星屹科技嵌入式技術在水庫信息智能(néng)化系統中的應用(yòng)

[系統概述]

水利行(háng / xíng)業是一個曆史十(shí)分悠久的行(háng / xíng)業，也是信息十(shí)分密集的行(háng / xíng)業。水利部門要(yào / yāo)向國家(jiā)和相關行(háng / xíng)業提供大量的水利信息，如(rú)汛情旱情信息、水量水質信息、水環境信息和水工程信息等。水庫作爲水利系統基層的工程，其(qí)智能(néng)化建設是水利信息化的基礎。我國有許多水庫是運行(háng / xíng)二十(shí)多年(nián)了的老水庫，電站設備和管理都相對(duì)陳舊，随着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)計算機與信息技術的快速發(fā／fà)展，采用(yòng)新技術、新設備對(duì)整個水庫的設備與管理進行(háng / xíng)現代化改造，進行(háng / xíng)水庫智能(néng)化建設，可(kě)以進一步挖掘水庫的潛力，加強水庫運行(háng / xíng)的可(kě)靠性，水庫智能(néng)化系統的建立，将大0大提高雨情、水情、工情、旱情和災情信息采集的準确性及傳輸的時效性，作出及時、準确的預測和預報，制定防洪抗旱調度方案，爲上級部門的決策提供科學依據。 

[系統構成] 

1、概述

水庫信息化系統主要(yào / yāo)由水電站自(zì)動化監控系統、大壩安全自(zì)動化監測系統、水情遙測系統、辦公自(zì)動化系統、水庫優化調度系統、閘門監控系統、圖像監控系統、Web綜合信息發(fā／fà)布系統等組成，通過(guò)計算機網絡系統把各子系統整合起來，實現系統間數據共享、協同工作來提供一個信息訪問平台。實現基于(yú)局域網的系統資源共享（如(rú)打印機、硬盤資源，文檔共享等）。采用(yòng)數據庫管理技術集中處理信息結合Web技術應用(yòng)，開發(fā／fà)基于(yú)B/S方式的Web綜合信息發(fā／fà)布系統，能(néng)夠方便直觀地讓用(yòng)戶得(dé / de / děi)到各系統的信息。通過(guò)建設光纖通道、無線接入、DDN專線等方式接入互聯網，能(néng)夠及時了解氣象信息、衛星雲圖等專業信息，以Web方式爲上級主管部門提供信息查詢平台，同時也可(kě)實現移動辦公。

2．各子系統介紹

2．1水電站自(zì)動化監控系統

 水電站以計算機監控爲主，簡易常規控制爲輔的原則進行(háng / xíng)總體設計，充分注意計算機監控系統與各常規控制設備的協調配合，整個監控系統與發(fā／fà)電廠發(fā／fà)電設備同步投入，建成後(hòu)可(kě)以達到無人值班、少人值守的要(yào / yāo)求。簡易常規控制可(kě)在主控級與現場控制單元通訊中斷（或主控站故障）時作操作備用(yòng)，它通過(guò)電纜直接作用(yòng)于(yú)現地控制單元，現地單元具備運行(háng / xíng)人員進行(háng / xíng)常規控制的值班條件。

 監控系統高度可(kě)靠，采用(yòng)分層分布開放系統，既便于(yú)功能(néng)和硬件的擴充，又能(néng)充分保護用(yòng)戶的投資。軟件模塊化，結構化的設計，使系統更能(néng)适應功能(néng)的增加和規模的擴充。實時性好，抗幹擾能(néng)力強。人機接口功能(néng)強，操作方便。

2．2大壩安全自(zì)動化監測系統

 本系統爲分布式網絡結構。主要(yào / yāo)由前置機（采用(yòng)工控機）、中央控制器（CCU）和現場測量控制單元（MCU）、傳感器及通訊網絡組成。MCU放置在觀測房内，與傳感器聯接，工控機，作爲網絡中心節點，由RS485總線與各個MCU聯接，完成子系統運行(háng / xíng)控制以及與上一級網絡系統的聯接工作。

系統中測量控制單元可(kě)以按預先設置的定時時間，自(zì)動對(duì)傳感器執行(háng / xíng)定時數據采集，将采集的數據發(fā／fà)送給工控機同時保存在MCU的存儲器中；也可(kě)以執行(háng / xíng)工控機發(fā／fà)來的随機采集命令，對(duì)任何傳感器進行(háng / xíng)數據采集。系統操作員在調度中心工作站可(kě)任意查看當前或曆史數據，利用(yòng)圖形、報表或分析軟件等工具對(duì)大壩的性态作出進一步分析處理。

系統功能(néng)介紹

1 數據采集功能(néng)

  （1） 随機數據采集(應答)方式

a.自(zì)動巡回采集所(suǒ)有傳感器數據

b.按傳感器類型，選擇采集某類型傳感器數據

c.按MCU節點（從站）号，選擇采集某個MCU傳感器數據

d.按傳感器編号、單獨選擇采集某個傳感器數據（單個補測）

  （2）自(zì)動數據采集（自(zì)報）方式

由各台MCU按預先設置的方式，自(zì)動巡回檢測各個傳感器數據，并送至前置機（工控機）。主要(yào / yāo)有以下(xià)功能(néng)：

a.前置機（工控機）校對(duì)MCU時鍾；

b.前置機（工控機）設置數據采集周期和采集點；

c.MCU自(zì)報采樣數據；

d.前置機（工控機）查核自(zì)報數據，10天(tiān)以内若有未收到的數據，可(kě)以向MCU重新取數；

e.清MCU數據區。

2 實時顯示數據采集功能(néng)

顯示監測系統的總貌、監測布置和傳感器分布圖

鼠标電擊分布圖中傳感器位置，執行(háng / xíng)數據采集，并可(kě)以查看測點的各種信息，包括測點編号、儀器類型、埋設位置、參數等；

能(néng)通過(guò)圖形界面和表格方式，實時顯示各監測值的量、過(guò)程曲線、分布圖及各種相關圖；

提供報警狀态顯示窗口和分級報警功能(néng)；

3 數據分析處理功能(néng)

對(duì)大壩的各類監測數據進行(háng / xíng)誤差處理、整編計算；

調用(yòng)曆史數據，進行(háng / xíng)大值和小值比較，即時對(duì)越限值報警提示；

對(duì)不能(néng)實行(háng / xíng)自(zì)動電測的數據，如(rú)壩體外部變形的表面測點數據，可(kě)以人工輸入數據庫；

可(kě)以人工輸入修改、删除數據庫數據（受操作員權限限制）；

自(zì)動采集的數據可(kě)以選擇"存盤"或"不存盤"；

具備數據查詢功能(néng)，用(yòng)戶能(néng)根據查詢條件，查詢各種曆史數據。如(rú)：某庫水位值時，某個滲壓計的曆史數據；

4 報表和圖形功能(néng)

具備報表打印功能(néng)，可(kě)以按選定的日期，時段、傳感器測頭，自(zì)動打印日報表，月報表或年(nián)報表；

圖形功能(néng)，可(kě)以按日期、時段、傳感器測頭，自(zì)動生(shēng)成各種壓力、滲壓過(guò)程線；

5 數據庫管理功能(néng)

能(néng)提供原始測值數據庫、應用(yòng)數據庫等各種類型的數據庫；

能(néng)夠對(duì)各種數據庫之間的數據進行(háng / xíng)自(zì)動處理、轉換和添加等管理工作；

大壩安全自(zì)動化監測系統結構框圖

2．3水情測報系統：

系統配置有前置機（工控機）、遙測中心終端、收發(fā／fà)電台、通訊電源、全向天(tiān)線和同軸避雷器等。中心站接收各個遙測站發(fā／fà)送來的實時采集的各種水情參數。中心站前置機将接收到的數據先進行(háng / xíng)識别判錯、分類整理，形成數據文件存入前置機内存。形成的數據文件可(kě)經過(guò)局域網存入服務器數據庫。通訊方式可(kě)采用(yòng)通訊電纜、電台、衛星、無線短信等方式進行(háng / xíng)通訊，保證了通道通暢。

系統功能(néng)介紹 

1. 随機自(zì)報功能(néng)。當監測累計參量達到一個小檢測值時，如(rú)雨量達到1mm, RTU自(zì)動上電工作，将累計量加1并保存，然後(hòu)全量發(fā／fà)送一次實測累計參數。當監測庫水位瞬時值變化（增大或減小）一個小檢測值時，且與上次發(fā／fà)送數據時間間隔大于(yú)設定值時，RTU将實測瞬時值發(fā／fà)送到中心站。 

2. 定時平安自(zì)報功能(néng)。當新監測的參數不發(fā／fà)生(shēng)變化時，每天(tiān)按設定的時間間隔，定時向中心站發(fā／fà)送實時參數和測站工作狀态。 

3. 測站發(fā／fà)送完數據，RTU具有軟件掉電功能(néng)和硬件延時電路自(zì)動切斷受控電源，采用(yòng)雙重保險措施，以保護發(fā／fà)射機和節省電源。 

4. 利用(yòng)符合國際标準的調制解調器及國際先進的微處理器設計的RTU終端機，具有水位消浪濾波處理，電源下(xià)限自(zì)動報警功能(néng)和先進的信道糾錯、檢錯、編碼功能(néng)。 

5. 由于(yú)将調制解調器與電台進行(háng / xíng)一體化結構設計，簡化了RTU的設計，從而(ér)提高了其(qí)可(kě)靠性。 

6. 通過(guò)鍵盤，可(kě)現場設置各種相關參數。如(rú)可(kě)采集、顯示、發(fā／fà)送各種傳感器實測參數，可(kě)設置、顯示傳感器的基值；測試電池電壓。 

7. 具有故障自(zì)診斷和報警功能(néng)。 

8. 具有與中心站通話功能(néng)，使調試與維護工作的方便、簡單。 

2．4閘門監控系統

系統的主要(yào / yāo)内容是通過(guò)計算機監控系統達到水閘水位、閘門工情、圖像信息自(zì)動化采集與傳輸，達到能(néng)夠在監控中心遠程控制閘門起閉以及閘門自(zì)動控制；通過(guò)實時圖像可(kě)以直觀了解水閘的運行(háng / xíng)工況以及周圍環境。系統建設主要(yào / yāo)分爲控制樓監控中心和閘門現場監控裝置兩部分，監控中心爲系統前置機和計算機網絡平台及應用(yòng)軟件組成，閘門現場監控裝置由圖像部分的攝像頭機位布置、閘門監控部件PLC的布置以及信息傳輸通道的建設。現場通過(guò)PLC來控制閘門起閉設備，通過(guò)閘門開度儀實時确定閘門的開度，并通過(guò)水文水利計算，根據實測水文資料，自(zì)動設定閘門開度，提高自(zì)動化控制程度，減少人工誤差。通過(guò)設立保護裝置，能(néng)對(duì)執行(háng / xíng)過(guò)程中發(fā／fà)生(shēng)的意外情況進行(háng / xíng)及時處理。結合遠程圖像監控系統，可(kě)實現無人值守閘門自(zì)動化控制。 

2．5水庫優化調度系統

優化調度主要(yào / yāo)内容是當洪水來臨時在确保水庫防洪安全的條件下(xià)，根據下(xià)遊河道的的洩洪能(néng)力，爲灌溉用(yòng)水提供優的庫容，制定洪水調度計劃。利用(yòng)計算機水文遙測系統提供的水文資料和壩體滲壓自(zì)動監測系統關于(yú)壩體的安全參數作爲水庫防洪的決策依據。 

2．6圖像監控系統

閉路電視監視系統是采用(yòng)先進的電子科技手段,對(duì)遠端場景進行(háng / xíng)

傳感成像、信号傳輸、集中監視、圖像記錄以及聯動控制的安全技術防範和管理系統。計算機數字監視系統是監控報警業界的新型産品，它采用(yòng)視頻圖像數字化壓縮記錄的形式，采用(yòng)高性能(néng)的工業計算機，增加攝像機圖像輸入路數，提高多畫面圖像的顯示速率、增加對(duì)雲台和鏡頭的控制等功能(néng)，配之以良好的人機交互界面，便構成了以計算機爲核0心的數字式監視報警系統。 

系統功能(néng)介紹 

1. 視頻動态分布功能(néng) 

2. 多畫面顯示功能(néng) 

3. 圖像字符疊加功能(néng) 

4. 視頻報警功能(néng) 

5. 智能(néng)圖像檢測功能(néng) 

6. 可(kě)通過(guò)局域網進行(háng / xíng)遠程錄像查詢、回放、參數設置、實時監控 

7. 可(kě)程序控制錄像時間表、可(kě)自(zì)動循環錄像 

8. 捕獲靜态畫面 

9. 儲存、回放、剪輯處理方便 

10. 自(zì)診斷功能(néng) 

11. 可(kě)靠性及可(kě)擴性 

2．7辦公自(zì)動化系統

根據水庫各辦公室職能(néng)分配其(qí)各自(zì)權限，分别進行(háng / xíng)水庫信息化信息系統中0共享數據的查詢。并通過(guò)局域網絡共享系統外設資源，如(rú)打印機、掃描儀、數字化儀等，實現文件共享服務、FTP文件傳輸服務、Email電子信箱服務、網絡信息發(fā／fà)布、局域網通訊服務等，可(kě)按信息化建設進程分步實現财務電算化、人事(shì)勞資管理、物資管理、公文流轉、财務電算化等。

2．8 Web綜合信息發(fā／fà)布系統

水庫信息化系統中各子系統之間相互獨0立，又有信息相關性，通過(guò)設立一個中心數據庫服務器，把各子系統中的信息經過(guò)整理、提煉、挖掘後(hòu)存放到數據庫中，減少了信息冗餘度，并提高了信息的可(kě)靠性和科學性。用(yòng)基于(yú)JAVA技術開發(fā／fà)Web綜合信息發(fā／fà)布系統，根據各子系統的數據組織成相應的Web頁面發(fā／fà)布信息，由靜态和動态頁面兩部分組成。靜态頁面是一些不變的信息，如(rú)工程概況、建築物布置圖、系統構成圖等，動态頁面即把服務器中存放的數據按照業務邏輯組織，以數據表格、圖形的方式顯示，達到實時、直觀的效果。

Web綜合信息發(fā／fà)布系統由下(xià)列内容組成： 

水庫工程概況 

主要(yào / yāo)建築物、儀器、設備圖片 

大壩安全監測儀器分布圖 

大壩安全監測數據日報表 

大壩安全監測數據月報表 

大壩安全監測各測點空隙水壓力計水位過(guò)程線 

壩體内部水位浸潤線 

水庫氣象數據 

降雨量分布和降雨量過(guò)程線 

水位報表和水位過(guò)程線 

水電站電氣主接線圖 

水電站系統配置圖 

水電站遙測信息 

水電站遙信信息 

水電站電度量信息 

水電站遙信變位記錄 

水電站事(shì)件記錄 

水電站監控報表查詢 

圖像監控浏覽 

用(yòng)基于(yú)JAVA技術開發(fā／fà)的Web綜合信息發(fā／fà)布系統具有客戶端應用(yòng)方便、可(kě)擴展性強和跨平台應用(yòng)的好處。一般客戶端機器的Windows操作系統内嵌有IE浏覽器，隻要(yào / yāo)連接在局域網上就(jiù)可(kě)以直接訪問Web綜合信息發(fā／fà)布系統而(ér)勿需安裝其(qí)他軟件。服務器端增加一個遠程接入設備後(hòu)，上級部門或遠程用(yòng)戶撥号連接後(hòu)也同樣可(kě)以訪問綜合信息發(fā／fà)布系統。用(yòng)戶訪問簡潔方便，就(jiù)象訪問互聯網資源一樣，根據網頁布置，進入所(suǒ)需要(yào / yāo)的頁面，查詢相關信息。

[系統評價]

信息智能(néng)化系統建成後(hòu)，運行(háng / xíng)穩定，表現出良好的安全性和可(kě)靠性。消除了信息孤島，減少了數據冗餘，提高了信息的可(kě)靠性和科學性。快速方便的信息傳遞爲上級部門正确決策提供了保證，同時也提高了水庫現代化管理水平，提高了工作效率。同時也爲全國的水利信息化建設打下(xià)了基礎。