自動化系統(tǒng)在長洲大壩監(jiān)測中的應(yīng)用

摘 要：本文主要介紹了長洲水利樞紐大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用及運行情況，并對運行過程存在問題進行了總結(jié)，提出了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行的建議。

關(guān)鍵詞：長洲水利樞紐;安全監(jiān)測;自動化系統(tǒng);應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.055

1 引言

為保證水工建筑物的安全運行，長洲水利樞紐建立了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)自動化提高了觀測精度和工作效率，降低了勞動強度。但要重視自動化系統(tǒng)運行過程中的穩(wěn)定性，對系統(tǒng)的運行情況不斷總結(jié)，對存在的問題及時解決，勤于維護保證系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)，以便更好地為大壩安全服務(wù)。

2 工程概況

長洲水利樞紐位于西江水系干流潯江下游河段廣西捂州市上游12km處，樞紐橫跨三江、兩島，是一座以發(fā)電為主，兼有航運、灌溉等綜合利用效益的大型水利樞紐。工程的主要建筑物包括：船閘、泄水閘、重力壩、左右岸接頭壩、土石壩、河床式廠房、開關(guān)站及魚道等。為了掌握水工建筑物在施工及運行期的工作性態(tài)，樞紐布置了完整的安全監(jiān)測系統(tǒng)。

3 大壩監(jiān)測系統(tǒng)簡介

長洲水利樞紐作為大（1）型水利樞紐，以技術(shù)手段對工程實際運行性態(tài)的監(jiān)測顯得特別重要。為此，設(shè)計單位為該工程布置了一套龐大的監(jiān)測系統(tǒng)。本工程監(jiān)測項目多、傳感器類型多、測點數(shù)量多，自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用給監(jiān)測資料的完整性和連續(xù)性提供了較好的保障。

4 自動化監(jiān)測系統(tǒng)介紹

長洲水利樞紐安全監(jiān)測項目納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要項目有滲流監(jiān)測、接縫監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變及溫度、環(huán)境量監(jiān)測等，共955支儀器。內(nèi)、中、外江和船閘觀測廊道內(nèi)6條激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，98個測點。大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)由硬件和軟件組成，目前系統(tǒng)運行正常。

5 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）激光準(zhǔn)直系統(tǒng)的應(yīng)用。內(nèi)江、中江、外江和船閘內(nèi)各安裝了一套自動化激光真空系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要是根據(jù)光學(xué)原理來對大壩的各個監(jiān)測部位的上下游方向、左右岸方向、沉降方向和傾斜角度的變形進行自動化測量。

激光測量系統(tǒng)中設(shè)備供電由專用的配電箱提供，數(shù)據(jù)傳輸是通過RS485總線形式進行傳輸，傳感器測量出的圖像信號通過同軸電纜進行信號傳輸，所有信號最終匯總到各個廊道口的光端機處，通過光纖將信號發(fā)送至中控室主控機。

（2）自動化監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成及配置。1）系統(tǒng)的構(gòu)成。長洲自動化監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括測站層的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測工作站層的計算機網(wǎng)絡(luò)。測站層由各測點傳感器和數(shù)據(jù)采集單元等組成;監(jiān)測工作站層由監(jiān)測服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、工控機、光端機、臺式電腦、UPS電源設(shè)備等組成。測站層內(nèi)通過兩芯雙絞屏蔽線連接，測站層與工控機之間通過光纖電纜連接，以RS-485接口方式進行通訊，同時監(jiān)測服務(wù)器、工控機和臺式電腦通過網(wǎng)絡(luò)交換機組成局域網(wǎng)。2）系統(tǒng)配置。計算機和所有MCU測控單元之間的通訊采用RS-485方式，在軟硬件和人工的干預(yù)下完成日常觀測數(shù)據(jù)的采集、系統(tǒng)自檢及硬件故障報警等工作。

長洲水利樞紐于2012年6月完成大壩安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)建設(shè)并正式投入運行，該軟件能對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行管理，可靈活進行數(shù)據(jù)插入、刪除、修改、查詢和導(dǎo)出等操作;在原始測值改變的同時，能自動檢驗數(shù)據(jù)的有效性，并自動計算相關(guān)效應(yīng)量;查詢結(jié)果可快速導(dǎo)出到Excel文件以及文本文件;可以制作各類大壩安全監(jiān)測常用曲線圖形，如效應(yīng)量的過程線、相關(guān)線、分布圖等。系統(tǒng)具有較強的人機交互性能，通過互聯(lián)網(wǎng)定期直接向國家能源局大壩中心報送大壩安全信息。

（3）監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行過程中存在的問題。1）在外江船閘排水廊道的監(jiān)測設(shè)備因運行環(huán)境濕度大，使部分設(shè)備電子原件失靈，給設(shè)備正常運行造成不同程度的影響，特別在春夏交替季節(jié)尤甚。2）長洲水利樞紐所處地理位置為夏季雷雨、雷電高發(fā)區(qū)域，又因埋入壩體內(nèi)部的傳感器絕緣性能降低，在自動化系統(tǒng)運行過程中，有個別觀測站MCU數(shù)據(jù)采集模塊因感應(yīng)雷產(chǎn)生時會沿信號線進入，導(dǎo)致電路板損壞的現(xiàn)象發(fā)生。3）激光變形監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中存在某些測點出現(xiàn)一定的跳變現(xiàn)象，規(guī)律性較差，主要原因為真空管道接頭密封性較差，真空度未達到要求，目前進行了初步處理，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性有所改善，后期運行過程中還應(yīng)注意其穩(wěn)定性的變化。

6 對自動化監(jiān)測系統(tǒng)運行的思考

（1）建議對濕度大、易出現(xiàn)結(jié)露狀況部位的儀器加大巡檢力度和采取有效的防潮措施，力求減小對儀器的影響。 （2）對部分設(shè)備在夏季雷雨高發(fā)期易出現(xiàn)的雷擊的問題，有必要在系統(tǒng)中增加專用防雷、避雷設(shè)備，以便更好的保護監(jiān)測設(shè)備，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。（3）激光準(zhǔn)直自動化系統(tǒng)作為新興的監(jiān)測手段，激光系統(tǒng)設(shè)備在監(jiān)測中發(fā)揮了其時效性強，監(jiān)測變量多的優(yōu)點。但是應(yīng)重視其系統(tǒng)的穩(wěn)定性，勤于保養(yǎng)維護，保證其處于良好的工作狀態(tài)。（4）實現(xiàn)自動化監(jiān)測的目的，就是提高觀測精度，提高工作效率，降低勞動強度，逐步取代人工觀測。通過人工與自動化監(jiān)測對比，檢查系統(tǒng)運行是否穩(wěn)定，測值是否準(zhǔn)確，將來可逐漸減少人工觀測測次。（5）自動化監(jiān)測系統(tǒng)工程是一項技術(shù)含量較高的技術(shù)工作，要不斷提高運行管理人員的技術(shù)能力和素質(zhì)，以確保監(jiān)測系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。（6）對系統(tǒng)設(shè)備運行使用的環(huán)境應(yīng)進行改善和更新，提高其運行穩(wěn)定性，降低故障率，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和精確度。

7 結(jié)束語

運行過程中，自動化監(jiān)測系統(tǒng)管理維護是必不可少的環(huán)節(jié)，這需要對大壩安全自動化監(jiān)測工作有正確的認(rèn)識和相應(yīng)的維護手段。只有自動化監(jiān)測系統(tǒng)管理維護人員的自身專業(yè)水平不斷提高，才能及時、有效、準(zhǔn)確地獲取第一手的監(jiān)測資料，發(fā)揮安全監(jiān)測系統(tǒng)的耳目作用，使系統(tǒng)更好地為長洲大壩安全服務(wù)。

參考文獻：

[1] 吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

作者簡介：曹建偉（1985-），男，學(xué)士，工程師，主要從事水電及光伏工程建設(shè)管理、大壩監(jiān)測及水工維護管理工作。