基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的堆石壩尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

余亮

(江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司，江西南昌 330038)

尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1]的建設(shè)工程量主要集中在各類通信線路敷設(shè)上。尤其對(duì)于尾礦庫(kù)遠(yuǎn)端，例如副壩、攔洪壩或排水井等距離監(jiān)測(cè)站房較遠(yuǎn)，通常需要架設(shè)通信桿路，采用光纖作為傳輸介質(zhì)，上傳遠(yuǎn)端的監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。這種方式雖然可以保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性和可靠性，但是增加了架空線路的建設(shè)費(fèi)用和增長(zhǎng)了工程建設(shè)周期。

由堆石料堆筑構(gòu)建的尾礦壩(以下簡(jiǎn)稱“堆石壩”)表面不會(huì)生長(zhǎng)雜草和灌木，且尾礦庫(kù)水面較為開(kāi)闊，無(wú)遮擋。這些自然條件可保證無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性?；诖?，本文以四川某堆石壩尾礦庫(kù)為例，介紹一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的堆石壩尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 尾礦庫(kù)基礎(chǔ)資料及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求

該尾礦庫(kù)總庫(kù)容2 275×104m3，屬于二等庫(kù)，包含尾礦主壩和攔洪壩兩處壩體，以及3座排水井和監(jiān)測(cè)站房。尾礦壩分三期建成，一期和二期均采用當(dāng)?shù)夭牧隙咽隙阎瑝涡蜑橥杆咽瘔?，尾礦主壩總壩高136 m。為防止尾礦壩滲水對(duì)下游的影響，在二期壩下游設(shè)置漿砌石截滲壩；在尾礦庫(kù)的上游位置設(shè)置攔洪壩，將上游洪水?dāng)r截后直接接入排洪隧洞。排水井共設(shè)置3座，3號(hào)排水井直接接主排洪隧洞，1號(hào)、2號(hào)排水井通過(guò)支洞與主排洪隧洞相聯(lián)。監(jiān)測(cè)站房設(shè)置在尾礦主壩附近地質(zhì)穩(wěn)定的山坡上。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，在尾礦庫(kù)主壩設(shè)置浸潤(rùn)線、表面位移、內(nèi)部位移、干灘長(zhǎng)度、滲流量等監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)；在攔洪壩設(shè)置浸潤(rùn)線、表面位移、內(nèi)部位移等監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)；在排水井設(shè)置庫(kù)水位監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)；在監(jiān)測(cè)站房設(shè)置表面位移、降雨量等監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)[2]。各處需設(shè)置子系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 各子系統(tǒng)設(shè)置示意

2 尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)

尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)前端設(shè)備由相關(guān)儀表和紅外網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)等組成，具體設(shè)備名稱如表1所示。

表1 各子系統(tǒng)前端采集設(shè)備

為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸架構(gòu)，前端尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)均需要轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)方式進(jìn)行傳輸，各子系統(tǒng)的構(gòu)建分述如下：

1）壩體表面位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)選用GNSS接收機(jī)設(shè)備作為前端采集設(shè)備，輸出數(shù)據(jù)為RS232格式，通過(guò)串口服務(wù)器（RS232轉(zhuǎn)化為RJ45）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為TCP/IP格式，接入到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

2）壩體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)選用數(shù)字式測(cè)斜儀作為前端采集設(shè)備，輸出信號(hào)為4～20 mA，通過(guò)4芯水工通訊電纜接入至內(nèi)部位移數(shù)據(jù)采集儀，轉(zhuǎn)化為RS485信號(hào)，再通過(guò)串口服務(wù)器（RS485轉(zhuǎn)化為RJ45）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為TCP/IP格式，接入到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 表面位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖3 內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3）浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)選用振弦式滲壓計(jì)作為前端采集設(shè)備，輸出信號(hào)為4～20 mA，通過(guò)4芯水工通訊電纜接入至浸潤(rùn)線數(shù)據(jù)采集儀，轉(zhuǎn)化為RS-485信號(hào)，再通過(guò)串口服務(wù)器（RS485轉(zhuǎn)化為RJ45）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為TCP/IP格式，接入到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

4）干灘長(zhǎng)度、庫(kù)水位監(jiān)測(cè)、降雨量監(jiān)測(cè)和滲流量監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)。各前端設(shè)備（表1）輸出信號(hào)為RS485格式，通過(guò)串口服務(wù)器（RS485轉(zhuǎn)化為RJ45）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為TCP/IP格式，接入到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖5 其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端采用紅外網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，數(shù)據(jù)輸出直接為TCP/IP格式，就近接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，即可接入到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。

3 網(wǎng)絡(luò)傳輸架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸，需為系統(tǒng)構(gòu)建1套網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)[3]。在每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域（主壩、排水井和攔洪壩）處均設(shè)置1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用于匯聚所在區(qū)域在線監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)TCP/IP格式的數(shù)據(jù)。排水井和攔洪壩通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋，將所在區(qū)域的在線監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚到主壩處的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，最終以光纜為介質(zhì)，連接至監(jiān)測(cè)機(jī)房的核心交換機(jī)。在監(jiān)測(cè)機(jī)房主要設(shè)置有服務(wù)器、在線監(jiān)測(cè)管理工作站、視頻管理工作站、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)（配專用硬盤）和在線UPS等設(shè)備，用于管理、存儲(chǔ)、控制和顯示在線監(jiān)測(cè)各子項(xiàng)數(shù)據(jù)[4]。網(wǎng)絡(luò)傳輸架構(gòu)如圖6所示。

圖6 網(wǎng)絡(luò)傳輸架構(gòu)

為保障無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，系統(tǒng)選用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型（PTP）定向式無(wú)線網(wǎng)橋，具體性能要求如表2所示。

表2 無(wú)線網(wǎng)橋主要性能要求

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)堆石壩尾礦庫(kù)的特殊性，可建立一套基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：首先將在線監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)前端設(shè)備采集到的各類輸出格式數(shù)據(jù) （包括 RS232、RS485、4～20 mA 模擬信號(hào)等）通過(guò)各類數(shù)據(jù)采集儀和串口服務(wù)器等設(shè)備轉(zhuǎn)化為RJ45格式數(shù)據(jù)，匯聚到所在區(qū)域的TCP/IP局域網(wǎng)內(nèi)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)最終上傳至監(jiān)測(cè)機(jī)房。這樣可減少系統(tǒng)復(fù)雜的通信布線工程量和系統(tǒng)的建設(shè)周期，同時(shí)系統(tǒng)具有良好擴(kuò)展性和兼容性。