嵌入式技術在水庫IT智能系統(tǒng)中的應用

2013-12-26 14:30:11 電力信息化　點擊量：評論 (0)

摘要：水利行業(yè)是一個歷史十分悠久的行業(yè)，也是信息十分密集的行業(yè)。行水庫智能化建設，可以進一步挖掘水庫的潛力，加強水庫運行的可靠性。關鍵詞：水利行業(yè)嵌入式水庫信息化智能　　[系統(tǒng)概述]　　水利行業(yè)

摘要：水利行業(yè)是一個歷史十分悠久的行業(yè)，也是信息十分密集的行業(yè)。行水庫智能化建設，可以進一步挖掘水庫的潛力，加強水庫運行的可靠性。
關鍵詞：水利行業(yè)嵌入式水庫信息化智能
　　[系統(tǒng)概述]

　　水利行業(yè)是一個歷史十分悠久的行業(yè)，也是信息十分密集的行業(yè)。水利部門要向國家和相關行業(yè)提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水量水質(zhì)信息、水環(huán)境信息和水工程信息等。水庫作為水利系統(tǒng)最基層的工程，其智能化建設是水利信息化的基礎。我國有許多水庫是運行二十多年了的老水庫，電站設備和管理都相對陳舊，隨著計算機與信息技術的快速發(fā)展，采用新技術、新設備對整個水庫的設備與管理進行現(xiàn)代化改造，進行水庫智能化建設，可以進一步挖掘水庫的潛力，加強水庫運行的可靠性，水庫智能化系統(tǒng)的建立，將大大提高雨情、水情、工情、旱情和災情信息采集的準確性及傳輸?shù)臅r效性，作出及時、準確的預測和預報，制定防洪抗旱調(diào)度方案，為上級部門的決策提供科學依據(jù)。

　　[系統(tǒng)構成]

　　1、概述

　　水庫信息化系統(tǒng)主要由水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)、水情遙測系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、水庫優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)等組成，通過計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)把各子系統(tǒng)整合起來，實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作來提供一個信息訪問平臺。實現(xiàn)基于局域網(wǎng)的系統(tǒng)資源共享(如打印機、硬盤資源，文檔共享等)。采用數(shù)據(jù)庫管理技術集中處理信息結合Web技術應用，開發(fā)基于B/S方式的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，能夠方便直觀地讓用戶得到各系統(tǒng)的信息。通過建設光纖通道、無線接入、DDN專線等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，能夠及時了解氣象信息、衛(wèi)星云圖等專業(yè)信息，以Web方式為上級主管部門提供信息查詢平臺，同時也可實現(xiàn)移動辦公。

　2.各子系統(tǒng)介紹

　　2.1水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)

　　水電站以計算機監(jiān)控為主，簡易常規(guī)控制為輔的原則進行總體設計，充分注意計算機監(jiān)控系統(tǒng)與各常規(guī)控制設備的協(xié)調(diào)配合，整個監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電廠發(fā)電設備同步投入，建成后可以達到無人值班、少人值守的要求。簡易常規(guī)控制可在主控級與現(xiàn)場控制單元通訊中斷(或主控站故障)時作操作備用，它通過電纜直接作用于現(xiàn)地控制單元，現(xiàn)地單元具備運行人員進行常規(guī)控制的值班條件。

　　監(jiān)控系統(tǒng)高度可靠，采用分層分布開放系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護用戶的投資。軟件模塊化，結構化的設計，使系統(tǒng)更能適應功能的增加和規(guī)模的擴充。實時性好，抗干擾能力強。人機接口功能強，操作方便。

　　2.2大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)為分布式網(wǎng)絡結構。主要由前置機(采用工控機)、中央控制器(CCU)和現(xiàn)場測量控制單元(MCU)、傳感器及通訊網(wǎng)絡組成。MCU放置在觀測房內(nèi)，與傳感器聯(lián)接，工控機，作為網(wǎng)絡中心節(jié)點，由RS485總線與各個MCU聯(lián)接，完成子系統(tǒng)運行控制以及與上一級網(wǎng)絡系統(tǒng)的聯(lián)接工作。

　　系統(tǒng)中測量控制單元可以按預先設置的定時時間，自動對傳感器執(zhí)行定時數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給工控機同時保存在MCU的存儲器中;也可以執(zhí)行工控機發(fā)來的隨機采集命令，對任何傳感器進行數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)操作員在調(diào)度中心工作站可任意查看當前或歷史數(shù)據(jù)，利用圖形、報表或分析軟件等工具對大壩的性態(tài)作出進一步分析處理。

　　系統(tǒng)功能介紹

　　1 數(shù)據(jù)采集功能

　　(1) 隨機數(shù)據(jù)采集(應答)方式

　　a.自動巡回采集所有傳感器數(shù)據(jù)

　　b.按傳感器類型，選擇采集某類型傳感器數(shù)據(jù)

　　c.按MCU節(jié)點(從站)號，選擇采集某個MCU傳感器數(shù)據(jù)

　　d.按傳感器編號、單獨選擇采集某個傳感器數(shù)據(jù)(單個補測)

　　(2)自動數(shù)據(jù)采集(自報)方式

　　由各臺MCU按預先設置的方式，自動巡回檢測各個傳感器數(shù)據(jù)，并送至前置機(工控機)。主要有以下功能：

　　a.前置機(工控機)校對MCU時鐘

　　b.前置機(工控機)設置數(shù)據(jù)采集周期和采集點;

　　c.MCU自報采樣數(shù)據(jù);

　　d.前置機(工控機)查核自報數(shù)據(jù)，10天以內(nèi)若有未收到的數(shù)據(jù)，可以向MCU重新取數(shù);

　　e.清MCU數(shù)據(jù)區(qū)。

　　2 實時顯示數(shù)據(jù)采集功能

　　顯示監(jiān)測系統(tǒng)的總貌、監(jiān)測布置和傳感器分布圖

　　鼠標電擊分布圖中傳感器位置，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，并可以查看測點的各種信息，包括測點編號、儀器類型、埋設位置、參數(shù)等;

　　能通過圖形界面和表格方式，實時顯示各監(jiān)測值的量、過程曲線、分布圖及各種相關圖;

　　提供報警狀態(tài)顯示窗口和分級報警功能;

　　3 數(shù)據(jù)分析處理功能

　　對大壩的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行誤差處理、整編計算;

　　調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，進行最大值和最小值比較，即時對越限值報警提示;

　　對不能實行自動電測的數(shù)據(jù)，如壩體外部變形的表面測點數(shù)據(jù)，可以人工輸入數(shù)據(jù)庫;

　　可以人工輸入修改、刪除數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)(受操作員權限限制);

　　自動采集的數(shù)據(jù)可以選擇"存盤"或"不存盤";

　　具備數(shù)據(jù)查詢功能，用戶能根據(jù)查詢條件，查詢各種歷史數(shù)據(jù)。如：某庫水位值時，某個滲壓計的歷史數(shù)據(jù);

　　4 報表和圖形功能

　　具備報表打印功能，可以按選定的日期，時段、傳感器測頭，自動打印日報表，月報表或年報表;

　　圖形功能，可以按日期、時段、傳感器測頭，自動生成各種壓力、滲壓過程線;

　　5 數(shù)據(jù)庫管理功能

　　能提供原始測值數(shù)據(jù)庫、應用數(shù)據(jù)庫等各種類型的數(shù)據(jù)庫;

　　能夠對各種數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)進行自動處理、轉換和添加等管理工作;

　2.3水情測報系統(tǒng)：

　　系統(tǒng)配置有前置機(工控機)、遙測中心終端、收發(fā)電臺、通訊電源、全向天線和同軸避雷器等。中心站接收各個遙測站發(fā)送來的實時采集的各種水情參數(shù)。中心站前置機將接收到的數(shù)據(jù)先進行識別判錯、分類整理，形成數(shù)據(jù)文件存入前置機內(nèi)存。形成的數(shù)據(jù)文件可經(jīng)過局域網(wǎng)存入服務器數(shù)據(jù)庫。通訊方式可采用通訊電纜、電臺、衛(wèi)星、無線短信等方式進行通訊，保證了通道通暢。

　　系統(tǒng)功能介紹

　　1. 隨機自報功能。當監(jiān)測累計參量達到一個最小檢測值時，如雨量達到1mm, RTU自動上電工作，將累計量加1并保存，然后全量發(fā)送一次實測累計參數(shù)。當監(jiān)測庫水位瞬時值變化(增大或減小)一個最小檢測值時，且與上次發(fā)送數(shù)據(jù)時間間隔大于設定值時，RTU將實測瞬時值發(fā)送到中心站。

　　2. 定時平安自報功能。當新監(jiān)測的參數(shù)不發(fā)生變化時，每天按設定的時間間隔，定時向中心站發(fā)送實時參數(shù)和測站工作狀態(tài)。

　　3. 測站發(fā)送完數(shù)據(jù)，RTU具有軟件掉電功能和硬件延時電路自動切斷受控電源，采用雙重保險措施，以保護發(fā)射機和節(jié)省電源。

　　4. 利用符合國際標準的調(diào)制解調(diào)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，電源下限自動報警功能和先進的信道糾錯、檢錯、編碼功能。

　　5. 由于將調(diào)制解調(diào)器與電臺進行一體化結構設計，簡化了RTU的設計，從而提高了其可靠性。

　　6. 通過鍵盤，可現(xiàn)場設置各種相關參數(shù)。如可采集、顯示、發(fā)送各種傳感器實測參數(shù)，可設置、顯示傳感器的基值;測試電池電壓。

　　7. 具有故障自診斷和報警功能。

　　8. 具有與中心站通話功能，使調(diào)試與維護工作的方便、簡單。

　　2.4閘門監(jiān)控系統(tǒng)

　　系統(tǒng)的主要內(nèi)容是通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)達到水閘水位、閘門工情、圖像信息自動化采集與傳輸，達到能夠在監(jiān)控中心遠程控制閘門起閉以及閘門自動控制;通過實時圖像可以直觀了解水閘的運行工況以及周圍環(huán)境。系統(tǒng)建設主要分為控制樓監(jiān)控中心和閘門現(xiàn)場監(jiān)控裝置兩部分，監(jiān)控中心為系統(tǒng)前置機和計算機網(wǎng)絡平臺及應用軟件組成，閘門現(xiàn)場監(jiān)控裝置由圖像部分的攝像頭機位布置、閘門監(jiān)控部件PLC的布置以及信息傳輸通道的建設。現(xiàn)場通過PLC來控制閘門起閉設備，通過閘門開度儀實時確定閘門的開度，并通過水文水利計算，根據(jù)實測水文資料，自動設定閘門開度，提高自動化控制程度，減少人工誤差。通過設立保護裝置，能對執(zhí)行過程中發(fā)生的意外情況進行及時處理。結合遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守閘門自動化控制。

　　2.5水庫優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

　　優(yōu)化調(diào)度主要內(nèi)容是當洪水來臨時在確保水庫防洪安全的條件下，根據(jù)下游河道的的泄洪能力，為灌溉用水提供最優(yōu)的庫容，制定洪水調(diào)度計劃。利用計算機水文遙測系統(tǒng)提供的水文資料和壩體滲壓自動監(jiān)測系統(tǒng)關于壩體的安全參數(shù)作為水庫防洪的決策依據(jù)。

　　2.6圖像監(jiān)控系統(tǒng)

　　閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)是采用先進的電子科技手段,對遠端場景進行傳感成像、信號傳輸、集中監(jiān)視、圖像記錄以及聯(lián)動控制的安全技術防范和管理系統(tǒng)。計算機數(shù)字監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)控報警業(yè)界的新型產(chǎn)品，它采用視頻圖像數(shù)字化壓縮記錄的形式，采用高性能的工業(yè)計算機，增加攝像機圖像輸入路數(shù)，提高多畫面圖像的顯示速率、增加對云臺和鏡頭的控制等功能，配之以良好的人機交互界面，便構成了以計算機為核心的數(shù)字式監(jiān)視報警系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)功能介紹

　　1. 視頻動態(tài)分布功能

　　2. 多畫面顯示功能

　　3. 圖像字符疊加功能

　　4. 視頻報警功能

　　5. 智能圖像檢測功能

　　6. 可通過局域網(wǎng)進行遠程錄像查詢、回放、參數(shù)設置、實時監(jiān)控

　　7. 可程序控制錄像時間表、可自動循環(huán)錄像

　　8. 捕獲靜態(tài)畫面

　　9. 儲存、回放、剪輯處理方便

　　10. 自診斷功能

　　11. 可靠性及可擴性

　　2.7辦公自動化系統(tǒng)

　　根據(jù)水庫各辦公室職能分配其各自權限，分別進行水庫信息化信息系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)的查詢。并通過局域網(wǎng)絡共享系統(tǒng)外設資源，如打印機、掃描儀、數(shù)字化儀等，實現(xiàn)文件共享服務、FTP文件傳輸服務、Email電子信箱服務、網(wǎng)絡信息發(fā)布、局域網(wǎng)通訊服務等，可按信息化建設進程分步實現(xiàn)財務電算化、人事勞資管理、物資管理、公文流轉、財務電算化等。

　　2.8 Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)

　　水庫信息化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間相互獨立，又有信息相關性，通過設立一個中心數(shù)據(jù)庫服務器，把各子系統(tǒng)中的信息經(jīng)過整理、提煉、挖掘后存放到數(shù)據(jù)庫中，減少了信息冗余度，并提高了信息的可靠性和科學性。用基于JAVA技術開發(fā)Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，根據(jù)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織成相應的Web頁面發(fā)布信息，由靜態(tài)和動態(tài)頁面兩部分組成。靜態(tài)頁面是一些不變的信息，如工程概況、建筑物布置圖、系統(tǒng)構成圖等，動態(tài)頁面即把服務器中存放的數(shù)據(jù)按照業(yè)務邏輯組織，以數(shù)據(jù)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)布系統(tǒng)由下列內(nèi)容組成：

　　水庫工程概況

　　主要建筑物、儀器、設備圖片

　　大壩安全監(jiān)測儀器分布圖

　　大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)日報表

　　大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)月報表

　　大壩安全監(jiān)測各測點空隙水壓力計水位過程線

　　壩體內(nèi)部水位浸潤線

　　水庫氣象數(shù)據(jù)

　　降雨量分布和降雨量過程線

　　水位報表和水位過程線

　　水電站電氣主接線圖

　　水電站系統(tǒng)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

　　水電站事件記錄

　　水電站監(jiān)控報表查詢

　　圖像監(jiān)控瀏覽

　　用基于JAVA技術開發(fā)的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)具有客戶端應用方便、可擴展性強和跨平臺應用的好處。一般客戶端機器的Windows操作系統(tǒng)內(nèi)嵌有IE瀏覽器，只要連接在局域網(wǎng)上就可以直接訪問Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)而勿需安裝其他軟件。服務器端增加一個遠程接入設備后，上級部門或遠程用戶撥號連接后也同樣可以訪問綜合信息發(fā)布系統(tǒng)。用戶訪問簡潔方便，就象訪問互聯(lián)網(wǎng)資源一樣，根據(jù)網(wǎng)頁布置，進入所需要的頁面，查詢相關信息。

　　3、系統(tǒng)配置

　　以EVOC嵌入式智能產(chǎn)品為例子，闡述系統(tǒng)配置如下：

　　3.1、主機：

　　A、機箱： IPC-8420/PS-270A/6113LP4

　　B、主板： FSC-1711VN全長CPU卡

　　C、數(shù)據(jù)采集卡：PCL-711B低成本多功能數(shù)據(jù)采集卡、PCL-733 32路隔離數(shù)字輸入卡、PCL-734 32路隔離數(shù)字輸出卡

　　3.2、服務器：

　　數(shù)據(jù)庫服務器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 80G

　　WWW服務器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 60G

　　3.3、遠程數(shù)據(jù)采集模塊：

　　ARK-14017(帶隔離6路差分和2路單端模擬輸入)

　　ARK-14021(單通道模擬輸出)

　　ARK-14052(帶隔離數(shù)字輸入模塊)

　　ARK-24520 (RS-232 至 RS-485協(xié)議轉換器)

　　[系統(tǒng)評價]

　　信息智能化系統(tǒng)建成后，運行穩(wěn)定，表現(xiàn)出良好的安全性和可靠性。消除了信息孤島，減少了數(shù)據(jù)冗余，提高了信息的可靠性和科學性。快速方便的信息傳遞為上級部門正確決策提供了保證，同時也提高了水庫現(xiàn)代化管理水平，提高了工作效率。同時也為全國的水利信息化建設打下了基礎。