水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)研究

宋佳　連莎

摘要：對(duì)水庫(kù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)度有效保障了水庫(kù)安全穩(wěn)定的工作運(yùn)行，水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)是水庫(kù)管理中的一項(xiàng)重要工作。文章介紹了水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)、溝水坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)；溝水坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；水庫(kù)運(yùn)行；防洪減災(zāi) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TV698 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0172-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.086

近年來(lái)在防洪減災(zāi)和發(fā)電等方面水庫(kù)所起到的作用越來(lái)越大，怎樣才能更加合理科學(xué)地管理水庫(kù)，盡可能發(fā)揮水庫(kù)在發(fā)電與防洪方面的作用，是水庫(kù)監(jiān)測(cè)調(diào)度管理中的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。水庫(kù)一般建設(shè)在山區(qū)，受特殊的地質(zhì)環(huán)境、極端災(zāi)害性天氣以及人類活動(dòng)的影響，泥石流、山洪及山體滑坡等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，給當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施、農(nóng)作物以及生態(tài)環(huán)境造成了十分嚴(yán)重的破壞，因此只有加快山洪災(zāi)害的防治工作，提高山洪災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，才能保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全，才有利于山區(qū)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展。水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)可以及時(shí)監(jiān)測(cè)到雨水情況，并準(zhǔn)確地做出預(yù)報(bào)，快速提出調(diào)度的方案，進(jìn)而保證了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)

1.1 水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)的功能

1.1.1 水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度調(diào)系統(tǒng)中的兩種數(shù)據(jù)。水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度調(diào)系統(tǒng)中包含著兩種數(shù)據(jù)：一種是歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)是水庫(kù)長(zhǎng)期工作中積累下來(lái)的，我們可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而對(duì)水庫(kù)未來(lái)運(yùn)行工作的情況做出合理化預(yù)測(cè)；另一種是對(duì)水庫(kù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息。主要是監(jiān)測(cè)雨水的信息、發(fā)電機(jī)組工作運(yùn)行的情況、閘門工作運(yùn)行的情況等。歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)怎樣才能夠快速地搜索出來(lái)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)提出了要求。

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息服務(wù)的子系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息服務(wù)的子系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置了公用數(shù)據(jù)信息的接口，提供數(shù)據(jù)信息的訪問(wèn)途徑，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行訪問(wèn)管理，并且對(duì)訪問(wèn)進(jìn)行監(jiān)視。

1.1.3 支持多種類型數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息采集處理的子系統(tǒng)可以支持多種類型數(shù)據(jù)信息，水庫(kù)調(diào)度時(shí)發(fā)送與接受水情信息。在水庫(kù)的水位或者降水量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，就會(huì)觸發(fā)自動(dòng)的報(bào)警裝置。這個(gè)系統(tǒng)還可以按照一定的期限對(duì)收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析那個(gè)時(shí)段的水情數(shù)據(jù)信息。

1.1.4 水庫(kù)圖形的編輯功能。該系統(tǒng)可以提供水庫(kù)調(diào)度所需的水庫(kù)圖形編輯的功能，需要編輯的水庫(kù)圖主要有水庫(kù)的調(diào)度圖、水庫(kù)流域的水情圖等，系統(tǒng)可以將這些水庫(kù)圖輸入到水庫(kù)調(diào)度Web服務(wù)器中。

1.2 控件

水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)的控件主要有數(shù)據(jù)接口的控件、屬性接口的控件、分析處理的控件、圖形顯示的控件這四種控件。數(shù)據(jù)接口主要功能是獲取信息數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一的接口。屬性接口主要功能是制定控件的界面形式，比如：控件在運(yùn)行工作的過(guò)程中，改變字號(hào)與顏色等。分析處理主要功能是按照設(shè)置好屬性使用各種方法對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析。圖形顯示主要功能是把分析處理后的數(shù)據(jù)信息用圖形表現(xiàn)出來(lái)，例如：水位變化趨勢(shì)用波浪線來(lái)表現(xiàn)。

1.3 水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用

水庫(kù)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)主要功能是：監(jiān)視水庫(kù)的降水量、水位、庫(kù)容、發(fā)電的流量、入庫(kù)的流量以及出庫(kù)的流量等。對(duì)以上這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)流域內(nèi)降水量、入庫(kù)的與出庫(kù)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以了解整個(gè)水庫(kù)實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，與流域內(nèi)降水的情況，以便掌握整個(gè)水庫(kù)實(shí)時(shí)工作運(yùn)行的情況。對(duì)水庫(kù)流域內(nèi)的降水情況進(jìn)行監(jiān)視，可以獲取遙測(cè)站雨量、水位站雨量以及水位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析并且在流域圖上面顯示出來(lái)，可以得到雨水的數(shù)據(jù)以及某一時(shí)段雨水的數(shù)據(jù)。

2 溝水坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

溝水坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由水庫(kù)水位監(jiān)測(cè)GSM預(yù)警系統(tǒng)、水庫(kù)出入水流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水庫(kù)雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、中心控制系統(tǒng)及組態(tài)軟件五部分組成。

2.1 水位監(jiān)測(cè)和GSM預(yù)警系統(tǒng)

2.1.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)。通過(guò)靜壓液位變送器采集水庫(kù)水位高度，輸出模擬量信號(hào)，利用AD模塊將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)傳送至工業(yè)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)里面。無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)再通過(guò)RS485信號(hào)把水位數(shù)字信號(hào)傳送到控制中心數(shù)傳電臺(tái)里內(nèi)，最后進(jìn)入控制中心服務(wù)器里面，形成數(shù)字、圖形或報(bào)表。

2.1.2 GSM預(yù)警。通過(guò)PLC設(shè)定水位上限高度，經(jīng)液位計(jì)變送器利用模塊信號(hào)把水位值傳送到PLC內(nèi)。水位超過(guò)上限值時(shí)，PLC通過(guò)數(shù)字量信號(hào)觸動(dòng)GSM預(yù)警模塊，以短信方式給值班人員報(bào)警。

2.2 水庫(kù)流量出入水流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.2.1 入水流量。由于管道是水泥管道且入水流量不固定，擬采用明渠式超聲波流量計(jì)，又由于管道為半球形，現(xiàn)有流量計(jì)無(wú)法計(jì)算弧形渠流量，所以我們用分離式流量計(jì)通過(guò)超聲波分別計(jì)算管道水位和庫(kù)內(nèi)水流速，再把水位及流速轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)發(fā)送到中心控制室服務(wù)器上，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算橫截面積及流量速度得出入水流量。

2.2.2 出水流量。出水管道是DN900鋼制管道，水流滿管，所以我們采用外夾式超聲波流量計(jì)，不用破壞管道結(jié)構(gòu)，而且能準(zhǔn)確通過(guò)內(nèi)部計(jì)算出管道流量，再通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)把流量值直接傳送到計(jì)算機(jī)里內(nèi)便可。

2.3 水庫(kù)雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采用雙翻斗式雨量采集儀，再通過(guò)數(shù)采模塊把雨量?jī)x翻轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)累加成數(shù)字信號(hào)。雨量采集儀可以置于中控中心樓頂，距離較近，可采用RS485線纜，把采集到的信號(hào)傳送到中控計(jì)算機(jī)里面，最終形成圖像、文字或報(bào)表。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

我們采用無(wú)線高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加視頻信號(hào)。

2.4.1 優(yōu)點(diǎn)：（1）百萬(wàn)高清攝像頭畫質(zhì)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)模擬攝像頭；（2）無(wú)線WIFI傳輸，減少架設(shè)光纖及線纜成本及人工施工成本；（3）無(wú)線高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在系統(tǒng)連接互聯(lián)網(wǎng)后，采用最新的云技術(shù)可以在世界各地隨時(shí)通過(guò)手機(jī)、電腦及各種手持設(shè)備監(jiān)控水庫(kù)情況。

2.4.2 缺點(diǎn)：（1）小雨或霧天WIFI信號(hào)會(huì)衰減；（2）高清視頻存儲(chǔ)量大。

2.4.3 解決辦法。采用大功率WIFI發(fā)射器，保證信號(hào)強(qiáng)度為80%、衰減后信號(hào)強(qiáng)度保證在50%以上便可以穩(wěn)定傳輸視頻信號(hào)，同時(shí)采用多硬盤接口硬盤錄像機(jī)加大視頻存儲(chǔ)量。

2.5 中心控制系統(tǒng)及組態(tài)軟件

該系統(tǒng)基于WINDOWS系統(tǒng)制作，操作簡(jiǎn)單，管理人員上手容易。主要數(shù)據(jù)信息都用圖形、曲線、圖表等形式顯示，一目了然。系統(tǒng)具有先進(jìn)實(shí)用、升級(jí)簡(jiǎn)便、擴(kuò)充性強(qiáng)、開(kāi)放性好等優(yōu)點(diǎn)。中心軟件采用人性化的圖形設(shè)計(jì)，設(shè)備狀況表現(xiàn)清晰、圖形美觀，操作簡(jiǎn)單、方便。數(shù)據(jù)處理采用工業(yè)專用多串口服務(wù)器，軟件采用MCGS無(wú)限點(diǎn)組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是結(jié)合地理信息處理技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)設(shè)計(jì)而成的綜合監(jiān)視管理系統(tǒng)，其主要包括水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、圖像監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)以及移動(dòng)手機(jī)客戶端等多個(gè)系統(tǒng)，可對(duì)中小水庫(kù)等易發(fā)山洪地區(qū)的水文水雨情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有遠(yuǎn)程拍照實(shí)時(shí)監(jiān)控以及雨量、水位超過(guò)汛限警戒值時(shí)自動(dòng)報(bào)警功能。

3.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)采用防雷、防雨、防潮、輸入信號(hào)隔離等多項(xiàng)措施，確保設(shè)備安全、可靠；（2）整點(diǎn)、觸發(fā)采集雨量水位數(shù)據(jù)，預(yù)警觸發(fā)加報(bào)雨量、水位數(shù)據(jù)，具有微功耗設(shè)計(jì)，超長(zhǎng)待機(jī)；（3）水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)定時(shí)抓拍圖片，電池電壓上報(bào)功能，GPRS數(shù)據(jù)通訊、短信備份，可設(shè)置自動(dòng)上報(bào)式與應(yīng)答式工作模式；（4）采集模塊與通訊模塊一體化設(shè)計(jì)，更低成本、更穩(wěn)定可靠支持遠(yuǎn)程管理功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)配置、程序升級(jí)；（5）高性能嵌入式操作系統(tǒng)，模塊化的功能設(shè)計(jì)，更容易進(jìn)行外延擴(kuò)展；（6）高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的工作環(huán)境能力設(shè)計(jì)，支持更寬的工作溫度，多樣化的配置方式，支持鍵盤、串口、遠(yuǎn)程三種方式；（7）接入靈活：可接入公司配套的山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件平臺(tái)，也可接入組態(tài)軟件或用戶自行開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)；（8）前置機(jī)軟件自動(dòng)收集遙測(cè)終端機(jī)數(shù)據(jù)，自動(dòng)向上級(jí)上報(bào)數(shù)據(jù)，人性化的前置機(jī)通訊軟件設(shè)計(jì)，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置、歷史數(shù)據(jù)查詢、遠(yuǎn)程升級(jí)功能，維護(hù)方便。

3.2 技術(shù)參數(shù)

（1）信號(hào)防雷器：額定放電電流20kA；（2）微功耗RTU：RTU集3G傳輸模塊于一體；（3）串口攝像頭：RS485接口，200W像素；（4）翻斗式雨量計(jì)：分辨率0.2mm、0.5mm或1mm可選；（5）充電控制器：充電電壓12V/24V，充電電流6A/8A可選；（6）DVS：與RTU網(wǎng)口相連接，實(shí)時(shí)采集圖像通過(guò)RTU里面的3G模塊傳輸圖像；（7）半球球機(jī)：金屬外殼，航空頭接口，標(biāo)配3.6mm鏡頭（鏡頭可選3.6mm/4mm/6mm/8mm），紅外有效距離50m，DC12V；（8）水位計(jì)：浮子式水位計(jì)（格雷碼或RS485接口）、雷達(dá)式水位計(jì)、超聲波水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、氣泡式水位計(jì)、激光水位計(jì)等可選；（9）太陽(yáng)能板：10W、20W、40W可選。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)水庫(kù)流域降水量、水情情況、防洪抗災(zāi)方面起到的作用是非常大的，有效降低了人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)智能化水利工程增強(qiáng)防汛抗旱能力的重要組成部分，水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)是依據(jù)水利部技術(shù)要求和行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，應(yīng)用技術(shù)比較成熟，對(duì)水庫(kù)發(fā)電與防汛抗旱來(lái)說(shuō)極其重要。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：宋佳（1986-），女，江西九江人，供職于國(guó)網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠，研究方向：水利水電工程。

（責(zé)任編輯：小 燕）