北引自动化系统计算机网络设计

李 达，叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

北引自动化系统计算机网络设计

李 达，叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

黑龙江省引嫩扩建骨干一期工程综合自动化系统建设内容包括监控系统(干渠闸站监控子系统、干渠视频监视子系统、干渠堤防工程安全监测子系统、气象及地下水位监测子系统、冻害防治监测子系统)、通信系统、计算机网络系统以及信息系统。计算机网络系统设计为满足管理与决策需求，实现工程统一调度、运行参数校核、应急事故处理、工程数据录入处理、报表生成及打印及信息发布等功能，建设了集管(管理)、控(监控)、监(监视)为一体的黑龙江省引嫩扩建骨干一期工程综合自动化系统提供坚实的基础。

引嫩扩建一期工程；计算机网络；网络拓扑；网络分区

0 前 言

尼尔基水利枢纽配套项目黑龙江省引嫩扩建骨干一期工程主要包括北引总干渠、红旗干渠、友谊干渠。北部引嫩渠首位于尼尔基水库坝下约28km处，渠首采用闸坝结合的布置型式。枢纽总长5592.5m，由土坝、进水闸、泄洪闸、溢流坝、固滩等组成，两侧与嫩江堤防衔接。该工程主要任务是满足大庆、安达两市工业和居民、沿线农牧业灌溉和生态用水为目的的供水输水工程。

北引总干渠上布置渠系建筑物94座，主要包括节制闸8座，分水闸10座，抽水站3座；引水干渠分水闸共4座。退水闸3座，坡水涵洞13座，坡水渡槽3座，坡水渡槽有交通要求。铁路桥3座，公路桥5座，农桥39座。其他建筑物有交通设施的11座。河渠交叉建筑物共有2处。红旗干渠全长39.4km。红旗干渠渠道上共布置建筑物13座，进水闸2座，农道桥6座，倒虹吸1座，跌水3座，节制闸1座。友谊干渠长26.7km，主要任务是为向中引补水，实现北、中引联合调度。友谊干渠共包括进水闸1座，节制闸1座，跌水3座。公路桥2座，铁路桥1座，农道桥6座。倒虹吸1座，涵洞4座。

黑龙江省引嫩扩建骨干一期工程综合自动化系统建设内容包括监控系统(干渠闸站监控子系统、干渠视频监视子系统、干渠堤防工程安全监测子系统、气象及地下水位监测子系统、冻害防治监测子系统)、通信系统、计算机网络系统以及信息系统。

1 计算机网络设计原则

引嫩扩建骨干一期工程综合自动化系统根据管理职能设置1个总控中心、4个分控中心、2个管理中心及43个管理站/监控站。系统应以先进成熟的网络通讯技术为手段进行组网，支持数据、语音和视频等多媒体应用，具有标准化及开放性、灵活性和兼容性、可扩展性和开放能力、可管理性、可靠性和可用性、安全性与保密性、实用性和经济性，在有限的投资中构造一个性能最佳的实用性的计算机网络。

2 计算机网络拓扑结构选择

计算机网络拓扑结构主要包括总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络和网状型网络。

总线拓扑结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局域网的连接,总线一般采用同轴电缆或双绞线。 该结构便于安装及扩展,由于各个节点共用一个总线作为数据通路,信道的利用率高。但由于信道共享,连接的节点不宜过多且传输容量有限，可靠性及安全性差。

星型拓扑结构是一种以中央节点为中心的辐射式互联结构。适用于局域网,主要以双绞线或同轴电缆作连接线路。星型拓扑结构安装容易,结构简单,费用低,通常以集线器(HUB)作为中央节点,便于维护和管理。

环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构。信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备,每一台设备都配有一个收发器,信息在每台设备上的延时时间是固定的。环型拓扑结构安装容易,费用较低,电缆故障容易查找和排除。环型网络的缺点是当节点发生故障时,整个网络就不能正常工作。

树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树,与总线拓扑结构相比,主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。树型拓扑结构容易扩展、故障容易分离处理,缺点是整个网络对根的依赖性很大,一旦网络的根发生故障,整个系统就不能正常工作。

3 计算机网络拓扑结构组建

控制中心计算机网络的物理拓扑结构采用星型三级以太网络结构，第一层次以冗余设置的万兆核心交换机为连接的网段，提供若干千兆位交换模块，其中千兆位带宽用于连接各应用系统服务器、接入交换机、辅交换机、视频工作站、图形工作站、大屏幕工作站等设备，通过百兆位交换模块接入其他工作站；第二层次是通过百兆位的辅交换机、光纤网络，连接分控中心、控制站及各个管理站/管理所的监控系统设备以及授权工作站；第三层次以千兆位接入交换机为连接设备，组建企业内网并实现与外部网络的连接。网络二、三级节点分别组建百兆快速星型以太网，利用高性能、多端口的基于标准的分布式交换机作为远程连接主干、汇聚设备，满足广域网和局域网之间带宽及端口密度要求。

网络中心设备以及其关键部件采用双机双网结构，主要硬件设备采用冗余配置，避免单点故障导致系统瘫痪。

图1控制中心计算机网络图

4 计算机网络配置

网络中心设备以及其关键部件采用双机双网结构，主要硬件设备采用冗余配置，避免单点故障导致系统瘫痪。系统配置包括：独立的各监控子系统网段；独立的视频子系统网段；独立的多点视频会议网段；主网采用双网结构(2台核心交换机)；主系统由1台GPRS通信服务器、2台存储服务器、1台WEB服务器、1台内网服务器、1台网关兼PAS服务器、1台图形工作站、1台网管工作站、1台物理隔离装置、1台路由器及2台硬件防火墙组成。

1)web服务器1台，担负着对内部局域网及外网的网络服务。

2)图形工作站1台，小型机配置，实现可以轻松运行三维处理软件，并对一些高清卫星图片进行高性能的分析和处理。并处理能够解决并行渲染或合成等棘手的高性能图形处理问题。

3)存储服务器2台，小型机配置，设计存储服务器2台和磁盘阵列一组，形成Oracle集群服务，保证重要数据的安全。

4)网关兼PAS服务器1台，实现磁盘配额和文件权限管理，控制不同用户间的访问权限。要求有效的防病毒和黑客管理，建立访问日志。

5)内网服务器1台，组建企业内网。

表1 控制中心计算机网络系统设备配置表

5 网络分区

北引综合自动化系统网络基于计算机和网络技术的业务需求，划分为实时控制区(安全区Ⅰ)、非控制生产区(安全区Ⅱ)和管理信息大区(安全区Ⅲ)。

实时控制区(安全区Ⅰ)中的任务主要为闸门、泵站的实时监控，以及水位、流量、电气、电量等参数的采集通道。

非控制生产区(安全区Ⅱ)是干渠安全运行的必要环节，在线运行但不控制或对控制的实时性要求不高。

管理信息大区(安全区Ⅲ)是指生产控制大区以外的企业管理业务系统的集合。

安全区Ⅰ与安全区Ⅱ之间设置防火墙，安全区Ⅱ与安全区Ⅲ之间设置横向物理隔离网闸。

6 网络管理

一个完善的网络管理系统是计算机网络能够稳定可靠运行的保证。调度中心的业务是基于计算机网络(包括局域网和广域网)，所以网络管理对于我们的网络来说是至关重要的。网络管理做得好，用户至少可以得到以下好处：

确保业务不致中断，这对于信息广域网网络系统是至关重要的；

高性能的网络有助于提高工作效率和竞争力，网络管理员必须确保这些网络应用能顺利运行；

可以确保网络的规模和性能随网络的扩展而增长，不致于拖业务的后腿；可以确保数据的安全性和一致性；

降低网络维护的成本。

7 结 语

计算机网络系统设计为满足管理与决策需求，实现工程统一调度、运行参数校核、应急事故处理、工程数据录入处理、报表生成及打印及信息发布等功能，建设了集管(管理)、控(监控)、监(监视)为一体的黑龙江省引嫩扩建骨干一期工程综合自动化系统提供坚实的基础。

[1]中国灌溉排水发展中心.大型灌区信息化建设技术指南[M].北京：中国水利水电出版社，2012.

1007-7596(2017)08-0128-03

2017-07-20

李达(1983- )，男，吉林松原人，工程师；叶江南(1981- )，男，福建寿宁人，工程师。

TP393.07

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