引黄水。引黄水经由引黄联接段7号洞出口经呼延水厂供水衔接工程、向西干渠分水工程以及汾河西干渠进入晋阳湖，再采用输水管道至受水区，为太原市清徐县、小店区和晋源区3县（区）的经济发展提供水资源保障。年供水能力1.2亿m3。沿线共设5个分水口，2座泵站。

输水系统采用全线自动化控制与调度，引黄工程总调度中心设在太原引黄管理局，调度中心设在晋阳湖泵站。正常情况下，工程运行由调度中心远程控制。调度自动化工程首先需要一个完善的通信网络，通信网络是整个工程管理的中枢神经，是保证调度中心运行指令安全快速传达的载体。

此次设计主要是完成清徐原水直供工程自动化通信网设计，接入引黄工程太原调度中心，实现统一调度。

2 通信方案设计

根据现有通信方式，提出4种通信方案进行比选。

方案一：集群通信方式的组网方案。该方案通过新建集群通信系统基站，在本工程的各站设置数据传输平台组成自动化监测通信网，实现自动监测数据传输。覆盖不到的测站需增加中继站进行延伸。

方案二：超短波通信方式的组网方案。该方案在输水线路各站点设超短波中心站，中心站设备与太原调度中心微波通信（已建设）相连，并在各测站设置超短波数字电台，实现监测数据传输。

方案三：卫星通信方式的组网方案。卫星通信系统是微波通信的一种，作为中继站转发微波信号，在多个地面站间通信，实现对地面的“无缝隙”覆盖，卫星覆盖范围远大于一般的移动通信系统。本工程适用Inmarsat－c组建卫星通信网。

方案四：光纤通信方式的组网方案。该方案采用光纤通信方式，利用输水线路敷设光缆连接各测站，并在泵（闸）站等与通信网相连，在晋阳湖泵站调度中心信息汇总后与太原总调连接。

方案一的优点是投资少，但一般输水线路大都建在偏远地区，覆盖盲区多，而且集群通信易受外界干扰，误码率高，信道容量不足，不能很好地满足自动化通信的要求。

方案二设备简单、投资少，但通信距离较近，受地形影响较大，电波通过山岳、丘陵、丛林地带和建筑物时会被部分吸收或阻挡，使通信困难或中断，可靠性较差。

方案三设备成熟、简单、投资少，不受地理条件限制，具有灵活的可移动性，但后期运行费用高，传输速率低。

方案四的最大特点是信道容量大，速率高，在一根光纤中可同时传输几百甚至上千路信号，可传输实时图像，而且抗干扰性好，通信质量高，使用持续时间长。缺点是成本高，尤其是远距离传输价格昂贵。但近年来光纤传输技术日趋成熟，光纤设备成本大幅下降，光纤通道在调度自动化系统通信通道建设中使用越来越普遍，成为一种最常见的组网方式。

根据引黄工程前期运行情况，部分线路采用了短波通信系统和集群通信系统，但存在以下问题：由于输水线路建在偏远地区，很难做到覆盖所有监测站，存在通信系统盲区；信道容量不足，难以满足各站可靠上传输数据的需要；部分站点受外界干扰，通信误码率较高，常常发生中断现象。

根据以上4种方案的经济与技术比较，结合引黄前期已建通信工程的运行经验，本工程采用方案四，即采用光纤通信方式。光缆路由起点设在太原总调，分别经过晋阳湖泵站、小店分水阀、晋源分水阀、清泉湖分水阀、清徐水厂分水阀、末端调节阀、太化泵站、工业园分水阀，最后到达太化泵站支线调节阀，光缆采用单模12芯G.652D光纤，线路全长约40 km。

3 通信网络系统设计

3.1 结构设计

万家寨引黄工程自动化工程的计算机广域网已建成并投入运行多年，它以MSTP为平台建立，采用分层结构设计，依次为核心层、骨干层、接入层。核心层通讯网络采用容量为2.5 Gbit/s的基于SDH的MSTP系统。骨干层通讯网络采用容量为622 Mbit/s的基于SDH的MSTP系统。接入层通讯网采用工业以太网交换机，分别就近接入骨干层通信节点，构建光纤以太网。

本工程在晋阳湖泵站至太化泵站新建骨干层，采用基于SDH的MSTP系统，容量622 Mbit/s，组成光纤环网结构。通信工程所涉及的站点为晋阳湖泵站、太化泵站、清泉湖分水阀、小店分水口、晋源分水口、清徐分水口、工业园分水口，其中晋阳湖泵站为本工程总调度中心站点。通信工程采用光纤通信系统，为晋阳湖泵站、太化泵站、5座分水阀站点配置SDH设备，并提供2 M接口、以太网接口；接入层通信网采用IP网络方式接入，如末端调节阀、支线调节阀距离太化泵站仅500 m左右，在所属各站设置工业以太网交换机配置百兆单模光模块通过光纤就近接入太化泵站（骨干层通信节点）。各站点配置工业以太网交换机，实现自动化、数据业务的接入。

3.2 语音通信系统

近年来，网络与通信技术得到了迅猛发展，同时水利工程规模与复杂性是以前工程不可比拟的。相应的水利工程自动化信息业务也在不断发展，这就对通信业务的类型、容量和可靠性提出了更高要求。实际运行中工程运行人员希望通过不同的终端和不同的地点实时得到语音、数据和多媒体融合业务。这就需要信息传输具有语音通信、数据、视频通话等功能，通信交换设备的数据业务具有更高的技术指标。

软交换技术是程控系统的一种核心技术，能很好地解决通信中存在的不同设备、网络、技术之间的互通问题。软交换系统是语音网向数据网融合的NGN（下一代网络）的核心技术。软交换系统集合了IP网络的优点，能提供语音、数据、视频及多媒体业务的基于分组技术的综合开放的网络架构，具有业务功能丰富，融合范围广，汇接能力强，标准统一开放的诸多优点。故本工程程控系统采用软交换技术。

根据业务需求，在晋阳湖泵站调度中心设置1台NGN核心设备，采用SoftCo作为晋阳湖调度中心区用户接入设备。SoftCo是解决通信方案的核心设备，是一种小型的NGN系统设备，该设备具备IP交换能力，采用SIP（会话起始协议）接入软交换网络，同时Softco自身具备内部交换功能，本地传统话音业务可通过Softco进行交换，而网间呼叫由软交换进行呼叫处理。晋阳湖调度中心、太化泵站及各阀室可通过专网经IAD（综合接入设备）将普通模拟电话接入软交换网络，将本工程各部门内线号码连接至引黄工程各系统的办公地点，使内部短号互通并具备语音通信业务。

4 结语

通过引黄前期工程通信网的运行经验及对通信各种方案比较，本工程传输网采用了MSTP，IP网络化传输与共享、光纤工业以太网、NGN等先进技术和设备。系统建成后，可为工程调度的安全可靠运行提供有力保障，使供水工程发挥巨大的经济效益和社会效益。