雙王城水庫水情信息采集系統(tǒng)優(yōu)化初探

王子春，王 瑩，王守廣

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109；2.壽光潤圣水務(wù)有限公司，山東 壽光 262700）

雙王城水庫位于山東濰坊壽光市寇家塢村以北，李家塢村以東，六股路以南。工程占地面積7.79 km2。水庫大壩軸線總長9.64 km，壩高12.5 m，正常蓄水位9 m，最大庫容6 150 萬m3。水情數(shù)據(jù)主要包括水位信息、流量信息、開度信息等，選用的采集設(shè)備有浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、雷達(dá)式水位計(jì)、電子式水位計(jì)、超聲波流量計(jì)、開度傳感器等。

水位信息采集設(shè)備中，浮子式水位計(jì)2 臺，安裝于輸水渠進(jìn)口閘閘前和閘后；壓阻式水位計(jì)3 臺，安裝于前池、出水池和泵站水泵層集水廊道；雷達(dá)式水位計(jì)2 臺，安裝于供水洞和泄水洞。流量信息采集設(shè)備主要使用的是超聲波流量計(jì)，其中，4 聲道超聲波流量計(jì)3 套，分別安裝在前池、供水洞、泄水洞。上述設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)良好，經(jīng)歷次通水反復(fù)率定設(shè)備測量精度較為可靠。開度傳感器安裝于分水口、放水洞閘門啟閉機(jī)旁，共10 臺，將閘門開度信息采集后采用數(shù)據(jù)傳輸形式上傳至自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

1 存在的主要問題

1.1 設(shè)備故障

1）浮子式水位計(jì)。水位計(jì)測量數(shù)值和人工水尺有誤差，原因是：浮球和轉(zhuǎn)軸有縫隙，滑動時出現(xiàn)誤差。需校核水位計(jì)，調(diào)整浮球和配重體位置。觸摸屏顯示數(shù)據(jù)和水位計(jì)表盤數(shù)據(jù)不一致，首先需測試編碼器輸出是否正常，如輸出正常而表盤機(jī)械部分與輸出不對應(yīng)，則可確定機(jī)械表盤部分故障。

2）雷達(dá)式水位計(jì)。測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，原因是：電源及信號線纜有斷裂及虛接現(xiàn)象，雷達(dá)水位計(jì)內(nèi)部故障，設(shè)備接口故障造成無輸出信號。

3）電子式水位計(jì)。測量值和實(shí)際水位有差異，原因是：長時間在水下浸泡，測量單元出現(xiàn)斷裂、於堵現(xiàn)象；發(fā)射模塊出現(xiàn)宕機(jī)及內(nèi)部元器件損壞；傳輸天線故障出現(xiàn)折損、斷裂現(xiàn)象；接收模塊故障，內(nèi)部元器件損壞，無法接收發(fā)射模塊測量數(shù)據(jù)；模擬量接線故障或松動虛接。

4）開度儀。開度儀表，閘門落到底開度值不顯示“0”，原因是：長時間運(yùn)行使用，啟閉機(jī)傳動部分及齒輪鋼絲繩存在誤差。閘門提升后無法下降，原因是：現(xiàn)場機(jī)械限位超程，在上升一定范圍內(nèi)，下限位觸點(diǎn)未閉合，導(dǎo)致閘門控制回路邏輯條件不能成立，無法實(shí)現(xiàn)下降控制?，F(xiàn)場機(jī)旁箱無法正常操控閘門，原因是：供電異常或開度儀表故障；運(yùn)行時間較長，接線端出現(xiàn)虛接、松動。開度儀顯示數(shù)據(jù)跳變，原因是：編碼器故障，數(shù)據(jù)輸出異常；開度儀內(nèi)部主板接口故障導(dǎo)致處理數(shù)據(jù)異常；傳輸線纜有斷裂及信號線短接現(xiàn)象。

5）流量計(jì)。累計(jì)流量不累計(jì)，原因是：主機(jī)存儲內(nèi)存已滿，測量的數(shù)據(jù)內(nèi)部無法進(jìn)行累計(jì)存儲。瞬時流量不準(zhǔn)確，原因是：與流量計(jì)配套水位計(jì)測量現(xiàn)場數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致主機(jī)計(jì)算有誤差。聲道錯誤告警，原因是：清理水草及其它遮擋物，保證聲道對發(fā)暢通；緊固主機(jī)聲道接線，避免虛接松動。流量計(jì)不能正常運(yùn)行，原因是：直流電源模塊故障，不能正常供電，導(dǎo)致主機(jī)不能啟動。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定

當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)大多采用信號線、網(wǎng)線、光纖、GPRS 等，數(shù)據(jù)傳輸形式有 4～20 mA、RS485、TCP/IP、Modbus TCP 等，數(shù)據(jù)類型包括兩種：一種是歷史數(shù)據(jù)，另一種是對水庫實(shí)時監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息[2]。

上述數(shù)據(jù)在傳輸過程中，傳輸鏈路故障、虛接或網(wǎng)絡(luò)帶寬等問題極易引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的情況，進(jìn)而影響調(diào)水作業(yè)的執(zhí)行。例如線路連接不良、阻抗較大或不匹配可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收延時，出現(xiàn)傳輸假死現(xiàn)象；鏈路接地不規(guī)范，或強(qiáng)弱電未做隔離處理，則會出現(xiàn)傳輸干擾的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)跳變頻繁或數(shù)據(jù)誤差較大。

1.3 歷史數(shù)據(jù)分析應(yīng)用不足

在歷次調(diào)水作業(yè)過程中，系統(tǒng)后臺會產(chǎn)生大量調(diào)度指令數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以通過收集、分析這些數(shù)據(jù)找到調(diào)度指令的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性、對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。然而因?yàn)閷?、更新系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的認(rèn)識不夠，調(diào)水作業(yè)管理各環(huán)節(jié)形成的大量數(shù)據(jù)沒有得到全面的收集和挖掘，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性反應(yīng)的內(nèi)在含義未得到應(yīng)用?；蛘邤?shù)據(jù)庫建立后，因?yàn)樯婕懊鎻V，各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)無法及時有效的統(tǒng)計(jì)更新到數(shù)據(jù)庫中，在數(shù)據(jù)庫中抽取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比參考時極易出現(xiàn)錯誤，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確時數(shù)據(jù)庫將失去應(yīng)有的價值?；蛘邞?yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)水決策和調(diào)水效果評價時沒有科學(xué)化、信息化的手段。

2 優(yōu)化措施

2.1 優(yōu)化設(shè)備選型

通過歷次調(diào)水作業(yè)，結(jié)合水庫現(xiàn)場工況，篩選故障率低、數(shù)據(jù)采集精度高、運(yùn)行可靠的設(shè)備。同時加強(qiáng)設(shè)備巡檢和運(yùn)行維護(hù)力度，定期對設(shè)備進(jìn)行校核、率定。例如水位采集設(shè)備的選擇：開闊水域、水流穩(wěn)定、無異物堆積、安裝位置離邊坡較遠(yuǎn)的情況下可選擇雷達(dá)式水位計(jì)或壓阻式水位計(jì)；靠近邊坡或翼墻部位，流態(tài)復(fù)雜，水面雜物較多或水質(zhì)偏差的工況下可選擇浮子式水位計(jì)，安裝時水位計(jì)進(jìn)水管可選擇暗埋或明裝式。

開度傳感器在行業(yè)應(yīng)用范圍較廣，技術(shù)已相對成熟，在設(shè)備選型時優(yōu)先考慮輸出信號穩(wěn)定，可定期校準(zhǔn)，售后服務(wù)及時的產(chǎn)品。

2.2 保障數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)良好

進(jìn)行傳輸鏈路的強(qiáng)弱電分離，避免電磁干擾對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生影響。按標(biāo)準(zhǔn)要求規(guī)范接地、線纜端接等作業(yè)工序，避免出現(xiàn)斷裂、虛接等情況。在調(diào)水作業(yè)過程中嚴(yán)密監(jiān)視構(gòu)成傳輸鏈路的光纖、信號線、無線網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。對發(fā)生的數(shù)據(jù)跳變、假死等情況，及時排除線路連接不良、阻抗較大等問題。

2.3 挖掘數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

通過對調(diào)水作業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時收集和分析，管理決策者能在更短的時間內(nèi)了解作業(yè)運(yùn)行情況，通過充分利用數(shù)據(jù)挖掘、分析技術(shù)，堅(jiān)持立足于運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、日常監(jiān)測數(shù)據(jù)等管理核心要素的數(shù)據(jù)收集、關(guān)聯(lián)性研究。同時，收集、更新關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、篩選，構(gòu)建綜合核心要素的數(shù)據(jù)分析模型，直擊決策者的關(guān)注點(diǎn)，為決策提供支撐平臺。

3 結(jié) 語

通過優(yōu)化設(shè)備選型，實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)鏈路運(yùn)行狀態(tài)為水庫運(yùn)行信息采集的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和閘門自控系統(tǒng)的安全操作提供了可靠的保障，同時，引入數(shù)據(jù)分析技術(shù)，充分挖掘?qū)崟r運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，為調(diào)水作業(yè)的準(zhǔn)確執(zhí)行和水庫的日常管理提供了更為便捷、有效的信息化手段和管理工具，從而實(shí)現(xiàn)了水庫的高效運(yùn)行，最大限度地節(jié)省了人力、物力[3]，有力地保障了調(diào)水作業(yè)的精準(zhǔn)、可靠。