水庫自動化監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)研究

宋佳　連莎

摘要：對水庫進行監(jiān)測調(diào)度有效保障了水庫安全穩(wěn)定的工作運行，水庫自動化監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)是水庫管理中的一項重要工作。文章介紹了水庫自動化調(diào)度系統(tǒng)、溝水坡自動化監(jiān)測系統(tǒng)以及水庫自動化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：水庫自動化監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)；溝水坡自動化監(jiān)測系統(tǒng)；水庫運行；防洪減災(zāi) 文獻標(biāo)識碼：A

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

近年來在防洪減災(zāi)和發(fā)電等方面水庫所起到的作用越來越大，怎樣才能更加合理科學(xué)地管理水庫，盡可能發(fā)揮水庫在發(fā)電與防洪方面的作用，是水庫監(jiān)測調(diào)度管理中的一項重要工作內(nèi)容。水庫一般建設(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)測預(yù)警能力，才能保障人民群眾生命財產(chǎn)的安全，才有利于山區(qū)經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展。水庫自動化監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)可以及時監(jiān)測到雨水情況，并準(zhǔn)確地做出預(yù)報，快速提出調(diào)度的方案，進而保證了人們的生命財產(chǎn)安全。

1 水庫自動化調(diào)度系統(tǒng)

1.1 水庫自動化調(diào)度系統(tǒng)的功能

1.1.1 水庫自動化調(diào)度調(diào)系統(tǒng)中的兩種數(shù)據(jù)。水庫自動化調(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)是水庫長期工作中積累下來的，我們可以對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，進而對水庫未來運行工作的情況做出合理化預(yù)測；另一種是對水庫實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息。主要是監(jiān)測雨水的信息、發(fā)電機組工作運行的情況、閘門工作運行的情況等。歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)怎樣才能夠快速地搜索出來，對自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫提出了要求。

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)鍵的一個環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)設(shè)置了公用數(shù)據(jù)信息的接口，提供數(shù)據(jù)信息的訪問途徑，對數(shù)據(jù)信息進行訪問管理，并且對訪問進行監(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，水庫調(diào)度時發(fā)送與接受水情信息。在水庫的水位或者降水量超過一定標(biāo)準(zhǔn)的時候，就會觸發(fā)自動的報警裝置。這個系統(tǒng)還可以按照一定的期限對收集的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計，分析那個時段的水情數(shù)據(jù)信息。

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

1.2 控件

水庫自動化調(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：控件在運行工作的過程中，改變字號與顏色等。分析處理主要功能是按照設(shè)置好屬性使用各種方法對數(shù)據(jù)信息進行處理分析。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，例如：水位變化趨勢用波浪線來表現(xiàn)。

1.3 水庫自動化調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用

水庫自動化調(diào)度系統(tǒng)主要功能是：監(jiān)視水庫的降水量、水位、庫容、發(fā)電的流量、入庫的流量以及出庫的流量等。對以上這些數(shù)據(jù)信息進行實時監(jiān)測，尤其是對流域內(nèi)降水量、入庫的與出庫流量進行實時監(jiān)測，可以了解整個水庫實時的運行狀態(tài)，與流域內(nèi)降水的情況，以便掌握整個水庫實時工作運行的情況。對水庫流域內(nèi)的降水情況進行監(jiān)視，可以獲取遙測站雨量、水位站雨量以及水位的實時數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)信息進行分析并且在流域圖上面顯示出來，可以得到雨水的數(shù)據(jù)以及某一時段雨水的數(shù)據(jù)。

2 溝水坡自動化監(jiān)測系統(tǒng)

溝水坡自動化監(jiān)測系統(tǒng)由水庫水位監(jiān)測GSM預(yù)警系統(tǒng)、水庫出入水流量監(jiān)測系統(tǒng)、水庫雨量監(jiān)測系統(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)測和GSM預(yù)警系統(tǒng)

2.1.1 計算機監(jiān)測。通過靜壓液位變送器采集水庫水位高度，輸出模擬量信號，利用AD模塊將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號傳送至工業(yè)無線數(shù)傳電臺里面。無線數(shù)傳電臺再通過RS485信號把水位數(shù)字信號傳送到控制中心數(shù)傳電臺里內(nèi)，最后進入控制中心服務(wù)器里面，形成數(shù)字、圖形或報表。

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

2.2 水庫流量出入水流量監(jiān)測系統(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，又由于管道為半球形，現(xiàn)有流量計無法計算弧形渠流量，所以我們用分離式流量計通過超聲波分別計算管道水位和庫內(nèi)水流速，再把水位及流速轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號通過無線數(shù)傳電臺發(fā)送到中心控制室服務(wù)器上，通過計算機計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，不用破壞管道結(jié)構(gòu)，而且能準(zhǔn)確通過內(nèi)部計算出管道流量，再通過無線數(shù)傳電臺把流量值直接傳送到計算機里內(nèi)便可。

2.3 水庫雨量監(jiān)測系統(tǒng)

采用雙翻斗式雨量采集儀，再通過數(shù)采模塊把雨量儀翻轉(zhuǎn)脈沖信號累加成數(shù)字信號。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，把采集到的信號傳送到中控計算機里面，最終形成圖像、文字或報表。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

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

2.4.1 優(yōu)點：（1）百萬高清攝像頭畫質(zhì)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)模擬攝像頭；（2）無線WIFI傳輸，減少架設(shè)光纖及線纜成本及人工施工成本；（3）無線高清網(wǎng)絡(luò)攝像機在系統(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通過手機、電腦及各種手持設(shè)備監(jiān)控水庫情況。

2.4.2 缺點：（1）小雨或霧天WIFI信號會衰減；（2）高清視頻存儲量大。

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

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)具有先進實用、升級簡便、擴充性強、開放性好等優(yōu)點。中心軟件采用人性化的圖形設(shè)計，設(shè)備狀況表現(xiàn)清晰、圖形美觀，操作簡單、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無限點組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)庫采用SQL數(shù)據(jù)庫。

3 水庫自動化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

水庫自動化監(jiān)測預(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)以及計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)設(shè)計而成的綜合監(jiān)視管理系統(tǒng)，其主要包括水雨情監(jiān)測系統(tǒng)、圖像監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)以及移動手機客戶端等多個系統(tǒng)，可對中小水庫等易發(fā)山洪地區(qū)的水文水雨情進行實時監(jiān)測，具有遠(yuǎn)程拍照實時監(jiān)控以及雨量、水位超過汛限警戒值時自動報警功能。

3.1 產(chǎn)品特點

（1）水庫自動化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)采用防雷、防雨、防潮、輸入信號隔離等多項措施，確保設(shè)備安全、可靠；（2）整點、觸發(fā)采集雨量水位數(shù)據(jù)，預(yù)警觸發(fā)加報雨量、水位數(shù)據(jù)，具有微功耗設(shè)計，超長待機；（3）水庫自動化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)定時抓拍圖片，電池電壓上報功能，GPRS數(shù)據(jù)通訊、短信備份，可設(shè)置自動上報式與應(yīng)答式工作模式；（4）采集模塊與通訊模塊一體化設(shè)計，更低成本、更穩(wěn)定可靠支持遠(yuǎn)程管理功能，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)配置、程序升級；（5）高性能嵌入式操作系統(tǒng)，模塊化的功能設(shè)計，更容易進行外延擴展；（6）高于國家標(biāo)準(zhǔn)的工作環(huán)境能力設(shè)計，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)測預(yù)警系統(tǒng)軟件平臺，也可接入組態(tài)軟件或用戶自行開發(fā)的軟件系統(tǒng)；（8）前置機軟件自動收集遙測終端機數(shù)據(jù)，自動向上級上報數(shù)據(jù)，人性化的前置機通訊軟件設(shè)計，自動化實現(xiàn)參數(shù)配置、歷史數(shù)據(jù)查詢、遠(yuǎn)程升級功能，維護方便。

3.2 技術(shù)參數(shù)

（1）信號防雷器：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：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，實時采集圖像通過RTU里面的3G模塊傳輸圖像；（7）半球球機：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：浮子式水位計（格雷碼或RS485接口）、雷達式水位計、超聲波水位計、壓力式水位計、氣泡式水位計、激光水位計等可選；（9）太陽能板：10W、20W、40W可選。

4 結(jié)語

總而言之，水庫自動化監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)在監(jiān)測水庫流域降水量、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產(chǎn)損失，也是我國實現(xiàn)智能化水利工程增強防汛抗旱能力的重要組成部分，水庫自動化監(jiān)測調(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)范開發(fā)設(shè)計的，應(yīng)用技術(shù)比較成熟，對水庫發(fā)電與防汛抗旱來說極其重要。

參考文獻

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作者簡介：宋佳（1986-），女，江西九江人，供職于國網(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）