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序论:在您撰写自动化通信工程时,参考他人的优秀作品可以开阔视野,小编为您整理的7篇范文,希望这些建议能够激发您的创作热情,引导您走向新的创作高度。
1计算机传输技术发展的国内外现状
现在计算机所提供的信息数据传输服务发展相当迅速,应用更加广泛。由于大量信息在互联网上传播流动,也促使了信息数据资源的高度共享和不同产业在计算机技术发展的基础上产生的巨大竞争力,这就是信息时代不同产业产生激烈竞争。国外计算机信息传输技术发展早、起点高、发展速度处于引领地位、高端技术层出不穷。在信息传递服务中,互联网技术使得海量信息得以高速传播、流动,信息传输服务业掀起一股狂热的风气,信息传递媒介的改变,也大大丰富了人们的生活,人们可以足不出户阅读海量信息,生活形式丰富多彩。互联网媒介同时突破了传统信息传递媒介的单一性,使人们进入多媒体时代。
就目前状况而言,我国各个大中城市都已经出台为广大人民群众服务的ISP,特别是在高度现代化的城市,如北京、上海、广东等,都已经研发出各种公共信息网来为公众提供资讯信息、综合服务等业务。而很多企业也开始利用计算机信息传输技术来提高企业的办公自动化的效率,从而促进办公自动化的发展。在企业办公中,计算机信息传递技术主要利用电子邮件的大规模传递信息,这样一方面可以节省下发通知时用的纸质资源,同时也节省传达命令所用的时间,极大地提高了工作效率。现在,利用计算机信息传输技术在通信工程方面已经得到广泛的应用,人们可以随时随地利用各自的终端设备,实现查询信息的需求,同时,计算机信息传输技术也在办公自动化中得到广泛应用。我国各大企业单位通过计算机信息传输技术的深度应用,实现了办公自动化的大发展。同时企业利用计算机信息传输技术,扩大了企业的无形规模,进一步拓展了企业的业务范围,促进各个行业的信息交流,使他们能够及时分享各种资源,这样就促进各个行业的发展,反过来进一步推进计算机信息传输技术在办公自动化和通信工程中的深入应用与研发。
2计算机信息传输技术
计算机信息传输模块由信息交换模块、信息传输模块以及信息接收处理模块等3个模块有机组成。信息交换模块是用来处理不同线路之间信息的交换,信息传输模块是用来传输需要的信息,而信息接收模块就是接收到从其他工作人员发出的信息。在计算机信息传输中,根据发出设备与接收设备传输的距离,可以分为近距离传输与远距离传输两种方式,而远距离信息传输是要通过传输网实现的,传输网是由省际干线、省内干线以及末端介入点组成,这样就可以进行远距离的信息传输,而近距离传输原理则更为简便。计算机信息数据传输技术的工作核心就是要传输信息,以计算机为发送与接收的载体,开发出不同方式的信息传输程序,实现实时发送与同步接收,因此利用计算机信息传输技术实现办公自动化是技术发展的必然方向。
2.1近距离计算机信息传输技术
计算机信息传输技术本质是数据的传输,在通信工程与办公自动化中就是要传输所需要的数据信息,但是接收方必须知道发送方何时何地发送信息,同时要及时地进行处理,目前主要传输方式有异步传输与同步传输2种不同的方式。
2.1.1异步数据传输方式
异步数据传输方式的数据以字符为基本单位,同时发送的数据分为起始位、数据位、空闲位、停止位以及波特率等。而数据是按照二进制进行传输,起始位要先发出一个逻辑“0”信号,这就代表着数据传输的开始;当处于逻辑“1”状态时,就表示当前线路上没有数据信息的传输;波特率表示数据传输的速率。根据传输的协议,就可以进行数据的传输。异步传输是将传输的数据作为一个整体进行传输,每次可以传输8位数据或者更多。同时传输数据的间隔是固定的,并没有明确的规定。这种数据传输方式比较简单,但是传输速度比较慢。而且由于不同的传输数据的过程中,可以采用不同的字符间隔,因此接收数据模块必须时刻准备接受数据信息,所以占用接收模块的很多资源。
2.1.2同步数据传输方式
同步数据传输方式可以将不同的字符组合在一起发送,而这些字符的组合称为数据帧。数据帧的发送包括一组同步字符,相当于异步数据传输方式中的起始位,可以告知接受设备数据可以接收,同时可以保证接受设备采集数据的速度与比特率达到一致,从而使发送数据与接收数据达到同步。因此同步数据传输是以数据块为基本传输单位,在传输的数据块的起始位置加上帧头、在数据结束位置上加上帧尾。这样就可以有效解决异步数据传输方式下效率低的缺点,从而提高数据传输的效率。因此目前在计算机信息传输中,通常会采用同步数据传输方式,可以提高通信与办公自动化中数据传输效率。
2.2远距离计算机信息传输技术
与欧美发达国家相比,我国计算机信息传输基础设施比较落后,因此利用计算机信息传输技术还处于初级阶段。但是近些年发展速度很快,各大城市中已经设有面向公众的终端设备,在一些小城市则没有这样的优惠政策,这样就造成各个不同的地区发展不平衡,从而使计算机信息传输技术在通信工程与办公自动化方面没有得到更广泛的应用。对于我国不同行业而言,位于各大型城市的企业等机构会较容易享受到计算机信息传输技术发展所带来的办公自动化,而另外一些由于自身条件的限制,或者是由于企业选址的特殊要求,使得其必须布局在比较偏远的城市甚至是乡村之中,它们则很难享受到计算机信息传输技术发展所带来的高工作效率,例如:关系国家命脉的水利行业,由于很难顺利地接触到最先进的计算机信息传输技术,从而严重影响了其与国际接轨的速度与步伐。导致我国水利行业发展速度较慢,甚至出现停滞不前的情况,进而产生类似于蝴蝶效应的反应,波及到其他行业的发展。
所以在缺乏网络环境的条件下,努力实现计算机信息的高速传输是研究重点。我国的ISP基本都位于大城市中,而且手续比较复杂,如上述所说,在那些偏远的地区,很难立刻实现网络的全方位无死角覆盖。那么,在偏远地区要想实现计算机信息传输技术进行数据的高速传输,就必须在计算机上安装传真调制解调器,它的主要用途是进行远距离信息传输,主要特点是速度快、操作简便。
3计算机信息传输相关软件的介绍
远距离信息传输技术需要利用远距离信息传输通信软件才能实现。美国CHEYENNE公司在1995年推出了基于WINDOWS操作系统的远程通讯软件Bit Warefor Windows Version(简称BWV)3.24 F/D。该软件对通信设备的要求不高,能很好地满足远程通信,使用方法比较简便,具有很好的用户界面。
3.1BWV 3.24 F/D的运行环境
将该软件在计算机进行信息数据传输通信测试,在486/33计算机要求传输速率为2400,波特率设置为MODEM,这样就可以满足数据传输要求。
3.2BWV 3.24 F/D软件的安装
BWV 3.24 F/D的安装非常简单,只需要将安装盘上的SETUP.EXE程序运行,然后根据提示依次执行下一步就可以完成安装。
3.3BWV 3.24 F/D的主要功能
该软件可以实现信息数据的发送传真、接收传真以及EDI功能。
信息数据发送传真功能可以利用WINDOWS应用程序直接发送数据;由BITWARE直接发送传真与简短信息;同时可以将传真分给多人,就需要将这些人归为一组,就可以利用传真文件格式存储文件;之后就可以方便数据的转发、重发、浏览以及打印等操作。
接收传真功能可以设置自动接收传真模式,只要将BITWARE设置为接收传真状态,工作人员同时可以利用其它WINDOWS应用程序而不影响数据的传输,这样当有传真需要接收时,就可以自动接收传真;另外若在FAX/MODEM上接有电话时,可以将电话拔出,然后利用手动接收功能来接收传真,同时还可以设置自动打印等操作,实现自动化控制。
关键词:邮电高校;电气工程;通信原理
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)06-0158-03
近二十年来,我国信息通信业的发展速度远远高于国民经济的速度增长,基本形成了一个世界级水平的信息通信网络。进入21世纪,信息通信业仍迅猛发展,技术革命的浪潮风起云涌,正在引发信息通信领域的产业重组,三网(计算机通讯网、电信网和有线电视网)融合是其中的典型代表,具体到西安邮电大学就是“两化融合”(信息化和工业化)(西安邮电大学是陕西省两化融合中心承办单位)。“两化融合”宏伟目标的实现,不是单靠一个通信技术就可以实现的,需多学科融合在一起,尤其是通信技术和电气技术的融合。通信技术迅猛发展的现实,使我们意识到在邮电类高校培养21世纪的电气工程专业人才中,对专业培养方向和目标应有清醒的认识,必须结合当前形势,进行细致的调查研究和科学分析,以便适应时代社会发展的需要。
一、电气专业开设《通信原理》课程的必要性
电气工程是我国高等工程教育的重要学科门类,而作为一个邮电类高校培养的电气工程师除了应具备电气工程专业的基本素质外,还应有邮电类高校的特色。《电气工程及其自动化作为一个宽口径专业,一定要更好地与信息技术发展的趋势融合。在邮电类高校的电气工程及其自动化专业开设《通信原理》课程,主动适应社会对人才的需要,是教育的本质决定的,也是高校人才培养工作的出发点和落脚点。
二、《通信原理》课程在电气专业的基本内容和教学方法改革
《通信原理》课程的主要内容包括:信号和噪声分析,信号设计理论,幅度调制系统,角度调制系统,模拟信号的数字传输,信道复用和多址方式,差错控制编码和同步原理等。作者将清华大学、北京邮电大学、天津大学、西安电子科技大学和我校(西安邮电大学)通信工程专业的《通信原理》教材进行了比较,其基本内容均大同小异。根据《西安邮电大学本科培养计划》的要求,我校“信息工程”专业《通信原理》课程的教学环节包括理论授课64学时和实验8学时。但是,将《通信原理》课程引入电气工程及其自动化专业,显然不能照搬信息类专业的教学计划和要求,必须在教学计划的安排、师资队伍的建设、教学内容和环节等方面作出合适的配置,以适应电气工程及其自动化专业学生的专业背景和方向。近几年来,我们对通信原理课程的教学内容、实践环节、教学手段等进行了全方位的改革与实践,取得了一定成效。
1.精心安排讲课内容。一般来讲,所选教材章节的编排顺序就是教师授课内容的顺序,而《通信原理》课程的教材在“调制”方面的内容编排上一般采用的顺序为:“模拟信号模拟调制”―“数字信号数字编码”―“数字信号模拟调制”―“模拟信号数字编码”。对电气专业的学生讲授这些内容时,教师一定要注意结合电气专业的相关特点,把电气专业所涉及到的有关模拟信号、数字信号的内容穿去,以便取得更好的教学效果。但作者经过多年的教学实践,发现如果把“模拟信号数字编码”提前到“数字信号数字编码”的前面,授课效果会更好一些。但在讲解数字系统之前,我们应向学生解释两个问题:①如何把模拟信息转变成数字信号。②转换精度如何控制。最后再来讲解数字信号是如何传输的。作者认为这样的改变使教学更有连贯性,更接近于实际的通信系统。学生在学习的过程中,将会更加清楚明了,对知识的掌握将更加牢固。
2.传统和现代化教学手段相结合,有效提高教学质量。随着现代科学技术的快速发展,教学手段也由过去的语言、黑板板书等传统教学方式转变为多媒体的方式教学。多媒体方式教学的优点是课堂的有效时间增加,信息含量高;缺点是学生在有限时间里接受不了那么大的信息量。《通信原理》是一门公式和推导过程相对较多的课程,采用多媒体方式教学,固然节省了板书时间,但是学生对公式和推导过程留下的印象并不是很深。但板书的教学方式就不一样了。教师在书写公式及公式推导的过程中,学生就对公式及整个推导过程有了深刻的理解和记忆。虽然花了一些时间,但听课效果提高了很多。所以,作者建议为了有效提高教学质量,教师在选择教学手段时要灵活多变,应以如何能让学生更好理解、更深刻理解为标准,灵活选择教学方式。把多媒体教学方式和板书教学方式结合起来,以达到更好的教学效果,进一步提高《通信原理》课程的教学质量。
3.改革实践教学环节,提高实验水平。实践性教学对巩固理论知识、培养学生分析与解决问题的能力及开发他们的创造力都有十分重要的作用。结合教育部提出的“卓越工程师培养计划”是为贯彻落实党的十七大提出的走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署,贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》实施的高等教育重大计划。卓越计划对高等教育面向社会的需求而培养人才,调整人才的培养结构,提高人才的培养质量,推动教育教学改革的发展,增强毕业生就业的能力,具有十分重要的示范和引导作用。作为邮电类高校,具体执行教育部提出的“卓越工程师培养计划”,落实到教学上,就是增加实践环节教学课时,改革实践教学方法,提高实验水平。作者在进行《通信原理》课程实践教学改革时,对该课程的实践教学环节也作了必要的改革。《通信原理》课程的实验教学一直存在着实验内容陈旧、实验手段落后等问题。结合“卓越计划”,作者在培养计划中增加了学生自制相关实验设备、装置的内容。在具体执行前,首先增加了实践环节课时,可采用多种形式进行。比如:老师自主出题,以开放实验的形势,分别从大一、大二、大三招收学生,针对不同年级学生的基础和情况,题目从简单到复杂,以适应不同年级学生的情况。教师授课时间比较灵活,晚上、周末或者实验室有空的时间都可以,只要老师和学生提前沟通好就行了。其次积极把课内实验、开放实验的内容与全国大学生竞赛结合起来,通过课内实验、开放实验的训练,选拔出一批优秀的学生集中强化训练,从而在大学生竞赛中取得好的成绩。经过一段时间的具体实践后,收获颇丰。作者带领学生自制了广播铁搭通信演示仪、通信原理教学实验装置综合实验台等相关设备。有的也应用到了大学生竞赛当中,也取得了一些成绩。虽然自制设备参考了一些现有设备,但自制过程对参与的学生来说有非常重要的意义和作用。整个设备的自制过程,自始至终由学生独立思考,独立设计,自己动手,既锻炼了学生的实践动手能力,又能让学生充分发挥他们的聪明才智,培养了学生的创新意识与创新能力,使他们能够在实践中进一步提高自身的综合素质。
随着现代科学技术的发展,各学科间呈现出互相渗透、互相融合、交叉发展的趋势,对本科应用型人才的培养带来了更高的要求。针对邮电高校的电气专业的学生来说,既要学好电气专业的基础知识,又要体现邮电高校的特点。教学改革内容应当着眼于如何能够把电气专业和邮电特色紧密结合,培养出具有特色的电气专业的学生,是教师在教学过程中需要认真思考和面对的问题。通过在邮电类高校电气工程及其自动化专业开设《通信原理》课程的教学改革与实践,不仅丰富了教学的手段,提高了教学的效果,而且调动了学生的主观能动性,有效地培养了学生的创新能力和科研能力,为全面适应新世纪我国工业现代化建设,尤其是通信行业对高级应用型电气专门人才的需要,打下了良好基础。
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关键词:准东供水工程自动化系统设计
1.引言
为了适应国家西部大开发战略,把新疆建成我国重要的石油天然气化工基地、煤电煤化工基地和重要战略资源接替基地,依托该区域丰富的煤炭资源,在未来的五到十年期间,将吉木萨尔~奇台~木垒准东一线建成全疆煤炭优势资源转换试验区,称准东煤电、煤化工工业基地。但由于当地水资源匮乏,属资源性缺水。准东供水工程满足准东煤电煤化工工业基地生产、生活用水的远距离输水工程, 通过三级加压泵站和压力管道将水输送工业基地,线路全长213.1km,主要建筑物有:泵站3级、事故备用水池3座,分别设置在10#闸、五彩湾和将军庙。。工程在2010年供水量达到1亿m3,2020年供水量达到2亿m3.
准东供水工程的自动化系统是按照“无人值班和少人值守”的原则进行的总体设计和系统配置的,设有集中控制系统和三套泵站自动化系统,在集控中心和各泵站都设有计算机局域网,每个计算机局域网由网络交换机、服务器、各应用系统工作站等组成,各泵站信息通过主干通信网上送集控中心,进行整个输水系统信息交换,实现信息共享。
2.设计原则
2.1开放。监控系统应完全符合开放式(OSF)环境,编程语言采用C或C++语言。这种全开放式的结构将保证梯级计算机系统在今后长期运行中的可扩展性,使其随计算机及网络通信技术的发展得以更新。泵站计算机监控系统与微机继电保护系统、变频系统、直流电源系统、温度巡检系统、公用屏PLC系统及其他现地控制单元PLC之间的数据通信。
2.2分层分布。功能和相关数据库分布在各计算机上。例如,操作员工作站通过人机界面完成实时的监视与控制,实行数据采集和处理功能分布在每个计算机上;局域网各节点计算机的数据库分布在各结点上。这样可使本计算机监控系统具有更高的效率、更高的可靠度及更好的可扩充性。集控中心可直接控制、调度到各泵组、主要开关和闸门。即各泵组的起/停命令、闸门的开度调节可从调度中心计算机监控系统直接发到各泵组现地控制单元和闸门控制柜,由各泵组现地控制单元和闸门控制柜自动完成泵组的起/停和闸门的开度调节,并返回足够的信息。当出现故障时,调度中心自动制定各站的事故处理措施,直接控制各泵组的起/停和闸门的开度调节。各泵站层具有分级事故处理的功能,并能脱离集控中心独立工作。集控中心也可向各站下达调控命令和所需抽水的总流量设定值由各泵站、闸门级计算机系统确定并完成泵组的起/停、闸门的调控。
2.3可靠性高。为提高可靠性,系统采用冗余配置。至少采用两台主计算机来实现实时控制,即一台工作,另一台为热备用。操作员工作站选择了双CPU以便具有冗余能力。另外,局域网为双总线冗余,双UPS电源系统等。
3.系统结构
准东供水工程自动化系统是面向泵站群的自动化系统。包括图形界面、SCADA、通讯服务、WEB服务、站级应用、高级应用等模块。
准东供水工程自动化系统除了一般控制系统的所有特点外,还特别就泵站群的对象特点开发适合的应用,合适泵站群的联合运行和优化调度系统;适合泵站群的仿真培训系统;合适少人值班(无人值守)的故障自动诊断和理系统、信息通知和查询的WEB应用和ONCALL系统。下图为准东供水工程综合自动化系统的配置方案。
准东供水工程综合自动化系统拟采用开放式分层分布系统。由集控中心、各泵站站控级和各泵站内现地控制单元三层结构组成。
集控中心与各泵站站控级之间的通讯连接通过SDH光纤网以TCP/IP方式实现;各泵站站控级和现地控制单元之间的通讯连接通过网络交换机、通讯服务器联结。集控中心的计算机群主要由2台互为热备的冗余系统数据库服务器、2操作员工作站、1套通讯作站、1套遥视工作站、1套工程师工作站、1套语音报警工作站、1套大屏幕投影驱动计算机组成。集控中心的计算机网络系统采用不低于100Mbps级以太网设备连接系统服务器及各计算机。
各站级控制中心由2套操作员工作站、1套通讯作站、1套遥视工作站及配套的打印机、UPS电源等组成。控制网络采用10/100Mbps以太网交换机接集控中心的光纤星型网中。
每泵站现地控制单元由机组现地控制单元、公用现地控制单元、直流屏及辅机控制系统等组成,各现地控制单元由彩色液晶触摸屏、微机继电保护装置、可编程逻辑控制器、电气量采集装置、通讯服务器等组成。
4.系统功能
4.1集控中心:
(1)集控中心通过独立的计算机监控系统,对各级泵站实行集中控制、监视及四遥功能(遥控、遥调、遥测和遥信),并按要求将泵站的主要信息上送水调中心。
(2)集控中心计算机监控系统根据水调中心下达的控制命令,实现自动开/停机组。
(3)集控中心的控制可分三个层次,即现地控制单元就地控制、厂站级计算机监控系统远方控制和集控中心计算机监控系统远方控制。控制的权限按就地、厂站、集控中心从高到低,控制权限可以通过操作开关和计算机软件切换或闭锁。集控中心控制级的功能包括对整个泵站实行集中控制,定时采集泵站实时的运行数据。
4.2 泵站监控系统:
各泵站自动化系统功能满足泵站无人值班(少人值守)的设计要求,能迅速、准确、有效地完成对泵站被控对象的安全监视和控制。有下列四种运行方式。
(1)远方自动方式:在正常情况下,泵站由中控室操作员工作站的人机接口设备进行控制,由泵站控制层计算机按预先给定的条件,通过泵站现地控制单元发出指令,通过执行机构实现泵组自动启停控制和调节。
(2)调度自动方式:在正常的无人值班情况下,中控室通信服务器接受来自东延供水集控中心、水利调度中心的指令,由站控层计算机按预先给定的条件,通过泵站现地控制单元发出指令,通过执行机构实现泵组自动启停控制和调节。
(3)现地手动方式:监控系统现地控制单元屏上设有现地操作面板,布置有手动紧急停机和事故停机按钮,并设有“现地-远方” “自动-手动”位置的切换开关,当该切换开关在现地和手动位置时,运行人员可通过机旁操作面板上的控制开关直接作用泵组现地控制单元实现对泵组的开/停机和断路器操作;通过各开关柜上的控制开关实现对带电动操作机构的断路器操作。此种控制方式也可用于现场试验操作。
(4)现地自动方式:在泵站控层与现地控制单元的网络连接失去联系时,现地控制单元能根据被控对象的工况独立自动运行。正常情况下,现地操作柜的切换开关在现地和自动位置时,运行人员也可以通过现地控制单元上的触摸屏实现对泵站主设备的控制、调节。
5.结束语
关键词:配电工程;通信自动化;性能分析;研究与应用
中图分类号:TM7文献标识码: A
前言:通信系统是电网运营数据传输的主要通道,从数据模型上看,电网的配电路线会突显出电网的控制能力,因为信息数据可以在智能化的控制中心完成既定的供电任务。
一、配电线路通信自动化概况
1.1通信自动化系统简述
配电线路的通信自动化系统是指线路的功能路线可以增加设备运行情况的真实性,将真实情况转换成数据,再将这些数据导入计量模型当中。信号源通过发送设备将数据传输给工作人员,工作人员利用信道的数据预测能力,对信号进行变频处理,确保接收的信号准确、有价值。从这一角度讲,配电线路的自动化系统所应用的通信手段大多为混合式的通道路径,这种路径能够产生不同的应用价值和能力。
1.2通信自动化系统在配电工程中的作用
单一途径的数据传输管理模式,已经无法在现代化配电工程中使用。随着供电设备、电力设备、配电装置的升级和改革,其电力生产装置可以在短时间内将信号转化成数据信息。同时,由于不同装置产生的信息呈现形式不同,所以配电工程要想合理的应用这些信息,必须依靠功能加强、信息储存、处理、翻译功能非常好的通信自动化系统。由此可见,对于配电工程而言,配电线路的路径布设、路线选择、供电工程设计等管理内容都和配电自动化系统有着密切的关系。
二、配电线路自动化对通信系统的要求
通信系统的维护环境复杂,所以配电线路必须在一个稳定的环境下布设,以保证数据的通信效率、质量。有时,供电工程还会出现突发状况,如停电、自然灾害、错误操作等,在遇到以上危险情况时,各供电装置上的运行数据至关重要,是工作人员对故障进行预判、做出应急预案的主要依据。因此,通信系统需要满足多种技术要求,只有这样,才能保证配电线路在恶劣的运行环境下不中断信号输出。
2.1通信速率要求
一般配电线路的通信速率要求是10KV,监控设备、变电装置、馈线自动化系统等公用电量输出需要在一个稳定的通信速率下,才能完成信号运输。如远方抄表系统、自动化计费系统等通信系统辅助结构,配电线路需要分配给它们大量的速率分流。因此,通信速率的高低,不仅影响着配电线路主干线的通信情况,还关乎供电工程各辅助结构是否能够协调运作。
2.2通信能力
大多数供电工程的配电模式为双向通信,因为这种通信方法可以弱化故障源的影响作用,缩小故障给整个通信系统带来的信息传输压力。双向通信可以增加工程特殊供电区域的自动化调度能力,使其能够在干扰的环境下,正常进行信号、数据、资料等信息的传输工作。
2.3通信系统的维护工作
融合了多个通信方式的通信系统,其运营规模随着电网工程的改造正逐渐扩大。通信系统的覆盖范围增加了,其维护工作的任务和责任也就变得非常艰巨。因此,通信系统设计人员在设计系统程序结构时,应详细分析系统的结构和应用性能,尽可能降低系统维护工作的复杂性。
三、配电线路通信系统的应用性能
配电线路分为主站级和若干副站级,不同级别的供电线路其通信模式各不相同。依靠传输媒介,采取合适的通信方式,可以将各种类信号第一时间传输到控制中心,为工程管理人员的管理决策提供重要的参考资料。通信系统的应用性能,主要表现在以下几个方面:
3.1电力载波
电力载波技术是指增强两点之间装置通信能力,实现点对点的信息交流,常用在变电站通信工作中。电力载波是一种感应信号,在线路运输中如果没有遇到强大的电磁场作用,是不会中途停止的。所以,即使配电线路各生产设备在运行时会产生非常大的噪音,这些噪音也不会影响电力载波在通信系统中的输入和输出。如果电力载波通信受阻,通信系统也可以将阻抗变化大、信息量损耗大的数据利用高频气体放电进行修复处理。
3.2脉动控制通信
脉动控制技术是指供电设备输出的高频信号在配电线路中运行,依靠脉动能量控制信号的传输方向和传输位置。从脉动控制信号的工作特征上看,该信号的运输情况受配电线路运行状态的影响巨大。信息经变压器、电容器、数据处理器等多个负载装置,其可控性能并不会改变,依然不会高于10bit/s,移频效率则高达55bit/s。
3.3工频控制通信
工频控制技术是利用过量信号进行信息传播的,工频电压过大,电力传输线对信号的运输能力会急速降低,在这个时候,信号会选择相对狭窄的区域,控制检测设备的调制线路,在电压波形没有产生较大变化时,输出原始信号。一般情况下,装置信号可以通过多个脉冲通道运输,以脉冲波的动力为信号传输源,这种信号的传播速度非常快。工频控制是一种多层级控制体系,利用信号的多层影响力,工作人员可以找到信号出现波动最大的地方,更深层次挖掘通信系统对信号的控制点。
3.4光纤通信
光纤通信是指依靠光为传输载体,在光导纤维的媒介作用下,实现信号的高效运输。由于光纤传输频带非常宽,所以短时间内,光导纤维可以运送信息量巨大的数据信号,并能够同时保证其完整性。同时,光导纤维的电磁兼容性非常好,其媒介材质的各性能都很符合通信系统的工作要求,可以埋设在地表下方,实现远距离信号传输。在光纤通信的影响下,通信系统的信号传输途径变得多种多样。同时,依靠电磁信号、脉冲信号的配电线路,也逐渐转变了运营模式。但是由于光纤材质抗拉强度非常低,所以在引用时应特别关注光导纤维的连接方式和布设线路的周边环境。
3.5有线电视通信
有线电视通信是指利用传输系统的配电自动化性能进行信号传输,将组成有线电视的电缆分层级安装,每个层级预设的接受信号频率、信息处理配置各不相同,这种处理方法可以提高有线电视通信的针对性,帮助工作人员实现单向、单一途径的信号传输。但是由于有线电视的维护成本非常高,所以南水北调的供电工程很少采取这种方式实现信号传输。
结论:
通过上文对配电工程通信系统的信号运输内容进行系统分析可知,南水北调的配电工程中采用的通信系统相对科学,其应用价值很高,使用范围很广。无论是信号控制管理,还是信号的高效率传输,都标志着通信系统的性能对信号的控制能力在逐渐增强。
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关键词:水利工程;通信自动化;故障分析;研究与应用
中图分类号:TV文献标识码: A
前言:对于水利工程而言,正常运输状态下的信号,其传输能力是受多个限制性因素影响的。信号传输指令的准确性直接影响着水利工程的管理效果、控制能力以及施工效果。因此,从供电角度上看,水利工程必须实时监控通信系统各施工项目的数据,并结合数据内容,分析下一阶段故障检修的重点区域。
一、水利工程通信系统工作原理分析
水利工程是通过控制和调配自然界的地表水和地下水,达到除害兴利目的而修建的工程。作为与人类生活息息相关的重要资源,水利工程可以将固有资源转化成其他的资源,利用通信系统掌握工程状态数据,可以实现能源的调节和输出控制。覆盖整个水利工程的通信系统,变电站的电流数据汇编成统一的数据平台,通过特殊的通道,信息可以在通信路径中实现再处理功能,并起到稳定水利工程运营状态的作用。目前,水利工程应用的组网结构主要分为三层,核心层、汇聚层和接入层,通信系统利用上述三个结构层可以汇聚工程信息,找到信息节点,设置具有控制功能的通信装置。
二、通信自动化故障分析
信号在传递过程中,信号接收器必须突破自动化通道的访问权限,才能搜集到目标信息。远动信息是水利工程中的核心状态信号,如果远动信号在自动化通道中无法交互运作,则信号接收器会发出相对故障指令,中断信号通信,以防止水利工程各施工设备受故障信号干扰。无论是硬件还是软件,通信系统都需要及时更新设备,保持电力系统在一个正常的环境下运行,为水利工程提供充足的电能。综上分析可知,通道故障主要表现在两个方面:
2.1远动设备故障
远动设备是发出远动信号的主体装置,水利工程中的远动设备如果收到通信阻碍,在强大电流、电压环境中,信号并不会按照既定的通道路径运输,因此,水利工程的信号运输路径受远动设备的影响干扰很大,重要信号不能及时、有效的运送到信号控制中心,水利工程的其他运行设备也会受到影响。
2.2数据误差
通信设备的自动化运行能力很强,处在正常运行状态下的设备会通过通信装置发送信号。这些信号的呈现形式、运输时间、变化频率都是固定的,因此,如果控制中心接收到的数据存在误差,且误差超过额定范围,则表明发送该信号的水利工程运行设备出现了故障。常见的信号参数有五种,分别为波特率、音频频率和频偏、正负逻辑、同步字和报文规约,其误差表现形式如下:
2.2.1波特率
水利工程中的各供电装置和通信系统采用的波特率是一致的,波特率发生改变,则传输通道中的信号会发生位置和方向偏移。即使控制中心接收到了此类信号,这些信号也无法应用在数据处理程序中,不能跟其他设备进行信息交流和互动。
2.2.2音频频率和频偏
音频频率在通信系统中的精准度要求很高,音频精度不稳定,则信号呈现出的频率波动范围会逐渐扩大,其信号的可靠性和准确性都会受到影响。因此,音频频率是水利工程通信自动化故障中常见的“信号传送故障”。
2.2.3正负逻辑
当通信系统的频率过高时,信号在高频环境下,其低位逻辑会受到严重损害。如发送的信息为正向逻辑语言,在传输通道中,其信号方向会发生反转现象,变成负向逻辑语言。从信号出现故障的表现形态上看,传输方向的错误判断是引起信号正负逻辑紊乱的根本原因。
2.2.4同步字
水利工程的电力主站收到的控制信息,其同步字是相同的。除固有信息呈现模式之外,符号也是通信信息组成的重要元素。在没有特殊规定的情况下,如果信号前的同步字不再一致,说明传达到水利工程电力主站的报文,其信号呈现模式不合格,甚至有可能其信号本身就是错误乱码数据。
2.2.5报文规约
报文信息错误不仅体现在同步字上,通信系统中其他解释程序出现错误也可以导致错误报文的出现。由于水利工程涉及到的信号种类繁杂,通信系统在解释信号时很容易出现权限分离问题,访问权限分界不确定,会让数据信号的翻译行为超出报文规约,从而影响整个通信系统的运行状态。
三、维护水利工程通信自动化故障的解决对策
面对水利工程复杂的故障问题,工作人员必须从优化通信系统资源配置入手,引用先进的故障检修技术,从监测、维修角度,实现水利工程运行信号的双向控制。
3.1定期检查
采用定期维护的管理模式,可以提高通信控制中心对信号的控制能力。以维护为核心理念的检修工作,需要不断改变信号通道和通信装置的应用性能和使用范围。远动设备是水利工程设备检查中的主要通信装置,检修人员不仅要搜集所有设备运行数据,还要更深层次解析错误信号在远动设备中的呈现方法。首要检查对象确定之后,检修人员还需进一步提取相关参数信息,找到可能存在的参数误差问题,开展一系列具有针对性的检修工作。
3.2故障维护
不同音频传输方式呈现的通信效率和质量各不相同,因此,大多数水利工程通信自动化系统会采用性能优越、传输效率高的信号传输方式。音频维护作为故障维护的首要任务,其核心管理内容是检测不同通道中相同音频传输方式的信号,并根据信号的完整性和实用价值,分析通信通道在不同区域位置,适合采用哪种音频传输方式。与此同时,检修人员还可以通过升级通信系统的方式,提高各区域通道传输信号的抗干扰能力和借鉴能力。如在核查远动信号时,工作人员可以引入频率数量参量,来分析音频信息的准确定;在检测波动率时,工作人员可以校对固定周期内,信号波动率的变化范围,如果范围符合信号录用标准,则应当采取必要的维护措施。
除上述故障维护项目之外,数字传输方式的维护也至关重要,检测人员首先应选定数字的接口位置,测量设备之间的传输距离,将这两个参数信息转化成数据,导入数学模型当中,如果信号的传输和接收出现了故障问题,则工作人员可以在第一时间找到检测报告中的指定设备,并采取切实有效的故障维护方案。
结论:
综上所述,水利工程中的通信系统可以有效落实信号传输工作,为工程管理者提供可靠的工程状态信息。通信自动化故障是一个棘手的检修任务,其难点在于捋顺通信通道,找到信号传输障碍。由此可见,检修人员要想提高整个水利工程的运行质量,应加大通信系统设备的监控、维护力度,在确保各通信设备良好的同时,落实好每一项参数核对工作。
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关键词:胶东调水;高疃;自动化监控
中图分类号:TU991.2 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)03-0017-01
1 高疃泵站自动化系统总体结构
高疃泵站处于胶东调水工程第六级泵站,泵站出水口直接连通压力管道,在正常通水运行期间,泵站不允许出现停机的情况,对泵站的监控系统要求较高。另外,高疃泵站接入电力电压等级为35kV,为减少泵站监控系统的复杂性,泵站供配电系统集成在泵站监控系统中。
为提高泵站监控的可靠性,方便泵站信号的采集与机组控制,高疃泵站的监控系统采用分层式分布监控系统。
2 泵站监控系统功能
高疃泵站监控控制系统的功能主要包括:泵站信号的采集与处理;设备的运行监视与事故报警;设备的控制与调节;数据通讯;供配电保护系统、直流系统;视频监控系统等。
2.1 泵站信号的采集与处理
2.1.1 模拟信号的采集与处理
高疃泵站主要模拟量包括泵站进水池水位,进水管压力、出水管流量压力、水泵电机温度、调速电机转速、供配电保护装置信号等,经现场传感器采集并传递到中控室作显示和处理。
模拟信号的采集与处理过程为:首先由现场的信号采集单元对模拟信号进行采集,转化4-20ma信号后,传输至PLC模拟输入模块,经过PLC处理后存入数据库。人机监控界面读取相关数据,并通过设定相关上下限范围在监控界面上显示。泵站供配电系统通过保护装置将相关信号直接接入泵站监控系统,由泵站监控对供配电系统实现遥控、遥测。
2.1.2 泵站开关信号的采集与处理
泵站的主要开关信号,包括高低压开关柜的开关、限位等信号,进出口电动蝶阀、液控蝶阀的开关、限位信号,调速装置的控制信号、各类故障信号等。
2.2 设备的运行监视与事故报警
2.2.1 运行监视
泵站运行维护人员通过计算机监控系统对泵站进行全方位的监控,包括泵站供配电系统状态,各主要断路器的状态,机组运行状态,流量、压力、温度趋势曲线,报警记录等。
2.2.2 泵站事故报警
计算机监控系统将对预设的重要参数进行监控,对于超出预设范围的参数进行记录,并对参数的越限及复限进行相应的处理。对于可能造成停机事故的重要参数,采用语音报警的方式进行提醒。当泵站设备发生故障造成机组停机等重大情况时,系统将发生的事故及重要设备的动作先后顺序及动作时间记录下来,并同时推出相应的应急处理画面,应急画面中包含事故的重要参数显示以及预先编制好的应急预案,方便运行操作及维护人员进行故障处理。
2.2.3 泵站系统时钟
系统时钟校对采用GPS+北斗卫星同步时钟,用于系统的时间记录。时钟系统用于计算机监控系统、供配电保护装置等设备的时间同步,正常情况下,两台主时钟独立接收时间基准信号,当某一主时钟信号出现故障时,该主时钟控制单元能自动切换至另一台主时钟的信号接收单元,实现时间信号的互为备用,确保泵站设备时间记录的准备性。
2.3 设备的控制与调节
高疃泵站自动化监控系统控制与调节对象主要为主变、电机、水泵、高低压电气设备、电动液控蝶阀等。
泵站运行维护人员可根据运行操作的要求,对泵站内的主要设备进行控制。控制的内容包括高压断路器合、分闸操作,机组的开、停机操作,调速机组的速度调整操作,进出口电动液控蝶阀操作等。操作人员在操作的同时可通过监控系统对各参数进行实时查看,已确保操作的正确性。
监控系统对对操作人员的控制与调节操作进行记录,并形成表格,随时可进行查看或打印。
2.4 人机界面
人机界面是泵站监控系统的核心部分,高疃泵站监控系统的人机界面需包含机组监视、单泵监控、辅机系统、供配电、实时参数、趋势曲线、故障报警、报表系统、管理界面等。
2.5 泵站设备数据通讯
2.5.1 与胶东调水综合调度系统的接口
设计适合与综合调度系统连接方便的接口模式,将泵站的主要信息上传,并能接受综合调度系统的实时控制。
2.5.2 监控设备间的数据通信
人机界面与PLC设备采用SuiteLinke总线方式进行连接。
2.6 泵站设备保护功能
高疃泵站监控系统通过保护装置可实现对35kV进线、10kV母线、主变、电动机进行保护,泵站保护装置包括:35KV进线保护、主变差动保护、主变后备保护、35KVPT保护、站变保护、电动机差动保护、电动机后备保护、10kV母联保护、10KV PT保护、10KV PT并列装置、10kV出线保护、10kV电容保护等。泵站监控系统的主要保护功能包括:
(1)35kV、10kv线路保护:可进行过负荷保护、反时限过流保护、手合(遥合)同期、单相接地告警、重合闸等;
(2)主变保护:差动保护、电流速断保护、过流保护、低电压保护、零序电压告警、两段式高压侧零序电压闭锁零序过流、瓦斯保护、温度保护等;
(3)电动机保护装置:差动速断、电流速断、零序过流、堵转、过负荷、低电压、过电压等保护。
2.7 监控直流系统要求
根据高疃泵站的实际情况,若在运行过程中,出现突然停电的情况,将会对泵站造成不可估量的损失。为此,在自动化系统中设计了直流系统,在泵站出现突发性停电的情况下,由直流屏系统对系统进行反供电,为控制系统和部分动力系统提供电源。其中,控制系统包括计算机监控系统、PLC系统、各保护屏等,动力系统包括开关柜断路器的分合闸机构、应急照明系统、直流电动机等。由于直流系统是相对独立的监控设备,所有单独对直流系统设计以下功能:
(1)良好的通讯功能。直流屏系统设置通用的通讯接口,与泵站监控系统进行无缝连接。
(2)控制功能。在直流屏上,设置“手动”、“自动”切换开关,在手动状态下,由操作人员对蓄电池的充放电、浮充等进行设置。在自动状态下,由直流系统自动进行完成。
(3)报警功能。当直流系统内部原件出现故障时,由直流系统的PLC作出相应,形成报警信号,并存入报警记录。必要时进行声光缶,或将报警信号传送至主监控设备。
(4)历史记录功能。直流系统较为特殊,需要对蓄电池定期就行充放电维护。为此,历史记录功能将特别重要,历史记录中要包含电池的均冲及放电记录,并且要详细到每块电池的充放电起始、截至时间,以方便查询。
(5)显示功能。在直流系统LCU柜体,可以就地查询直流系统的所有重要参数,包括直流系统母线电压,电池的电压、电流等参数,直流系统的绝缘情况,交流电压情况,直流系统与泵站监控设备的通讯情况,报警记录及历史记录等。
2.8 视频监控系统
高疃泵站视频监控系统主要是根据泵站的实际情况,在泵站厂房内部及厂区设置相应的摄像机,并将摄像机拍摄的监控信号发送至视频控制中心,由视频控制中心进行处理和保存,并同时将实时画面显示在主控室的大屏幕上。泵站视频监控系统可帮组操作人员了解现场的实际运行情况,并可与自动监控系统进行对比,帮助操作人员快速的作出正确的判断。视频监控系统将包含上下游管道的阀门室监控,对实现阀门室无人或少人职守,提供了必要条件。同时视频监控系统可对历史画面进行查看,可在故障发生后对确定故障原因等方面提供较大的帮助。
数据处理显示及存储部分:将现场传输来的信号进行处理,并及时显示在屏幕上方,同时按照要求将监控画面进行记录。高疃泵站视频监控系统可与主监控系统进行通讯,在主监控系统中,可随时调用查看各监控画面。
关键词:供水工程水情;自动化遥测系统;信息化
中图分类号:TV123 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)16-0121-03
1 工程概况
新疆北疆引水工程的输水干线是大范围、大尺度的输水工程,主要解决以乌鲁木齐为中心的天山北坡经济带资源性缺水的突出矛盾;解决克拉玛依油田工业和城市严重缺水的问题;并在工程沿途适度开发土地资源,发展农牧业,促进当地群众脱贫致富;通过工程措施和水资源的优化配置,促进流域内社会经济的发展,改善流域内河谷林草、湖泊湿地等水生态环境。
工程在东南、西南两个方向穿越准葛尔盆地沙漠腹地,沿途人烟稀少,风沙噬虐,工程管理十分困难。所以,建立渠道管理自动化监测系统是保证工程安全运行,提高管理水平的重要手段。它能迅速准确地传输水情信息,为供水调度管理提供可靠的信息资料。所以,水资源管理自动化监测系统的建设,是引水工程不可缺少的重要组成部分,具有重要的社会效益和经济效益。
2 水情自动化系统概况
引水供水工程水情自动测报系统是引水供水工程信息管理系统的主要组成部分。依据设计,引水渠道沿线共设了25个水情遥测站。上述测站分别纳入“635”、顶山、三个泉、沙漠、“500”5个管理处进行管理,最终由建管局统一调度。该系统建设的目标是利用已建设的通信和计算机网络系统,建设建管局水情自动化测报系统中心站1个,管理处分中心站5个,实现水情监测站的自动采集、实时显示和分析,能够及时准确地观测到渠道水位,雨量等变化情况,确保渠道供水工程的安全性和可靠性。
该工程建设的主要任务是在各管理部门实现水位、雨量数据的实时监测、分析、记录和显示,实现无人值班、少人值守的管理模式,以确保主体工程的安全运行,保证供水调度管理的准确与高效。
3 本工程水情自动测报系统的特点、技术难点
(1)自然环境恶劣,对设备性能要求高。工程地处北疆,横穿准噶尔盆地和古尔班通古特沙漠,自然气候条件十分恶劣,渠首的“635”枢纽处冬季严寒,气温可低至-42℃,最大冻土深度可达2m以上;沙漠段夏季酷暑,高温可至50℃~60℃,风沙活动频繁。要求水情设备必须要有高的性能指标和可靠性。
(2)监测的精度要求较高。本系统为输水工程,水量的计量关系到渠道的经济运行,是供水调度的基础;同时为掌握沿途渠道的渗漏或外水浸入情况保证输水工程的正常运行,要求水位或流量的测量精度在条件许可下使用高精度水位计。
(3)系统的抗干扰能力要强。水位雨量监测设备安装在野外,该工程部分区段地处高雷区、高寒区,故要求监测设备、采集设备有良好的防雷电措施,传输系统有良好的抗干扰能力。
4 水情自动测报系统的结构配置
4.1 管理局(处)调度中心(分中心)
管理局(处)调度中心或分中心主要配置为:数据库服务器、应用服务器、水情工作站、水情网关机和相应的采集分析处理软件。
4.2 遥测站
按遥测站功能共采用了5种不同的遥测站24个超声波单水位雨量站,7个超声波单水位站,3个浮子、超声波双水位雨量站,1个双浮子、超声波3水位雨量站;1个压阻单水位雨量站。
5 水情自动系统遥测站功能
5.1 水情遥测站数据采集功能
(1)遥测站自动采集并存储水情、水质等实时数据,并按预先规定的方式自动向中心站报告;(2)允许实时自报、定时报、自适应报和响应中心站召测;(3)允许设置采样间隔,发送数据间隔长度;(4)允许设置路由;(5)允许接入多种信号形式的传感器,支持SDI12、RS485等总线传输;(6)支持多种信道,并在相应的双向信道上实现单向传输、双向传输;所有参数允许远程设置。
5.2 水情自动测报系统应用软件功能
5.2.1 数据采集和控制。中心站通过数据网关与分中心水情及综合监控系统接口,实现常规数据采集;实现遥测设备的远程管理,自动监测遥测设备的状态,出现故障时自动判断故障类型,主要判别方式如下:(1)当某遥测站在预先定义的“最大无信号时间”内仍未向中心站报告定时自检信息数据时,根据最近的电压、充电状态判别是否为电源系统故障;(2)电源系统正常时,判别是否为通信线路故障;(3)当一切状态正常时,遥测数据不准时,判断为传感器故障。
5.2.2 数据处理功能。(1)水情数据实时计算、处理;(2)实时监测数据到时段历史数据的统计处理(自动提取出最大值、最小值、平均值等特征量等)。
5.2.3 主要具体的功能:(1)显示库水位、库容量、出库流量、水库水温等实时数据;(2)当水库水位达到警戒水位时,能自动进行声光报警,以提示调度人员;(3)查询当前和历史任意年、月、日和任意时刻的水情水文信息;(4)显示、绘制和打印日、旬、月、年度水情水文信息;(5)报表除可以用定时方式产生,也可用事件触发来产生,定时时间点可定义;(6)实时显示各监测点水位过程线;(7)自动和人工建立水位流量关系曲线。
6 水情自动测报系统性能特点
(1)测报设备的性能指标要求高,数据采集器ACS300是NARI水情公司ACS系列数据采集器最新产品,也是国内唯一完全满足工业级标准的水情数据采集器(工作温度范围:-40℃~75℃)能够满足恶劣的自然环境。
(2)水位的测量要求精度高,而采用的超声波水位计和高精度浮子水位计能够满足需求。
(3)水情自动测报系统遥测站组网方式很多,种类包括VHF、PSTN、Inmarsat-C、Ominitracs、北斗卫星、CDPD、GSM、GPRS、CDMA等。本工程采用光纤传输方式,运行费用较低,系统运行可靠性高。
(4)高精度浮子水位计最长距离有500m,而SDI-12有效传输距离为60m,引额供水工程水位测井离数据采集器的距离较远,为解决长距离传输,需要增加SDI-12/RS485适配器,该适配器将SDI-12信号转换为RS485信号,RS485有效传输距离为1200m,能满足现场长距离传输。
(5)超声波水位计和压阻式水位计都采用4~20mA模拟量接入方式,传输距离最长为1000m,能满足现场长距离传输。
7 水情自动测报系统运行效益
通过济克渠道水情监测系统的实施及试运行阶段的数据分析,证明在高寒地区对渠道水情进行自动化监控是可行的。北疆供水工程水情、水质测报系统的建设规模、技术的复杂性在调水工程中是不多见的;为高寒地区长距离调水工程水情、水质进行自动化监控积累了经验。
在系统运行的几年中,水情测报在观测水量、渠道的安全运行状态方面,体现以人为本的理念,突破水利行业传统测流观念,把人从频繁的测流和巡渠工作中解放出来,提高了管理水平、减少了工作人员的劳动强度,使管理人员能有更多时间来学习知识,提高管理水平和管理
能力。
水情测报系统在水库和河道水位、渠道水位、分水点的流量测报中发挥了重要的作用。做到了统一、科学调水、配水、分水,确保了渠道的安全输水和水库的安全蓄水。水情测报系统累计观测总干渠输水总量22亿m3,观测总干渠向西干渠输水18亿m3,发挥了良好的社会效益和经济效益。
8 结语
水情自动测报系统运行稳定,对引水工程沿线水情进行实时监控,提高了运行管理的科技含量。水情自动化测报系统运行可靠,各个站点数据采集正常,软件运行稳定。实现了水情自动测报的目的,具备了无人值班(少人值守)的条件,是引额供水工程信息化系统建设的重要组成部分。
引额供水工程的特殊地理环境和工程本身的重要性,使该工程建成后的运行管理将是一项十分重要的工作,建设一套全面的、完善的、实用的、可靠的引额供水工程信息化系统,对保障工程效益的发挥具有不可替代的作用,新疆引额供水工程及信息系统的建成将会对乌鲁木齐和北疆地区的经济发展具有重大的意义。
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