CWM 80x數據采集系統在白鶴灘水電站混凝土溫控中的應用

段剛強

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611730）

1 概 述

1.1 工程概況

白鶴灘水電站左岸進水塔混凝土分為塔背混凝土、閘門井塔體混凝土、攔污柵混凝土以及兩側回填混凝土。塔背混凝土、兩側回填混凝土按每3m一層，共分10層；閘門井塔體、攔污柵混凝土分塊以單個機組結構縫為界，共劃分為8個機組段，單機組塔高103m（高程731～834m）一共分40層澆筑，分層高度采用3m、2.5m、2m的形式，局部特殊部位采用短分層的方式澆筑；1號機攔污柵及8號機攔污柵邊墩隨閘門井塔體混凝土一起澆筑。該電站所在地屬于干熱河谷氣候，左岸進水塔大風風速超過6級的天數達226天。

1.2 溫控自動化監測實施目的

人工現場采集數據時，需配備專職的監測人員在現場定時進行數據采集，當出現多部位需要同時進行溫度監測時，需通過增加監測人員數量的方法來滿足數據采集要求。采集到的數據不能夠做到實時的收集與上傳，在該情況下數據分析會出現滯后現象。

CWM80x自動數據采集模塊可以在監測人員不在現場的情況下，按照事先設定好的時間間隔及時、準確、連續采集混凝土內部溫度數據并通過有線或無線方式傳輸到后方電腦，針對混凝土內部溫度的變化情況，及時調節冷卻水的通水參數，從而盡可能地減少溫度裂縫的產生。

2 CWM 80x數據采集系統的組成和工作原理

CWM80x數據采集系統是由溫度計、CWM80x系列數據采集模塊、安裝有數據采集處理軟件的電腦和與溫度計、數據采集模塊相連接的兩芯屏蔽電纜等組成。CWM80x系列數據采集模塊由高性能低功耗32位ARM內核微處理器為核心，將電源、測量、傳輸、存儲等集成在一個模塊里，模塊內置高容量鋰電池，集成了傳感器信號調理、采集測量、數據存儲、電源管理、通信及實時時鐘等電路，具有抗干擾能力強、可靠性好，智能集成化程度高、測量精度高，功耗極低，安裝、運行、維護方便等特點，見圖1。數據傳輸采用電纜傳輸，輸出信號為RS485，亦可采用無線移動（GPRS）或無線（ZigBee、433等）方式進行傳輸。模塊可獨立工作亦可互聯使用。與傳統的自動化采集系統相比，模塊體積小移動方便（長×寬×高=252mm×157mm×52mm），可實現單點和群點任意組合，測量數據直接傳輸給計算機，使得系統組網簡便快捷、經濟，并省去了現場穿管布線的施工，就近布點安裝方便。

圖1 CWM 80x數據采集模塊系統組成

3 現場應用

3.1 實施CWM80x數據采集系統的技術重點和難點

a.倉面施工環境較惡劣，導致溫度計電纜維護較困難，保護工作量大。

b.數據采集單元與電纜接口處的維護與保護。

c.數據突然中斷以后的數據及時采集與數據采集單元維修。

d.數據采集單元與人工采集數據的誤差及修正。

e.整個自動化系統的現場維護、防盜、防潮、防塵等。

3.2 CWM80x數據采集系統測量精度檢驗

與其他常規監測儀器一樣，CWM80x數據采集系統在混凝土溫度測試前，必須對數據采集精度進行標定。本項目在實施自動化數據采集前，對CWM80x數據采集系統分別開展了室內和室外數據采集精度的標定試驗，試驗過程如下:

a.先在試驗室將連接在CWM80x數據采集系統上的8支經過標定的熱敏電阻式溫度計放入標準恒溫水箱內，分別在0.0℃、10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、55.0℃、60.0℃、65.0℃、70.0℃不同溫度點恒溫1h以后，對各通道和經過標定的二級標準水銀溫度計同時采集到的溫度數據進行比較。經統計，室內試驗時CWM80x數據采集系統采集數據與二級標準水銀溫度計采集數據基本一致，精度達到±0.2℃，滿足設計要求（≤±0.5℃）和廠家的標稱精度（±0.5℃）。

b.現場試驗采用將連接在CWM80x數據采集系統上經過標定的8支熱敏電阻式溫度計安裝在進水塔底板混凝土不同的位置，將CWM80x數據采集系統與經過標定的BGK-408振弦讀數儀不同時間點同時采集到的數據相比較。典型通道相應的觀測結果見表1。

表1 BGK-408振弦讀數儀與CWM 80x數據采集系統的觀測成果比較 單位:℃

經統計，經過標定的BGK-408振弦讀數儀與CWM80x數據采集系統同時采集的數據相差不大，精度達到±0.3℃，滿足CWM80x數據采集系統的廠家標稱精度和設計要求。

上述室內試驗和現場檢驗結果表明:CWM80x數據采集系統實際的測量精度要高于儀器廠家的標稱精度和設計要求測量精度，因此完全能滿足白鶴灘水電站左岸進水塔工程大體積混凝土溫度監測工作的需要。

在CWM80x數據采集系統安裝運行后，還定期開展了人工抽檢，對CWM80x數據采集系統采集的數據進行了校核和驗證。

3.3 CWM80x數據采集系統整體規劃

根據設計藍圖《左岸發電進水塔冷卻水管埋設布置圖》的要求，按照進水塔不同體型、同一體型（斷面）不同季節時的溫度計布置圖或根據現場監理及其他相關文件的要求安裝溫度計，溫度計電纜觀測端就近接入安裝在倉號邊上的CWM80x數據采集模塊，采用無線傳輸的方式將采集的數據傳遞至后方電腦，同時指導現場的通水冷卻工作，從而實現快速、準確的溫控一體化高效工作狀態。

3.4 CWM80x系統數據采集與成果反饋

3.4.1 數據采集

CWM80x系列數據采集模塊數據傳輸采用無線移動（GPRS）或其他無線方式（ZigBee、433等）進行傳輸，亦可采用有線傳輸（輸出信號為RS485）。設定好采集頻次后，采集模塊將按照設定好的時間間隔定時采集數據并將數據自動保存在存儲模塊中，由無限傳輸模塊自動將存儲模塊中的數據傳輸到后方電腦中。在沒有信號或信號干擾大的地方，也可通過與RS485接口連線將儲存模塊中的數據自動傳輸至指定電腦。本項目采用無線傳輸（GPRS）的方式，對采集數據開展檢驗或校核時在現場采用有線傳輸的方式。

a.GPRS無線組網通信。GPRS無線數據傳輸是基于公眾移動通訊平臺及Internet的一種解決方案，因此只要現場有移動網絡信號并開通GPRS服務的地方，即可在全球任何有Interent接入的環境下對現場各設備進行管理及數據采集。

位于現場的CWM80x數據采集模塊自動采集后將數據自動保存在存儲模塊中，用戶只需通過Interent網絡與模塊中的CPU控制單元連接，即可查看實時采集的數據及其曲線圖，見圖2。

b.有線組網通信。有線通信可選用單模的，也可選用多模的。在電纜的兩端使用RS485接口進行連接，通過RS485接口與電腦、數據采集模塊組成數據傳輸網絡。圖3為單模的連接方式，適合現場開展采集數據的檢驗和驗證工作。

3.4.2 數據處理

點擊CWM 80x自動采集軟件數據管理按鈕進入數據管理頁面，數據管理中，可以查詢任意測點、任意時刻的測量數據，同時可以導入、導出、刪除、清空數據庫。通過數據管理還可以導出各種格式的溫控日報、周報及相關表格，實現數據的統計與反饋分析，指導溫控工作。如果溫度出現波動過快或超過溫度預警值均可提示報警。

圖2 無線組網數據采集

圖3 有線單模數據采集

3.5 可能存在的問題及應對措施

3.5.1 采集信號不正常

檢查傳感器是否損壞、接線是否正確、是否受周圍電磁環境影響比較強烈，如為強磁場干擾可采取接地、裝入箱等屏蔽措施防止干擾。

3.5.2 出現數據異常

檢查監測儀器及電纜情況，同時通知通水人員排查通水情況，做到及時發現、及時處理、及時溝通、及時匯報。

3.5.3 CWM80x數據采集系統采集出現問題

及時安排人員進行人工采集，保證數據采集的及時性、連續性、完整性，避免數據出現缺失而導致不能實時調節通水參數等情況發生。

3.5.4 現場斷網、斷電問題

及時安排數據采集人員進行溫度原始數據采集，采集后及時發送給相關單位及人員，并將情況進行通報和匯報，聯系相關人員及時恢復網絡、電源。

3.5.5 保護及防盜問題

將溫控監測自動化采集儀安裝在特制的保護箱中進行防盜保護。

4 檢測成果

采用CWM80x數據采集系統對白鶴灘水電站左岸進水塔混凝土開展的溫控自動化監測工作，取得了良好效果，有效減少了溫度裂縫的產生。截至目前，已開展了20倉混凝土溫控，其中除1倉在混凝土升溫階段因冷卻水管曾出現通水不暢而造成混凝土內部最高溫度超出設計控制指標0.2℃外，其他19倉混凝土內部最高溫度，皆滿足設計控制指標的要求；共抽檢混凝土內部降溫數據5019次，其中降溫速率不滿足設計控制指標（≤1.0℃/d）的有96個，降溫速率合格率為98.1%。

5 結 語

從現場溫控自動化實施情況來看，CWM80x自動化數據采集系統是一種方便、快捷、準確的混凝土內部溫度數據采集措施。在檢測人員不在現場的情況下，能及時、準確地提供溫控數據，在達到預警溫度時及時進行預警，從而指導現場的通水冷卻工作，實現了通水流量動態調節，使得混凝土內部最高溫度及其降溫速率得到了良好的控制。該數據采集系統具有很大的工程應用價值。