溫有鳴，王秀弟，劉 丹

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽 111000)

1 概述

湯河水庫位于遼陽市弓長嶺區(qū)湯河鄉(xiāng)境內(nèi)，建于太子河一大支流——湯河干流上，是一座以防洪、城市和生活供水為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚、發(fā)電等綜合利用的國家大(2)型水利樞紐工程?？偪刂屏饔蛎娣e為1 228 km2。大壩為黏土斜墻砂殼壩，壩長455 m，最大壩高48.5 m。主要樞紐建筑物有大壩、輸水洞、溢洪道、水電站。水庫始建于1958年，續(xù)建于1969年，1978年開始安全加固施工，1985年竣工驗收。

為監(jiān)測壩體在水庫蓄水運行過程中可能發(fā)生的滲透情況，共計布設(shè)20根測壓管觀測點(圖1)。隨著科技的發(fā)展及水庫管理水平的逐漸提高，湯河水庫于2003年進行大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的安裝，系統(tǒng)于2003年5月9日安裝調(diào)試結(jié)束，并投入運行，實現(xiàn)了壩體浸潤線觀測的自動化。由于它的及時性和準(zhǔn)確性，已經(jīng)成為大壩安全性觀測的不可或缺的最主要的手段。

圖1 湯河水庫大壩觀測網(wǎng)布置圖

湯河水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，硬件系統(tǒng)通過在壩坡上布設(shè)測點，利用水位傳感器，首先將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器上，再通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)綁蜗卤O(jiān)控設(shè)備;軟件系統(tǒng)安裝在壩下監(jiān)控設(shè)備中，主要用于完成遙測中心站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、監(jiān)控以及遠程配置等任務(wù)。

系統(tǒng)主體設(shè)備安全穩(wěn)定運行至今已有7 a時間，鑒于電子設(shè)備的老化，部分電子部件已見老化現(xiàn)象，逐漸出現(xiàn)了系統(tǒng)不穩(wěn)定和電子漂移等諸多問題，給壩體安全監(jiān)測、運行分析帶來了極大的不便。

2 問題的提出

壩下監(jiān)控設(shè)備無法接收到數(shù)據(jù)。且從壩上主MCU擴展板采集到的測壓管數(shù)據(jù)與實際情況不符，數(shù)據(jù)隨機變化，情況異常。

3 問題的解決

影響監(jiān)控設(shè)備接收或顯示測壓管數(shù)據(jù)的因素主要有以下幾個部分:①通訊系統(tǒng);②軟件系統(tǒng);③采集系統(tǒng);④防雷系統(tǒng);⑤傳感器。因此筆者主要從這5個方面對系統(tǒng)仔細排查。

3.1 通訊系統(tǒng)及監(jiān)控設(shè)備軟件系統(tǒng)排查

將監(jiān)控設(shè)備直接連接到壩上主MCU擴展板上，不通過光纖，直接從采集器上讀取原始數(shù)據(jù)，以此來判斷數(shù)據(jù)無法接收的問題是否由光纖通訊系統(tǒng)的故障所致。

具體操作步驟如下:

將主MCU擴展板上com2口通過串口線連接到監(jiān)控設(shè)備上，設(shè)置設(shè)備管理器com口和通訊軟件中server的com口，使端口號保持一致。運行smartdata軟件，啟動測試，測試成功，數(shù)據(jù)接收正常。因此可以判斷，主MCU擴展板至壩下監(jiān)控設(shè)備間的光纖出現(xiàn)問題。經(jīng)專業(yè)人員檢測后發(fā)現(xiàn)光纖出現(xiàn)兩處斷點，恢復(fù)后，壩下監(jiān)控設(shè)備無法接收到數(shù)據(jù)的問題得以解決。

數(shù)據(jù)傳輸正常時，每采集一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示區(qū)會顯示3組數(shù)據(jù)，一組“模擬量11”數(shù)據(jù)，表示主MCU擴展板所采集數(shù)據(jù)，依次為測壓管R1水位、R1溫度、R2水位、R3水位、R4水位。兩組“命令字1A”數(shù)據(jù)，第一組為A9箱內(nèi)擴展板所采集的數(shù)據(jù);第二組為A16箱內(nèi)擴展板所采集的數(shù)據(jù)。通過連續(xù)幾天的數(shù)據(jù)跟蹤測試，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備所顯示數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)不符，且部分測壓管數(shù)據(jù)隨機變化，情況異常。

為查明原因，筆者先后對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(即擴展板)、防雷系統(tǒng)、傳感器及各測壓管箱之間的通訊電纜進行逐一排查。

3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(即擴展板)及防雷系統(tǒng)的排查

湯河水庫大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)共有3個擴展板，其中1個主MCU，2個擴展單元。主MCU擴展板所采集數(shù)據(jù)，依次為測壓管R1水位、R1溫度、R2水位、R3水位、R4水位。A9箱內(nèi)擴展單元(1)所采集的數(shù)據(jù)，依次為測壓管A4水位、A4溫度、A5水位、A5溫度、A6水位、A6溫度、A7水位、A8水位、A9水位、R5水位、R5溫度、R6水位、R7水位、R8水位;第二組為A16箱內(nèi)擴展板所采集的數(shù)據(jù)，依次為測壓管A1水位、A2水位、A3水位、A16水位、A17水位、A17溫度、A18水位。

電源首先由避雷模塊進入，再進入擴展板模塊。查看電源及各模塊狀態(tài)均正常。例如，主MCU擴展板上，在啟動測試時L2、L4指示燈亮，測完一組數(shù)據(jù)后，進入省電模式，燈滅。將擴展板上的79、80端指短接上，系統(tǒng)始終處于上電模式，L2、L4指示燈常亮。經(jīng)過一系列測試，表明模塊運行正常。

3.3 通訊電纜及傳感器的排查

根據(jù)監(jiān)控設(shè)備所顯示的數(shù)據(jù)表明，A1測壓管數(shù)據(jù)始終保持不變，與實際情況不符，情況異常;A4、A5、A6等測壓管數(shù)據(jù)變化幅度較大，切與實際情況不符，變化異常。

為查明原因，筆者先后查閱相關(guān)資料，得出A4、A5、A6等測壓管數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議均是采用485數(shù)字協(xié)議，在通訊線路處于斷路的情況下，傳送隨機數(shù)據(jù)。A4、A5、A6測壓管數(shù)據(jù)變化異常的情況正與之相吻合，接下來筆者對各測壓管箱之間的通訊電纜逐一進行排查，看是否出現(xiàn)斷路情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)A1測壓管與A16測壓管箱內(nèi)的擴展單元(2)之間的通訊電纜出現(xiàn)斷點;A4、A5、A6測壓管與A9箱內(nèi)的擴展單元(1)之間的通訊電纜出現(xiàn)斷點。且各斷點均有一個共同點，即是斷點均發(fā)生在縱向穿線管與測壓管箱的連接處，初步分析為壩坡塊石受重力作用向下積壓，導(dǎo)致管口下沉，切斷電纜。

將通訊電纜恢復(fù)后，數(shù)據(jù)傳輸恢復(fù)正常。為進一步檢測大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性，又先后對各測壓管箱內(nèi)的傳感器進行測試。壓力式傳感器是利用水壓感應(yīng)原理來測試測壓管內(nèi)的水位，因此筆者通過改變傳感器在測壓管內(nèi)水中的高度，與所傳輸?shù)臏y壓管水位數(shù)據(jù)變化的高度相對比，以此來判斷其靈敏度。經(jīng)測試，絕大部分測壓管箱內(nèi)的傳感器均出現(xiàn)靈敏度不高，且零點漂移的現(xiàn)象。目前各傳感器已全部更新完畢，大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)已恢復(fù)正常，所采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)實時、準(zhǔn)確、可靠。

4 結(jié)語

湯河水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的安裝，實現(xiàn)了浸潤線觀測的自動化觀測，然而電子元件在使用過程中隨著時間的推移難免會老化、發(fā)生故障，因此工作人員在日常工作中必須專業(yè)、細心的對系統(tǒng)進行維護，出現(xiàn)故障及時排除，才能使系統(tǒng)始終處于正常運行的狀態(tài)，保證系統(tǒng)采集、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，為湯河水庫壩體的安全運行提供有力保障。

［1］何永軍，劉成棟，向衍，等.大壩安全監(jiān)測與自動化［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［2］鄭春成，王美君，唐慶艷.提水試驗在土壩安全監(jiān)測工作中的作用［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2007(01):112－115.

［3］吳斌.湯河水庫水毀原因分析及處理措施［J］.中國科技信息，2012(04):38.