智能采集系統(tǒng)在察爾森水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

宋玉波，鞏維屏

（松遼委察爾森水庫(kù)管理局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特市 137400）

1 工程概況

察爾森水利樞紐位于嫩江支流洮兒河中游，壩址在內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟科爾沁右翼前旗察爾森鎮(zhèn)北1.7 km處，壩長(zhǎng)1 712 m，最大壩高40 m，壩址以上流域面積為7 780 km2，水庫(kù)總庫(kù)容12.53億m3，水庫(kù)以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大型水利樞紐工程，是洮兒河干流上唯一的控制性骨干工程。

2 大壩安全監(jiān)測(cè)

察爾森水庫(kù)大壩變形觀測(cè)埋設(shè)了壩體表面豎向位移、橫向位移，共用工作點(diǎn)29個(gè)，分別采用水準(zhǔn)、視準(zhǔn)線法測(cè)量；土壩滲流監(jiān)測(cè)于1991年在壩體上共布設(shè)65個(gè)觀測(cè)孔，分布在11個(gè)斷面。2000年4月又增設(shè)了一個(gè)觀測(cè)斷面5個(gè)觀測(cè)孔。目前壩體滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)共70個(gè)并且設(shè)有上游水位、下游水位、電站尾水位等。

大壩滲流觀測(cè)原有監(jiān)測(cè)采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備均已落后，不能滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)要求，針對(duì)系統(tǒng)存在上述問題，經(jīng)過調(diào)研，了解到南京水利科學(xué)研究院開發(fā)了一套功能強(qiáng)大、界面友好，操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)土石壩安全監(jiān)測(cè)特點(diǎn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，此系統(tǒng)與分析系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，建立一個(gè)包括數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸、管理、分析處理和評(píng)判等一系列水平先進(jìn)、真實(shí)有效的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2010年5月察爾森水庫(kù)大膽引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)水庫(kù)落后的監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行更新改造，通過合理設(shè)計(jì)，科學(xué)管理，選擇可靠性高、穩(wěn)定性好、自動(dòng)化程度高、抗雷擊能力強(qiáng)的SWN-01分布式智能采集系統(tǒng)，以滿足大壩安全監(jiān)測(cè)的需要。

3 系統(tǒng)改造方案

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)原有系統(tǒng)中的缺陷，將原有系統(tǒng)中的有線通信改為無線電臺(tái)通信，可有效地防止了通信線路上的雷電干擾。系統(tǒng)供電電源改為太陽能供電，可有效地防止供電線路上的雷電干擾；系統(tǒng)改造后原有數(shù)據(jù)庫(kù)不變。

全壩共設(shè)有6個(gè)MCU測(cè)控裝置，每個(gè)MCU都由太陽能供電，每個(gè)測(cè)控裝置分別控制附近相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)，并通過MCU里的電臺(tái)把存貯器里的電測(cè)量，發(fā)送到中心機(jī)房采集軟件進(jìn)行計(jì)算，把最終工程物理量傳送給大壩分析系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。

測(cè)控單元（MCU）選用南京水利科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的SWN-01型智能分布式水利工程安全監(jiān)測(cè)控制單元，該監(jiān)測(cè)單元是通過中國(guó)和加拿大合作研制開發(fā)的，具有無線、GSM短信、衛(wèi)星和光纜連接四種通信方式，在察爾森水庫(kù)使用無線信號(hào)傳輸，由中央控制裝置（CCU）、通用測(cè)控裝置（MCU）以及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)傳感器組成。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有模塊設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、功能設(shè)置、系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)報(bào)警等項(xiàng)功能。

由于察爾森水庫(kù)在中央控制裝置CCU與MCU通訊方式上采用無線介質(zhì)通訊，CCU數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置電測(cè)量到工程物理量的轉(zhuǎn)換公式，數(shù)據(jù)采集軟件在得到來自MCU的電測(cè)量時(shí)，可同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，得出工程物理量。

3.2.1 MCU自檢功能

MCU自檢是在測(cè)控裝置內(nèi)完成，自檢后顯示出自檢結(jié)果給操作人員，自檢的內(nèi)容包括：

1）MCU內(nèi)部溫度。通過檢測(cè)MCU內(nèi)部溫度，檢查MCU是否異常。

2）MCU工作電壓。通過檢測(cè)MCU工作電壓，檢查充電電路、蓄電池是否正常。

3）MCU充電電壓。通過檢測(cè)MCU充電電壓，檢查太陽能供電是否正常。

4）MCU測(cè)量模塊和通道。通過檢測(cè)MCU測(cè)量模塊和通道，識(shí)別模塊和通道類型，確定其與所接傳感器類型是否相符，保證測(cè)量正常。

3.2.2 參數(shù)設(shè)置

在MCU能夠正常工作之前，根據(jù)工程的具體情況，對(duì)MCU的參數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的內(nèi)容有：

1）通訊速率。根據(jù)計(jì)算機(jī)與MCU的通訊方式、通訊介質(zhì)，設(shè)置適當(dāng)?shù)膫鬏斔俾剩@樣在保證傳輸?shù)目煽啃韵驴墒箶?shù)據(jù)傳輸達(dá)到最快。

2）系統(tǒng)時(shí)間。設(shè)置MCU內(nèi)部時(shí)間使其與計(jì)算機(jī)時(shí)間同步。

3）通道配置。對(duì)MCU中各通道進(jìn)行設(shè)置，主要設(shè)置的內(nèi)容包括儀器類型、儀器指標(biāo)、測(cè)量范圍等，這樣MCU可采取正確的測(cè)量方式對(duì)通道進(jìn)行測(cè)量。

4）定時(shí)測(cè)量時(shí)間。設(shè)置定時(shí)測(cè)量開始時(shí)間，測(cè)量間隔時(shí)間MCU據(jù)此進(jìn)行定時(shí)測(cè)量。

3.2.3 單點(diǎn)測(cè)量

單點(diǎn)測(cè)量是對(duì)MCU中某一支儀器單獨(dú)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)某支儀器測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)，用于檢查與維修，并保存測(cè)量結(jié)果。

3.2.4 巡回測(cè)量

巡回測(cè)量用于測(cè)量某一個(gè)MCU或者全部MCU內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)，能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)超出量程范圍或事先設(shè)置的安全警戒，將給出提示或警告。得到數(shù)據(jù)后可以保存數(shù)據(jù)到中央數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.2.5 定時(shí)測(cè)量

定時(shí)測(cè)量主要用來測(cè)取定時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，也是自動(dòng)化測(cè)量的關(guān)鍵所在，MCU按設(shè)置測(cè)量開始時(shí)間和測(cè)量時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量，并把測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央數(shù)據(jù)庫(kù)中。

察爾森水庫(kù)大壩測(cè)壓管水位自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)測(cè)量方式，為了避免缺測(cè)數(shù)據(jù)情況，每天測(cè)量?jī)纱危?點(diǎn)和晚8點(diǎn)各測(cè)量一次，中央數(shù)據(jù)庫(kù)接收到MCU發(fā)來的電測(cè)量后進(jìn)行計(jì)算，得出工程物理量后通過專用光纖遠(yuǎn)程發(fā)送到調(diào)度樓分析數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行分析處理。

4 結(jié)語

SWN-01監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在察爾森水庫(kù)的應(yīng)用大大減少了人為因素及雷擊對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，提高了觀測(cè)精度，增強(qiáng)了成果的可靠性和連續(xù)性，目前系統(tǒng)運(yùn)行可靠，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化比較穩(wěn)定，系統(tǒng)測(cè)量和軟件分析快捷，具有很高的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和直觀性，保證了水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行，為水庫(kù)的防洪、興利調(diào)度提供了重要決策依據(jù)，保證了水庫(kù)綜合效益的發(fā)揮。