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        遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在淄博市太河供水輸水工程中的研究與應(yīng)用

        2013-09-15 12:21:50
        中國水利 2013年18期
        關(guān)鍵詞:河水庫中心站遙測

        郝 岷

        (淄博職業(yè)學(xué)院,255314,淄博)

        山東省淄博市是全國嚴(yán)重缺水城市之一,主要依靠大武地下水和引黃水作主要水源,近年其中心城區(qū)的供水狀況日趨緊張。太河水庫是淄博市一級水源保護(hù)區(qū),位于淄博市淄河中上游的淄川區(qū)太河鄉(xiāng),距離中心城區(qū)約40 km,控制流域面積780 km2,主要用于農(nóng)田灌溉、部分城鄉(xiāng)供水和大武水源地的補(bǔ)源。水庫總庫容1.833億m3,興利庫容 1.128億 m3。

        淄博市太河水庫向中心城區(qū)的供水規(guī)模為10萬m3/d。工程主要由兩部分組成:第一部分為水庫至凈水廠的輸水工程,即由太河水庫灌溉放水洞引水,經(jīng)總干渠輸水至趙莊分水池,再經(jīng)二干渠、管道輸送至張店區(qū)灃水鎮(zhèn)凈水廠,其中包括總干及二干明渠防滲覆蓋長22.43 km、直徑1.0 m的鋼筒混凝土管道3.1km,防滲加固隧洞19條,加固補(bǔ)強(qiáng)渡槽25座,維修改造水閘16座,改建加固跨渠交通橋16座,新建自動化監(jiān)控系統(tǒng)及其他管理設(shè)施等工程內(nèi)容。第二部分為凈水廠和配水管線工程,管線總長26.4 km,采用鋼筒混凝土管,管徑為DN 800~1200。目前工程已順利建成運(yùn)行,中心城區(qū)已形成以太河水、大武水、引黃水等多水源供水的保障體系,確保了城市居民的飲水安全。

        一、遠(yuǎn)程監(jiān)控總體布置

        由于輸水工程線路長,為保障飲水安全,提高工作效率,需要采用自動化遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)對輸水工程沿線的主要指標(biāo)及控制設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。經(jīng)現(xiàn)場勘查并研究,監(jiān)控內(nèi)容應(yīng)包括水質(zhì)在線監(jiān)測,流量、水位沿程在線監(jiān)測,沿途控制設(shè)備開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及主要設(shè)備遠(yuǎn)程控制,沿程視頻監(jiān)控等項目。為便于管理,在太河水庫管理局設(shè)立總控制室,在沿線的4個管理所設(shè)立分控室,并在沿線布置48處監(jiān)測站點。主要站點布置見表1。

        二、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

        1.網(wǎng)絡(luò)圖

        系統(tǒng)采用無人值守式遙測站點,由數(shù)據(jù)采集單元對水位、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集,再利用中國移動的GPRS無線網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)和視頻圖像傳輸至太河水庫管理局的中心機(jī)房,進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和存儲,并通過WEB服務(wù)器向Intel-Net實時發(fā)布。系統(tǒng)軟件采用B/S結(jié)構(gòu),具有授權(quán)許可的用戶在具有IntelNet公網(wǎng)的任意地區(qū)都可以使用IE瀏覽器,直接訪問系統(tǒng),從而獲取相關(guān)數(shù)據(jù)和視頻圖像。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1。

        2.GPRS無線網(wǎng)絡(luò)

        (1)遙測和告警信道設(shè)定

        根據(jù)目前可利用的通信資源和現(xiàn)有的實際情況,設(shè)計各遙測站與中心站之間采用GPRS信道進(jìn)行通信,中心站通信網(wǎng)絡(luò)采用與Internet外網(wǎng)獨立的 GPRS-VPN(APN)光纖接入。主要使用其GSM—SMS和GPRS兩個數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),同時GSM—SMS作為系統(tǒng)告警短信自動發(fā)布信道。

        (2)遙測工作體制

        系統(tǒng)正常數(shù)據(jù)采集采用自報式工作體制,兼容召測功能。平時遙測站工作在自報式值守工作狀態(tài),通信機(jī)進(jìn)入低功耗睡眠狀態(tài),產(chǎn)生數(shù)據(jù)變化后,立即觸發(fā)遙測終端工作,發(fā)送實時數(shù)據(jù)包。在特別的需求條件下,系統(tǒng)中心站可以通過發(fā)送召測指令,采集遙測站的應(yīng)答數(shù)據(jù)。若工程涉及地區(qū)已覆蓋3G網(wǎng)絡(luò),可使用3G網(wǎng)絡(luò)代替GPRS網(wǎng)絡(luò)。

        3.系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

        數(shù)據(jù)庫中整編數(shù)據(jù)表,其時間最小分辨率滿足10分鐘整點要求;水位、流量、水質(zhì)、閘門開度數(shù)據(jù)采樣、自報周期可設(shè)置,范圍為5~3 600分鐘,數(shù)據(jù)變化時自報;遙測站運(yùn)行環(huán)境條件滿足溫度-30℃~60℃,相對濕度小于95%(50℃);中心站運(yùn)行環(huán)境條件滿足溫度5℃~40℃,相對濕度小于85%(40℃);系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)確保土建和電源等設(shè)備有效防雷,保證所有站點能正常工作。

        4.系統(tǒng)應(yīng)用軟件

        系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)的結(jié)構(gòu)樹,這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)符合當(dāng)前信息系統(tǒng)軟件技術(shù)發(fā)展趨勢。

        (1)中心站軟件架構(gòu)

        該系統(tǒng)軟件要求支持B/S和C/S結(jié)合的混合架構(gòu)方式。C/S部分主要進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入、維護(hù)等工作,增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性能;B/S可以對水位、流量、視頻等實時信息準(zhǔn)確及時地進(jìn)行發(fā)布,并將它們有效地組織起來。系統(tǒng)要求采用跨平臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),開放性強(qiáng),有良好的擴(kuò)展性和可移植性;提供密級、權(quán)限等堅固的系統(tǒng)安全措施,保障系統(tǒng)安全;系統(tǒng)采用生動友好的界面風(fēng)格,將所有應(yīng)用系統(tǒng)集成在統(tǒng)一的應(yīng)用界面中,操作簡單明了,維護(hù)量??;遵循成熟、發(fā)展的主流技術(shù)規(guī)范(JAVA2、J2EE、XML 等),采用組件化三層體系結(jié)構(gòu),通過工作流技術(shù)的應(yīng)用,提供可視化工作流控制平臺;便捷地與其他應(yīng)用集成接口,不僅包括各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步,而且還包括不同業(yè)務(wù)流程的集成。

        (2)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的功能

        圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

        實時接收遙測站數(shù)據(jù)和各遙測站的工作狀態(tài);對接收到的GPRS信道遙測信息包進(jìn)行糾檢錯處理,分析信息的合理性,按照時間序列整編標(biāo)準(zhǔn)處理數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)表結(jié)構(gòu)存入數(shù)據(jù)庫;顯示各種數(shù)據(jù)過程曲線,生成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計和查詢數(shù)據(jù)報表,打印各種曲線、報表;自動分析實時信息,并且通過GSM—SMS綜合管理軟件模塊,自動向管理人員手機(jī)上發(fā)布GSM告警短信,系統(tǒng)管理人員也可以編制查詢短信,通過GSM短信查詢?nèi)我膺b測站點的水位、流量信息;提供用戶可定制的靈活報表格式、地圖背景信息顯示模式(地圖上載、信息顯示位置、參數(shù)類型、字體;軟件采用C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計,支持B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫信息共享,實現(xiàn)實時洪水預(yù)報、調(diào)度決策、WEB服務(wù)等的功能擴(kuò)展。

        (3)軟件界面

        本系統(tǒng)軟件界面分幾個區(qū)域:菜單欄、工具欄、數(shù)據(jù)顯示框、彈出式窗口、彈出式菜單、鳥瞰窗口。同時,為滿足用戶需要,還將設(shè)計軟件標(biāo)志,啟動Logo設(shè)計、圖標(biāo)設(shè)計等。

        5.遙測站技術(shù)要求

        (1)遙測站的主要功能

        按照自報方式自動采集傳感器的信息,并分析處理、存儲和控制通信單元,通過GPRS主遙測信道向通信服務(wù)器發(fā)送最新遙測信息;支持現(xiàn)場流量、水位數(shù)據(jù)顯示查詢功能,同時傳輸實時視頻圖像;支持現(xiàn)場時鐘調(diào)整和運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。

        (2)遙測站的組成

        由遙測數(shù)據(jù)采集單元、GPRS模塊、天線、密封蓄電池、防雷抗干擾浮充電源、流量計、水位計、閘位計、水質(zhì)儀表、機(jī)柜等組成。

        (3)遙測站主要設(shè)備選型

        ①遠(yuǎn)程測控柜:配備多種接口資源,包括模擬信號采集,開關(guān)量輸入、輸出,脈沖信號輸入等;支持一路RS232/RS485方式的用戶數(shù)據(jù)接口,可接入PLC等各種設(shè)備;支持電氣控制系統(tǒng)的二次回路一對一控制閘門的起升,并通過電氣線路以及儀表上的可編程繼電器提供安全保護(hù),如二次控制回路的過電壓、過電流、自鎖以及儀表上的上下限、預(yù)置點等安全保護(hù);工業(yè)級設(shè)計,穩(wěn)定可靠,堅固耐用。

        ②GPRS通信模塊:GPRS通信模塊是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵部件,要求主流品牌的工業(yè)級的GPRM模塊,具有高可靠性。

        ③液位變送器:各遙測站點與控制室的距離不一,要求包含足夠長度的防水透氣專用信號線纜。

        ④流量傳感器:雙計量信號,采樣可以10m3/雙脈沖、4~20mA信號輸出。

        ⑤閘位傳感器技術(shù)指標(biāo):輸入電壓為 150~500 V,交流、直流兼容;電壓隔離 2 500 VAC;電源電壓 5~24 VDC;工作溫度為-40℃~+60℃。

        ⑥水質(zhì)儀表:輸出信號4~20mA。

        (4)中心站系統(tǒng)主要功能要求

        中心站主要設(shè)備要保證遙測終端100%實時在線;系統(tǒng)兼容一期工程的遙測終端,保證接受、存儲、分析一期工程遙測終端發(fā)出的數(shù)據(jù);備用電源保證在停電狀態(tài)下持續(xù)工作一周,平時采用12V穩(wěn)壓電源供電;中心站電源為220V/2 kW穩(wěn)壓供電,保證設(shè)備在2kW停電狀態(tài)下持續(xù)工作2小時;土建和電源等設(shè)備設(shè)計可有效防雷、強(qiáng)風(fēng)、暴雨等自然因素的干擾和破壞,保證遙測站能在野外無人值守的條件下正常工作;遙測終端和監(jiān)控軟件具有擴(kuò)展性,可以根據(jù)不同的信息類型和數(shù)量靈活配置傳感器接口,增減遙測站點;測控終端的傳感器和通信接口具有兼容性,支持系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的擴(kuò)展;遙測設(shè)備的MTBF大于5萬小時,具有故障自動檢測和恢復(fù)功能。

        三、結(jié)論與建議

        太河供水輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)自開始運(yùn)行至今已經(jīng)運(yùn)行了一年多時間,除個別設(shè)備偶出故障外,其余均運(yùn)行正常。由于建設(shè)初期為減少工程遷占,主要傳輸線路均設(shè)于總干渠墻上,建議以后有條件時將主線路移出總干渠外另行敷設(shè),便于檢修維護(hù)。

        [1]鄭春,肖玉華.自動化控制系統(tǒng)在太河水庫實際應(yīng)用 [J].科技信息,2008(24).

        [2]孫曉松,傅先鳳,何志明.遠(yuǎn)程供水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制,2005(4).

        [3]羅德俊.城市供水系統(tǒng)幾個新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].建筑電氣,2007(5).

        [4]崔純雷,李大中,崔月甫,等.城市供水PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].人民黃河,2010(7).

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