位于北京西北郊的屯佃泵站監控機房內，合肥三立自動化工程公司的工程師汪皓一邊眺望著窗外那條奔流向前的京密引水渠，一邊不時關注著一旁調試控制柜通訊的同事。合肥三立是國內水利領域最大的自動化集成商之一。
屯電泵站是北京密云水庫調蓄工程9級提升泵站的第1站，也是我國南水北調中線配套工程的一部分。而在已經通水的南水北調中線干渠工程中，汪皓所在的合肥三立同樣也是最主要的閘站監控系統電氣集成商之一。
在這樣一個事關近1億人口的國家級重大水利工程中，平穩、精確和可靠，以及快速響應是監控系統的首要要求。如何選擇一套優秀的自動化控制解決方案，如何找到一家值得信賴的自動化設備供應商，是合肥三立上上下下乃至工程建設管理方關注的焦點——西門子很快進入了他們的視野。
密云水庫調蓄工程完成后，來自湖北丹江口的富余南水將經由京密引水渠，反向輸水至密云水庫儲存。
圖為京密引水渠。
平穩而精確的自動化
南水北調中線的干渠工程以明渠為主，利用南北水位落差實現自流。它南起湖北與河南交界處的湖北丹江口水庫，一路往北，直達北京的團城湖和天津外環河，全長1432千米。
作為一項跨流域、長距離的特大型調水工程，它擔負著為北京、天津、石家莊、鄭州等19座大中城市及100多個縣市供水的重大任務。
干渠工程除了要保證正常輸水，還要考慮到工程安全、水質安全、防洪預警、運營管理等問題。因此，它具有自動化控制系統要求高、實時性強、系統龐雜等特點，需要對沿線的眾多節制閘、工作閘、退水閘、分水閘等實現實時自動閉環控制。
根據丹江口水庫供水的情況和沿途需水申請，水量調度系統確定實時調度方案。閘站聯合控制模型根據調度方案和當前渠道供水狀況，給出各個閘門的開度控制指令。閘站監控系統將這些指令自動下達到相應的閘孔，控制閘門啟閉。指令執行后的渠道輸水狀態也將反饋給閘站聯合控制模型，提出新的修正指令，直至平衡實現調度指標，構成閉環自動控制。
合肥三立攜手西門子為干渠工程的刁河至穿黃南段實施了自動化監控系統，占干渠全長約1/3。其中，82套西門子SIMATIC S7-400 控制柜（含降壓站遠程1/0），對82個現地閘站實現精確的自動化控制，以保持水流平穩。
“這樣大規模的調水項目對控制的精度要求非常高。比如常見的液壓閘門提升精度在設計上要求達到毫米級，才能做到閘前的設計水位控制。而西門子設備能夠很好地達到這樣的技術要求，幫助實現自動化系統的可靠、穩定。”汪皓表示。
這些控制柜中，有34套干渠主道閘站的冗余系統采用CPU412-5H，其余48套干渠支道閘站非冗余系統采用CPU412-2，同時西門子還提供了216套分布式遠程I/O模塊。
通過現地監測、控制等自動化設施建設，實現對監控閘站的引退水信息和運行狀態的遠程監測和控制，SIMATIC S7-400控制系統指引著南水北游。冗余的配置、可靠的產品，以及優質的服務讓南水北游之路變得更加智能、安全、順暢。
除了控制設備之外，西門子還為干渠的石家莊至北京段提供了12套大口徑電磁流量計，口徑從DN800到DN1600，為進京水量提供了安全穩定的測量。
西門子控制設備對水泵進行自動化控制，幫助將南水加壓提升。圖為密云水庫調蓄項目屯佃泵站。
快速可靠的數據傳輸
南水到達北京團成湖，在滿足北京的用水需求后，如果還存在富余，將經由京密引水渠反向輸水103公里至密云水庫存儲。
由于密云水庫地勢較高，富余的南水得經過9級泵站加壓，“爬高”高站加米，才能喝進密云水庫的“肚子”里。
相對于干渠上的閘站控制，正在建設中的密云水庫調蓄項目的泵站監控更為復雜。它要實現對水泵、閥門、閘門、清污機等相關設備的現地電動控制和遠程自動控制，同時要快速可靠地采集水位、流量、壓力、機電設備的運行狀態、閘門啟閉狀態、電流、電壓、溫度、各類保護信息和告警信息等等，并對主要電氣參量進行監測。
“此外，還要對輸水過程中重要控制點的水質信息進行快速采集和實時傳輸，以及對滲壓、土壓、測縫、地下水位進行工程安全監測，頻次高、數據量大。”汪皓說。
“因此，我們采用了約60套西門子過程控制系統SIMATIC PCS 7 AS410，同時在通訊方面集成了Profibus總線和Profinet以太網接口，尤其適于這類有眾多過程變量監控要求的環境，而且性能方面完全滿足甚至超出工程需求。”合肥三立項目總監蔣厚祥表示。
SIMATIC PCS 7 AS410控制設備不僅穩定可靠，而且響應速度快，完全能夠做到狀態點采集周期小于1秒，采集數據到遠程數據庫的時間小于2秒，而且可靠性高。CPU模塊平均無故障間隔時間大于10萬小時，投運后系統可利用率大于99.9%。
在閘泵站這類關鍵設施的監控系統中，冗余是一大挑戰，也是保護設備和可靠傳輸數據的根本保障之一。SIMATIC PCS 7 AS410便具有雙機熱備及冗余現場總線結構，即機架、電源模塊、CPU模塊、同步模塊等采用完全相同的配置，網絡通訊同樣采用冗余配置。這樣即便其中一段網絡故障終止工作，也會有另一段網絡被激活使通訊功能暢通。
在自動化工程項目中，發生數據通訊故障的原因往往在于來自多個供應商的不同自動化產品之間的通訊問題，或是新建泵站與原有閘站設備之間的集成問題。
“我們要在很短的時間內解決新建的泵站與原有的閘站監控設備、儀表之間的集成和通訊，系統兼容性要好。”汪皓認為這也是實現快速可靠的數據傳輸中的一項挑戰。
SIMATIC PCS 7 AS410控制器向上通過冗余的Modbus -TCP和工業交換機連接，進而實現第三方工控機數據監控和記錄的功能。另一方面現場采集的閘門開度儀、電動執行器以及其他基于各種通訊方式的儀器儀表設備的狀態信息通過RS485 Modbus上傳到分布式I/O從站，并通過冗余的Profibus-DP協議傳輸給控制器。
西門子設備之所以具有較強的兼容性，源于提供的支持第三方通訊的功能庫，使得控制器能無縫接入第三方設備的網絡，兼容的網絡才能保證兼容的系統。
除了密云水庫調蓄項目之外，西門子也與合肥三立一起參與了北京、河北的多個南水北調中線配套工程。比如北京水源十廠的自動化項目也采用了14套西門子SIMATIC PCS 7 AS410控制設備。
在屯佃泵站，工程師們在討論西門子設備的調試問題。
中國南澇北旱，歷時50多年的南水北調工程不僅是一個浩大的世界性水利工程，更見證了我國經濟社會的滄桑巨變。蜿蜒水脈，綿延千里，正需要先進而可靠的自動化控制系統保駕護航。在這里，西門子正大顯身手。
