安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用

【摘 要】 為確保水利工程安全運(yùn)行，自動(dòng)安全監(jiān)測技術(shù)在水庫大壩、輸水渠道、建筑物中的應(yīng)用越來越廣泛。本文通過對安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)的介紹，提高工程人員對安全監(jiān)測的認(rèn)識(shí)和管理水平。

【關(guān)鍵詞】 安全監(jiān)測；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)采集傳輸；系統(tǒng)功能

【Abstract】 For to ensure the safe operation of water conservancy project， application and automatic safety monitoring technology in the reservoir dam， water channels， building more widely. By introducing the automation system of safety monitoring， this paper improves the awareness and management level of the engineering staff on safety monitoring.

【Key words】 Safety monitoring；System structure；Data acquisition and transmission；System function

水利工程在運(yùn)行中，工程安全是運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)，尤其是水庫大壩、輸水渠道、輸水建筑物等的安全。近年來，自動(dòng)安全監(jiān)測系統(tǒng)在水利工程中逐漸得到了推廣應(yīng)用。自動(dòng)安全監(jiān)測系統(tǒng)充分利用當(dāng)前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、結(jié)合先進(jìn)的工程監(jiān)測成果和經(jīng)驗(yàn)，組成一套具有先進(jìn)性、可靠性、通用性、和可擴(kuò)充性的工程安全監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對大壩、渠道、建筑物的自動(dòng)監(jiān)測、對監(jiān)測到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和人工觀測的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析，準(zhǔn)確地描述工程的整體狀況，對安全監(jiān)測實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的保存、檢驗(yàn)、整編、分析、和輔助決策，實(shí)時(shí)監(jiān)測工程運(yùn)行狀況，做出準(zhǔn)確而高效的評(píng)判及決策。現(xiàn)在以南水北調(diào)中線工程為例介紹安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。

1. 監(jiān)測項(xiàng)目

水利工程安全監(jiān)測的監(jiān)測項(xiàng)目有：滲流監(jiān)測、位移監(jiān)測、混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測、錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測、土壓力監(jiān)測、接縫開合度監(jiān)測、溫度監(jiān)測等。

2. 安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（見圖1）

3. 數(shù)據(jù)采集傳輸

水利工程自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集使用安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)，針對渠道、建筑物等埋設(shè)的各種類型傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，對工程運(yùn)行中各部位應(yīng)力、應(yīng)變、位移、變形、滲流等各種物理量進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，并將結(jié)果以報(bào)表或圖形方式輸出。

3.1 自動(dòng)采集系統(tǒng)。

自動(dòng)化采集系統(tǒng)主要指自動(dòng)化采集單元（MCU），它包括測量主機(jī)CR-1000（集成RS232通訊接口）、智能激勵(lì)濾波模塊（AVW200），網(wǎng)絡(luò)通訊模塊（NL100）、擴(kuò)展模塊、供電模塊（PS100）。

自動(dòng)采集系統(tǒng)整體性能指標(biāo)如下：

傳輸距離：采用全網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳輸距離不受限制；

采樣對象：能接入本工程所有類型的傳感器；

測量方式：定時(shí)、單檢、巡查、選測或設(shè)測點(diǎn)群；

定時(shí)間隔：1分鐘～30天，可調(diào)；

采樣時(shí)間：<15S/測點(diǎn)；巡查時(shí)間可設(shè)置；

工作環(huán)境：溫度：-55℃～85℃，相對濕度≤95%；

工作電源：市電：110V～260V，50Hz～60 Hz；或太陽能：5～12V；

系統(tǒng)平均無故障 時(shí)間 （MTBF）： >20000h；

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元平均無故障時(shí)間（MTBF）：>35000h；

監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備傳輸?shù)恼`碼率≤10-4；

系統(tǒng)防雷電感應(yīng)：≥1500W；

重要部件具有冗余備份；

具備高抗干擾能力，每周測量一次，年數(shù)據(jù)采集缺失率小于2%。

通訊網(wǎng)絡(luò)：

通訊方式：RS232/485、TCP/IP、全雙工通信

通信介質(zhì)：有線、無線、電話、光纖、局域以太網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)容納的節(jié)點(diǎn)數(shù)：256（局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口無限制）

傳輸速率：有線：1200～115200bps無線：1200～38400bps

3.2 通訊系統(tǒng)。

（1）安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)不單獨(dú)設(shè)立通訊網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)通訊系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由南水北調(diào)中線干線自動(dòng)化調(diào)度與運(yùn)行管理決策支持系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。本數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)與主干通訊網(wǎng)的接口也不專門設(shè)立。

（2）有線通訊是利用現(xiàn)地站通訊站點(diǎn)三層交換機(jī)提供的通道進(jìn)入業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)，而無線通訊是由無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備直接將無線數(shù)據(jù)發(fā)送至管理處的無線數(shù)據(jù)接收終端，由采集軟件統(tǒng)一采集數(shù)據(jù)。

（3）無線通訊方式的監(jiān)測站配置一臺(tái)無線傳輸設(shè)備GPRS模塊與MCU相連，測站若有多臺(tái)MCU，則各MCU間采用RS485有線連接。測站MCU采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接發(fā)送給所被管轄的管理處配置的無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備，它們之間利用移動(dòng)通訊運(yùn)營商的GPRS公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互的通訊。無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備為管理處監(jiān)控管理主機(jī)配置一臺(tái)GPRS模塊使其計(jì)算機(jī)在與各無線通訊MCU聯(lián)絡(luò)時(shí)可連接Internet網(wǎng)，若管理處的監(jiān)控計(jì)算機(jī)具備訪問Internet網(wǎng)條件，則除了安裝必要軟件外不需要配置其他設(shè)備。在用戶授權(quán)下，全國范圍的在網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)均可與現(xiàn)場任一采用GPRS通訊的MCU進(jìn)行遙測通訊。

4. 系統(tǒng)功能

4.1 監(jiān)測功能。

包括對各類傳感器的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和對實(shí)測的信號(hào)作出越限報(bào)警，為滿足工程管理對安全監(jiān)測的各種不同的管理要求，有3種不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方式：

（1）定時(shí)測量方式。根據(jù)監(jiān)控主機(jī)所設(shè)定的測量時(shí)間，能自動(dòng)定時(shí)地進(jìn)行選測和巡測。該方式主要用于日常常規(guī)測量。

（2）人工干預(yù)測量方式。必要時(shí)，安全管理人員可通過監(jiān)控主機(jī)任意進(jìn)行測量。該測量方式的優(yōu)先權(quán)高于其它任何方式，主要用于在特殊工況下可任意加密測次及對重點(diǎn)監(jiān)測部位實(shí)施任意頻次的測量。

（3）網(wǎng)絡(luò)化測量方式。系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)化的管理功能，當(dāng)監(jiān)控中心需要時(shí)，在增添一些計(jì)算機(jī)終端等設(shè)備后，有關(guān)人員可從相關(guān)部門的計(jì)算機(jī)終端上實(shí)施數(shù)據(jù)采集。

4.2 顯示功能。

顯示建筑物及監(jiān)測系統(tǒng)的總貌、各監(jiān)測子系統(tǒng)概貌、監(jiān)測布置圖、過程曲線、分布圖、相關(guān)圖及報(bào)警狀態(tài)顯示窗口等。

4.3 操作功能。

在管理終端上可實(shí)現(xiàn)多種操作功能：（1）監(jiān)視操作、輸入/輸出、顯示打印、報(bào)告現(xiàn)在測值狀態(tài)、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)等；（2）根據(jù)程序執(zhí)行狀況或系統(tǒng)工作狀況發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警；（3）進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理：包括系統(tǒng)調(diào)度、過程信息文件的形成、進(jìn)庫、通訊等；（4）利用鍵盤調(diào)度各級(jí)顯示畫面及修改相應(yīng)的參數(shù)等；（5）修改系統(tǒng)配置、進(jìn)行系統(tǒng)測試、系統(tǒng)維護(hù)等。

4.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊功能。

各測控單元具有存儲(chǔ)器和掉電保護(hù)模塊，能暫存監(jiān)測采集來的數(shù)據(jù)，并在突然斷電的情況下不丟失數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通信包括現(xiàn)場級(jí)和管理級(jí)的數(shù)據(jù)通訊。

（1）現(xiàn)場級(jí)通訊為測控單元與監(jiān)控主機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通訊；

（2）管理級(jí)通訊為監(jiān)控主機(jī)與管理主機(jī)及上級(jí)主管部門計(jì)算機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通訊。

4.5 綜合信息管理功能。

包括在線監(jiān)測、離線分析、預(yù)測預(yù)報(bào)、報(bào)表制作、圖文資料管理、數(shù)據(jù)庫管理及安全評(píng)估等。

4.6 工程安全管理功能。

自動(dòng)安全監(jiān)測系統(tǒng)具備功能強(qiáng)大、界面友好、操作方便的系統(tǒng)軟件。該軟件包括在線監(jiān)測、離線分析、安全管理、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)庫管理等部分。包括數(shù)據(jù)的人工/自動(dòng)采集、測值的離線性態(tài)分析、工程文檔資料、測值及圖象管理、報(bào)表制作、圖形制作、幫助系統(tǒng)等工程安全管理的全部內(nèi)容。

[文章編號(hào)] 1619-2737（2018）02-06-793

[作者簡介] 郝治霞（1976.04.25-），女，職稱：助理工程師，工作單位：河北省水利工程局第六工程處。