研祥EIP在嵌入式技術(shù)在水庫(kù)信息智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用

[系統(tǒng)概述]
水利行業(yè)是一個(gè)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(mén)要向國(guó)家和相關(guān)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(kù)作為水利系統(tǒng)最基層的工程，其智能化建設(shè)是水利信息化的基礎(chǔ)。我國(guó)有許多水庫(kù)是運(yùn)行二十多年了的老水庫(kù)，電站設(shè)備和管理都相對(duì)陳舊，隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，采用新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)整個(gè)水庫(kù)的設(shè)備與管理進(jìn)行現(xiàn)代化改造，進(jìn)行水庫(kù)智能化建設(shè)，可以進(jìn)一步挖掘水庫(kù)的潛力，加強(qiáng)水庫(kù)運(yùn)行的可靠性，水庫(kù)智能化系統(tǒng)的建立，將大大提高雨情、水情、工情、旱情和災(zāi)情信息采集的準(zhǔn)確性及傳輸?shù)臅r(shí)效性，作出及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，制定防洪抗旱調(diào)度方案，為上級(jí)部門(mén)的決策提供科學(xué)依據(jù)。　
[系統(tǒng)構(gòu)成]
1、概述
　　水庫(kù)信息化系統(tǒng)主要由水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水情遙測(cè)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、閘門(mén)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(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把各子系統(tǒng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作來(lái)提供一個(gè)信息訪問(wèn)平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)基于局域網(wǎng)的系統(tǒng)資源共享（如打印機(jī)、硬盤(pán)資源，文檔共享等）。采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)集中處理信息結(jié)合Web技術(shù)應(yīng)用，開(kāi)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(guò)建設(shè)光纖通道、無(wú)線接入、DDN專線等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，能夠及時(shí)了解氣象信息、衛(wèi)星云圖等專業(yè)信息，以Web方式為上級(jí)主管部門(mén)提供信息查詢平臺(tái)，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

2．各子系統(tǒng)介紹
2．1水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)
　　水電站以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，簡(jiǎn)易常規(guī)控制為輔的原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，充分注意計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各常規(guī)控制設(shè)備的協(xié)調(diào)配合，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備同步投入，建成后可以達(dá)到無(wú)人值班、少人值守的要求。簡(jiǎn)易常規(guī)控制可在主控級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)控制單元通訊中斷（或主控站故障）時(shí)作操作備用，它通過(guò)電纜直接作用于現(xiàn)地控制單元，現(xiàn)地單元具備運(yùn)行人員進(jìn)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(kāi)放系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴(kuò)充，又能充分保護(hù)用戶的投資。軟件模塊化，結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充。實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)。人機(jī)接口功能強(qiáng)，操作方便。
2．2大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
　　本系統(tǒng)為分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主要由前置機(jī)（采用工控機(jī)）、中央控制器（CCU）和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制單元（MCU）、傳感器及通訊網(wǎng)絡(luò)組成。MCU放置在觀測(cè)房?jī)?nèi)，與傳感器聯(lián)接，工控機(jī)，作為網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)，由RS485總線與各個(gè)MCU聯(lián)接，完成子系統(tǒng)運(yùn)行控制以及與上一級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的聯(lián)接工作。
　　系統(tǒng)中測(cè)量控制單元可以按預(yù)先設(shè)置的定時(shí)時(shí)間，自動(dòng)對(duì)傳感器執(zhí)行定時(shí)數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給工控機(jī)同時(shí)保存在MCU的存儲(chǔ)器中；也可以執(zhí)行工控機(jī)發(fā)來(lái)的隨機(jī)采集命令，對(duì)任何傳感器進(jìn)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(dāng)前或歷史數(shù)據(jù)，利用圖形、報(bào)表或分析軟件等工具對(duì)大壩的性態(tài)作出進(jìn)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(jī)數(shù)據(jù)采集(應(yīng)答)方式
　　　　a.自動(dòng)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(diǎn)（從站）號(hào)，選擇采集某個(gè)MCU傳感器數(shù)據(jù)
　　　　d.按傳感器編號(hào)、單獨(dú)選擇采集某個(gè)傳感器數(shù)據(jù)（單個(gè)補(bǔ)測(cè)）
　　　（2）自動(dòng)數(shù)據(jù)采集（自報(bào)）方式
　　　　由各臺(tái)MCU按預(yù)先設(shè)置的方式，自動(dòng)巡回檢測(cè)各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，并送至前置機(jī)（工控機(jī)）。主要有以下功能：
　　　　a.前置機(jī)（工控機(jī)）校對(duì)MCU時(shí)鐘；
　　　　b.前置機(jī)（工控機(jī)）設(shè)置數(shù)據(jù)采集周期和采集點(diǎn)；
　　　　c.MCU自報(bào)采樣數(shù)據(jù)；
　　　　d.前置機(jī)（工控機(jī)）查核自報(bào)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(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)采集功能
　　顯示監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總貌、監(jiān)測(cè)布置和傳感器分布圖
　　鼠標(biāo)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(cè)點(diǎn)的各種信息，包括測(cè)點(diǎn)編號(hào)、儀器類型、埋設(shè)位置、參數(shù)等；
　　能通過(guò)圖形界面和表格方式，實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測(cè)值的量、過(guò)程曲線、分布圖及各種相關(guān)圖；
　　提供報(bào)警狀態(tài)顯示窗口和分級(jí)報(bào)警功能；
3 數(shù)據(jù)分析處理功能
　　對(duì)大壩的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差處理、整編計(jì)算；
　　調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行最大值和最小值比較，即時(shí)對(duì)越限值報(bào)警提示；
　　對(duì)不能實(shí)行自動(dòng)電測(cè)的數(shù)據(jù)，如壩體外部變形的表面測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以人工輸入數(shù)據(jù)庫(kù)；
　　可以人工輸入修改、刪除數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)（受操作員權(quán)限限制）；
　　自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)可以選擇"存盤(pán)"或"不存盤(pán)"；
　　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(kù)水位值時(shí)，某個(gè)滲壓計(jì)的歷史數(shù)據(jù)；
　　4 報(bào)表和圖形功能
　　具備報(bào)表打印功能，可以按選定的日期，時(shí)段、傳感器測(cè)頭，自動(dòng)打印日?qǐng)?bào)表，月報(bào)表或年報(bào)表；
　　圖形功能，可以按日期、時(shí)段、傳感器測(cè)頭，自動(dòng)生成各種壓力、滲壓過(guò)程線；
　　5 數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能
　　能提供原始測(cè)值數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)等各種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)；
　　能夠?qū)Ω鞣N數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理、轉(zhuǎn)換和添加等管理工作；
大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2．3水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)：
　　系統(tǒng)配置有前置機(jī)（工控機(jī)）、遙測(cè)中心終端、收發(fā)電臺(tái)、通訊電源、全向天線和同軸避雷器等。中心站接收各個(gè)遙測(cè)站發(fā)送來(lái)的實(shí)時(shí)采集的各種水情參數(shù)。中心站前置機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行識(shí)別判錯(cuò)、分類整理，形成數(shù)據(jù)文件存入前置機(jī)內(nèi)存。形成的數(shù)據(jù)文件可經(jīng)過(guò)局域網(wǎng)存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。通訊方式可采用通訊電纜、電臺(tái)、衛(wèi)星、無(wú)線短信等方式進(jìn)行通訊，保證了通道通暢。
系統(tǒng)功能介紹
1. 隨機(jī)自報(bào)功能。當(dāng)監(jiān)測(cè)累計(jì)參量達(dá)到一個(gè)最小檢測(cè)值時(shí)，如雨量達(dá)到1mm, RTU自動(dòng)上電工作，將累計(jì)量加1并保存，然后全量發(fā)送一次實(shí)測(cè)累計(jì)參數(shù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)庫(kù)水位瞬時(shí)值變化（增大或減小）一個(gè)最小檢測(cè)值時(shí)，且與上次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間間隔大于設(shè)定值時(shí)，RTU將實(shí)測(cè)瞬時(shí)值發(fā)送到中心站。
2. 定時(shí)平安自報(bào)功能。當(dāng)新監(jiān)測(cè)的參數(shù)不發(fā)生變化時(shí)，每天按設(shè)定的時(shí)間間隔，定時(shí)向中心站發(fā)送實(shí)時(shí)參數(shù)和測(cè)站工作狀態(tài)。
3. 測(cè)站發(fā)送完數(shù)據(jù)，RTU具有軟件掉電功能和硬件延時(shí)電路自動(dòng)切斷受控電源，采用雙重保險(xiǎn)措施，以保護(hù)發(fā)射機(jī)和節(jié)省電源。
4. 利用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器及國(guó)際先進(jìn)的微處理器設(shè)計(jì)的RTU終端機(jī)，具有水位消浪濾波處理，電源下限自動(dòng)報(bào)警功能和先進(jìn)的信道糾錯(cuò)、檢錯(cuò)、編碼功能。
5. 由于將調(diào)制解調(diào)器與電臺(tái)進(jìn)行一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了RTU的設(shè)計(jì)，從而提高了其可靠性。
6. 通過(guò)鍵盤(pán)，可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置各種相關(guān)參數(shù)。如可采集、顯示、發(fā)送各種傳感器實(shí)測(cè)參數(shù)，可設(shè)置、顯示傳感器的基值；測(cè)試電池電壓。
7. 具有故障自診斷和報(bào)警功能。
8. 具有與中心站通話功能，使調(diào)試與維護(hù)工作的方便、簡(jiǎn)單。
2．4閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)
　　系統(tǒng)的主要內(nèi)容是通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到水閘水位、閘門(mén)工情、圖像信息自動(dòng)化采集與傳輸，達(dá)到能夠在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制閘門(mén)起閉以及閘門(mén)自動(dòng)控制；通過(guò)實(shí)時(shí)圖像可以直觀了解水閘的運(yùn)行工況以及周?chē)h(huán)境。　　系統(tǒng)建設(shè)主要分為控制樓監(jiān)控中心和閘門(mén)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控裝置兩部分，監(jiān)控中心為系統(tǒng)前置機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及應(yīng)用軟件組成，閘門(mén)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控裝置由圖像部分的攝像頭機(jī)位布置、閘門(mén)監(jiān)控部件PLC的布置以及信息傳輸通道的建設(shè)。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)PLC來(lái)控制閘門(mén)起閉設(shè)備，通過(guò)閘門(mén)開(kāi)度儀實(shí)時(shí)確定閘門(mén)的開(kāi)度，并通過(guò)水文水利計(jì)算，根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料，自動(dòng)設(shè)定閘門(mén)開(kāi)度，提高自動(dòng)化控制程度，減少人工誤差。通過(guò)設(shè)立保護(hù)裝置，能對(duì)執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生的意外情況進(jìn)行及時(shí)處理。結(jié)合遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守閘門(mén)自動(dòng)化控制。
2．5水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)
　　優(yōu)化調(diào)度主要內(nèi)容是當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)在確保水庫(kù)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(kù)容，制定洪水調(diào)度計(jì)劃。利用計(jì)算機(jī)水文遙測(cè)系統(tǒng)提供的水文資料和壩體滲壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)于壩體的安全參數(shù)作為水庫(kù)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(jìn)的電子科技手段,對(duì)遠(yuǎn)端場(chǎng)景進(jìn)行傳感成像、信號(hào)傳輸、集中監(jiān)視、圖像記錄以及聯(lián)動(dòng)控制的安全技術(shù)防范和管理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)字監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)控報(bào)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(jì)算機(jī)，增加攝像機(jī)圖像輸入路數(shù)，提高多畫(huà)面圖像的顯示速率、增加對(duì)云臺(tái)和鏡頭的控制等功能，配之以良好的人機(jī)交互界面，便構(gòu)成了以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字式監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)。
系統(tǒng)功能介紹
1. 視頻動(dòng)態(tài)分布功能
2. 多畫(huà)面顯示功能
3. 圖像字符疊加功能
4. 視頻報(bào)警功能