许家崖水库自动化监测系统建设与应用
时间：2022-12-04 15:55:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张清秀,张清芳
(费县许家崖水库管理中心，山东 费县 273400)
水库信息集控站主要包括对整个闸门监控系统的管理、数据的采集和处理、综合计算、事故故障信号的分析处理等。通过实施许家崖水库信息集控站建设，不断推进计算机信息管理的开发与应用，同时，不断提高远程办公应用服务能力[1]。
1.1 实时数据采集与处理
闸门监控工作站通过PROFIBUS-DP总线网络和工业以太网与PLC通信，进行实时数据的采集和处理；
大坝测压监控工作站通过光缆以RS485口与大坝MCU通信，采集溢洪闸、大坝的应力、变形及渗压。
主要完成数据的收集与分析处理，建设时提出水电智能化运行管理方式，并以此高度来建设集控中心，服务于智能电网，通过水电智能化平台将流域现场和远程的电力生产运行人员融为一体，实现流域水电的安全、稳定、优质运行。
1.2 实时控制与安全监测
水库实时控制与安全监测系统的建立，将有助于水库管理部门全面掌握大坝的变形、渗流、环境等情况。并实时监测水库水雨情，远程控制闸门开关、视频监控现场实况，实现水库防汛和大坝安全监测和预警，为水库安全鉴定、水库除险加固方案制定和防汛指挥调度提供数据依据，同时，满足水库管理现代化的需要。
1.3 数据通信
水库数据通信系统与现地PLC或MCU通信采用总线网络结构，介质DP总线专用电缆和单模光缆。建立水库通信系统后，可免去大量的重复工作。需要查看某个水库日常情况时，只需查询有关数据即可访问系统进行工作，无需到达水库现场[2-4]。
1.4 故障诊断系统
故障诊断系统技术在我国的化工、电力等行业有着较好的使用现状。故障诊断系统主要包括三部分：(1)故障诊断物理、化学过程分析系统；
(2)故障信号的采集、选择、处理系统；
(3)基于可观测的设备故障表征来评估监测情况，最终判断可能发生故障部位及原因。
许家崖闸门监测系统主要由5套溢洪闸机旁箱LCU和放水洞LCU、输水洞LCU、开度仪、水位计、网络传输设备、避雷设备、PLC及触摸屏等组成。许家崖水库桥头堡闸门监控工作站与现地控制单元LCU采用PROFIBUS-DP总线或以太网连接，传输速率高，安全稳定性好。监控范围包括溢洪道、放水洞、输水隧洞。闸门监控系统的核心是LCU、PLC。
2.1 实时数据采集与处理
闸门监测系统收集到大量信息，对闸门有效信息的提取与分拣是其中的关键核心技术。实时采集到信息、数据以后，通过分拣和加工技术，实现网络数据价值与利益更大化的目的。例如，许家崖水库采用现地LCU来采集电源开关、电气设备的状态以及水位信号。
2.2 实时控制与安全监测
(1)现地PLC控制：支持登录、代理采集，支持各种排重过滤，并对采集日志和采集源日志监控。(2)中控室控制：支持采集网站、采集源管理，可通过网络接受主控级的指令实现对闸门的控制。(3)手动控制：支持多种附件保存方式，对采集来的信息进行二次加工，实现真正的多用户采集系统，能通过现地控制屏上的手动开关，施加手动操作，并有显示和指示。
2.3 通信功能
通过现地PLC的通信功能,将采集到数据、PLC状态等信息经处理后通过网络上传至闸门监控工作站，每当闸门的信息有变化时，只要对该水库的相关资料作适当修改就可以了，免去大量的重复工作，大大地提高了水库监测系统的通信自动化功能。
2.4 溢洪闸上下游水位观测
为使观测成果准确，水位观测设在上、下游水位平顺、水面平稳、受风浪和泄流影响较小处。在距离溢洪闸底板上游6 m处及下游翼墙各设置1个超声波水位计[5]。
电力自动化系统由监控站和就地电力监测仪表组成，就地电力仪表采集电参数并通过数据总线传输到监控终端，实时监测配电回路状态，并对相应回路实施远程控制。同时，电力自动化系统中S7-300PLC通过PROFIBUS-DP总线与5个溢洪闸的LCU中S7-200PLC通讯，把5个溢洪闸的开度荷重、信号反馈、状态信息、控制信号上传至溢洪闸控制室监控工作站，并接受监控工作站的指令，控制5个溢洪闸的启闭。监测范围主要包括水库配电系统、低压配电柜、发电机、溢洪闸等。
大坝安全监测系统对水库稳定安全工作具有重要意义，它主要应用于坝体的渗流、应力和温度等物理指标的在线实时监测，从而为防洪调度与安全运行提供依据。许家崖水库大坝沉降观测设在大坝桩号0+050、0+150、0+250、0+350、0+450、0+550、0+650、0+750、0+900断面 上，共设27个测点。坝体测压管25个、坝基测压管24个。大坝/溢洪闸安全监测的主要功能有：变形监测及报警、应力自动监测以及水位监测、报警。其中变形监测及报警包括人工巡查、表面位移的自动监测及报警、坝体内部位移的自动监测(包括水平位移监测和垂直位移监测)及报警、底板渗压监测、裂缝与伸展缝的自动监测及报警。应力自动监测包括孔隙水压力和土压力的监测、报警[6]。
监控进入计算机网络，管理者分控及客户端均在办公室电脑上实现。可监控图像，控制及信息数字化后进入计算机，充分利用高科技手段进行系统管理和图像处理。
值班人员及领导分控管理，系统运行日志，警情处理，网上分控优先权管理，确保系统安全运行。领导分控管理，系统运行日志，警情处理，网上分控优先权管理，确保系统安全运行。许家崖水库高清视频监控系统采用全网络数字化系统，摄像机采用130万像素高清网络摄像机，录像机采用高清网络数字硬盘录像机。
6.1 水文自动监测系统
水文自动监测系统由监控中心工作站和水库现场水位计支架构件、太阳能供电系统、浮子式水位计(或超声波水位计)、水温传感器、数据采集模块和GPRS无线传输模块等组成，其传输是基于GSM数据网络传输。中心站与大坝测压系统共用，其系统功能包括自动采集水库水位、温度等水情信息、图形方式显示水情数据、太阳能自动供电，保证系统自动运行。监测地点位处水库上游温凉河入库口(超声波水位计)、水库上游新庄河入库口(超声波水位计)、输水隧洞口(超声波水位计)[7]。
6.2 水质自动监测系统
水质自动监测系统主要用于实时监测水库水源的水质信息，根据《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T91—2002)[8]，水系的较大支流汇入前的河口处，以及湖泊、水库、主要河流的出入库处，应设置监测断面。共设置水质自动监测站2处，分别测量水源地的COD、氨氮、PH值、溶解氧等，数据通过GPRS无线网络将数据传输至管理中心，实现水源地水质的数字化管理。
气象自动监测系统主要用于实时监测水库的气象信息。本项目共设置气象自动监测站3处，分别测量水库所在地的降雨量、风速、温度等数据，并通过GPRS无线网络将数据传输至管理中心。系统主要设备包括翻斗式雨量计、风速仪、温度传感器、气象采集RTU、后备电源及避雷接地等。主要实现以下功能：(1)实时采集自动雨量站的降雨信息。(2)查询历史气象资料。(3)设定气象站的工作参数。(4)阀值报警。具体实现过程如下：通过翻斗式雨量计测量降雨量情况，通过风速仪测量风速数据，通过温度传感器测量气温数据，通过气象采集RTU将数据传输至所有的控制室，同时接受控制室的指令，实时采集各类数据[9]。
本文基于费县许家崖水库监测自动化系统的建设，通过介绍水库信息集控站、闸门、电力、大坝、视频及水文水质等监测系统，自动化监测系统收集、处理和发送数据，准确全面地反映水库各构筑物形态及安全稳定性能，为评价水库大坝的运行状态提供了坚实支撑。建立一个高效、实用和可靠的水库自动化监测系统是一个不息探索的过程，对于更进一步的智能化监测管理尚需不断努力和实践。
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