張春波，趙文卿

（1.山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276006；2.山東省科源工程建設(shè)監(jiān)理中心，山東 濟(jì)南 250014）

孟家溝水庫(kù)位于膠河干流王豐屯至李家營(yíng)公路橋河段兩個(gè)天然彎道處，樞紐工程主要由圍壩、泄洪閘、左右岸出庫(kù)涵閘、灌溉引水管等組成，附屬建筑物由排澇溝、祝家莊河改道、湖心島等組成。水庫(kù)總庫(kù)容2 406萬(wàn)m3、興利庫(kù)容1 730萬(wàn)m3、死庫(kù)容102萬(wàn)m3，為具有灌溉、供水、防洪、生態(tài)等綜合功能的中型水庫(kù)。孟家溝水庫(kù)的建設(shè)，充分?jǐn)r蓄了膠河雨洪資源，可灌溉農(nóng)田3 466.67 hm2，年灌溉供水量為890.4萬(wàn)m3，每年為農(nóng)村生活供水182.1萬(wàn)m3，每年生態(tài)補(bǔ)水量131.0萬(wàn)m3，水庫(kù)年均供水能力1 203.5萬(wàn)m3。

1 自動(dòng)化系統(tǒng)的主要內(nèi)容

1.1 自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容

水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是集自動(dòng)采集水文氣象、工情、機(jī)組、閘門(mén)信息、電網(wǎng)信息（包括調(diào)度指令）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、水務(wù)計(jì)算、報(bào)表制作、日常管理、決策分析（高級(jí)應(yīng)用）等功能于一體的信息系統(tǒng)工程。其中水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)功能包括除決策分析（高級(jí)應(yīng)用）以外的功能。采集流域水情自動(dòng)測(cè)報(bào)雨量站實(shí)時(shí)雨量信息、水位站實(shí)時(shí)水位信息。

采集機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)：包括各個(gè)機(jī)組實(shí)時(shí)有功、無(wú)功、狀態(tài)。閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)：各個(gè)閘門(mén)實(shí)時(shí)開(kāi)度。

1.2 自動(dòng)化系統(tǒng)的布置

孟家溝水庫(kù)自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)，分為監(jiān)測(cè)中心（中控室）和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)兩大部分。下面分別進(jìn)行說(shuō)明。

1.2.1 中控室

中控室設(shè)置在孟家溝水庫(kù)管理局辦公樓一樓西側(cè)。它是水庫(kù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)工程的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。既是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息的公共傳輸平臺(tái)，又是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。此外，還擔(dān)負(fù)著與外界交換信息的任務(wù)。中控室主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)構(gòu)成。

在中控室可觀測(cè)到整個(gè)孟家溝水庫(kù)庫(kù)區(qū)及泄洪閘的整體運(yùn)行狀態(tài)，中控室內(nèi)設(shè)置電視墻48吋大屏8塊，同步顯示孟家溝水庫(kù)庫(kù)區(qū)監(jiān)控?cái)z像頭顯示畫(huà)面，設(shè)置研華工控機(jī)（I5-2400，4G，1T）4臺(tái)，裝有溢洪閘監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)軟件組態(tài)軟件、左右出庫(kù)涵閘監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)軟件組態(tài)軟件、大壩測(cè)壓應(yīng)用軟件組態(tài)軟件，同步顯示泄洪閘（兩臺(tái)）、左右岸出庫(kù)涵閘、圍壩整體運(yùn)行狀態(tài)。大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)及實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視系統(tǒng)采用各自的通信方式，將監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，并建立統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的共享。

設(shè)置控制主機(jī)電腦（I5，4G，1T）一臺(tái)，控制整個(gè)孟家溝水庫(kù)管理范圍內(nèi)的攝像頭監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，涵蓋孟家溝水庫(kù)庫(kù)區(qū)、圍壩、泄洪閘、閘后管護(hù)道路、管理局自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)五部分內(nèi)容。

1）圍壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。孟家溝水庫(kù)大壩變形觀測(cè)標(biāo)示點(diǎn)布設(shè)在19個(gè)大壩橫斷面處，每個(gè)斷面分別布設(shè)2～3個(gè)標(biāo)示點(diǎn)，這三處標(biāo)示點(diǎn)分別位于上游截滲墻處、壩頂壩軸線(xiàn)處、和下游壩趾處，共在圍壩上建設(shè)55個(gè)標(biāo)示點(diǎn)。

孟家溝水庫(kù)大壩滲壓自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共安裝28個(gè)壓力式壩基滲壓計(jì)，28個(gè)壓力式壩體滲壓計(jì)，安裝在圍壩10個(gè)斷面處，每個(gè)斷面分別布設(shè)2套壩基滲壓計(jì)，2套壩體滲壓計(jì)。每個(gè)斷面的滲壓計(jì)分別位于上游截滲墻處、壩頂壩軸線(xiàn)處、和下游壩趾處，共56個(gè)測(cè)壓管內(nèi)。

大壩滲壓自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在圍壩10個(gè)斷面處，各設(shè)置1套斷面集線(xiàn)箱，放置在壩頂滲壓系統(tǒng)集線(xiàn)井內(nèi)，該斷面4套滲壓計(jì)，通過(guò)滲壓計(jì)專(zhuān)用電纜匯集在該集線(xiàn)井內(nèi)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，經(jīng)光纜將滲壓計(jì)數(shù)據(jù)傳輸至水庫(kù)管理局。

大壩滲壓自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊光纜采用24芯單模鎧裝光纜，光纜每2芯為一對(duì)，共分12對(duì)。光纜沿壩頂下游側(cè)綠化帶埋設(shè)。

圍壩安裝10部高清網(wǎng)絡(luò)球型攝像機(jī)，監(jiān)控桿安裝在壩頂?shù)缆肪G化帶側(cè)，監(jiān)控球機(jī)吊裝，可水平360°旋轉(zhuǎn)，垂直270°旋轉(zhuǎn)；實(shí)際監(jiān)控有效半徑600 m。風(fēng)光互補(bǔ)供電。

考慮到供電成本，以及供電時(shí)間較短，大壩滲壓自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電采用市電集中控制，電纜采用YJV-2×6+1×4，穿電纜保護(hù)管沿圍壩壩軸線(xiàn)埋設(shè)。做好電源避雷保護(hù)。

2）泄洪閘自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。泄洪閘自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)包括超聲波水位數(shù)字顯示儀2臺(tái)，閘門(mén)開(kāi)度荷重顯示儀10臺(tái)、閘門(mén)開(kāi)度傳感器含閘門(mén)上下限位傳感器10臺(tái)，閘門(mén)荷重傳感器20臺(tái)，電涌保護(hù)器10臺(tái)，可編程控制器PLC11臺(tái)，液晶觸摸屏7寸10臺(tái)，液晶觸摸屏10.7寸1臺(tái)，底孔測(cè)流繞流MCU2套，水位傳感器2套，光電轉(zhuǎn)換器2套。通訊光纜采用24芯單模鎧裝光纜，光纜每2芯為一對(duì)，共分十二對(duì)，組成通訊環(huán)網(wǎng)。將數(shù)據(jù)同步至管理局中控室。

在泄洪閘底部，布置有VWS型振弦式應(yīng)變計(jì)10套，VWS型振弦式應(yīng)變計(jì)適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在水工結(jié)構(gòu)物或其它混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)，測(cè)量結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)變量，并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。

布置有VWD-J型振弦式測(cè)縫計(jì)20套，VWD-J型振弦式測(cè)縫計(jì)適用于長(zhǎng)期布設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)物或其它材料結(jié)構(gòu)物內(nèi)及表面，測(cè)量結(jié)構(gòu)物伸縮縫或周邊縫的開(kāi)合度(變形)，并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。

泄洪閘共安裝監(jiān)控?cái)z像頭17部，用于觀測(cè)泄洪閘閘前、閘后、各個(gè)閘門(mén)的運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)、泄洪閘控制室、機(jī)房?jī)?nèi)部的具體工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，反饋至管理局中控室。

3）左右岸出庫(kù)涵閘自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。左右岸出庫(kù)涵閘自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，布置有WFX-40ZWFX-40Z浮子式水位計(jì)2套，以浮子感測(cè)水位變化，工作狀態(tài)下，浮子、平衡錘與懸索連接牢固，懸索懸掛在水位輪的“V”形槽中。平衡錘起拉緊懸索和平衡作用，調(diào)整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水線(xiàn)上。在水位不變的情況下，浮子與平衡錘兩邊的力是平衡的。當(dāng)水位上升時(shí)，浮子產(chǎn)生向上浮力，使平衡錘拉動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，水位編碼器的顯示讀數(shù)增加；水位下降時(shí)，則浮子下沉，并拉動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，水位編碼器的顯示器讀數(shù)減小。本儀器的水位輪測(cè)量圓周長(zhǎng)為32 cm，且水位輪與編碼器為同軸聯(lián)接，水位輪每轉(zhuǎn)一圈，編碼器也轉(zhuǎn)一圈，輸出對(duì)應(yīng)的32組數(shù)字編碼。當(dāng)水位上升或下降，編碼器的軸就旋轉(zhuǎn)一定的角度，編碼器同步輸出一組對(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼。不同量程的儀器使用不同長(zhǎng)度的懸索能夠輸出1 024～4 096組不同的編碼，可以用于測(cè)量10～40 m水位變幅。

通過(guò)與儀器插座相聯(lián)接的多芯電纜線(xiàn)可將編碼信號(hào)傳輸給中控室內(nèi)的工控機(jī)，用作觀測(cè)、記錄或進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；安裝有RS485數(shù)字通信接口（或4～20 mA）的水位計(jì)，直接與通信機(jī)、計(jì)算機(jī)或儀表相聯(lián)接，組成為水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。

共安裝監(jiān)控?cái)z像頭4部，用于左右岸出庫(kù)涵閘機(jī)房?jī)?nèi)外部的具體工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，反饋至管理局中控室。

2 運(yùn)行操作

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊（CCU）控制運(yùn)行操作

1）每周一次自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)巡測(cè)，可采取中央控制方式，也可采用自動(dòng)控制方式運(yùn)行。

2）在汛期高水位，低溫高水位，以及某些部位出現(xiàn)異常等情況下，可根據(jù)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)決定加密測(cè)次并采取自動(dòng)控制方式運(yùn)行。

3）正常情況下，數(shù)據(jù)采集模塊處于工作狀態(tài)，顯示器可以關(guān)掉運(yùn)行。

4）數(shù)據(jù)采集模塊控制測(cè)量步驟：

（1）數(shù)據(jù)采集模塊向各遠(yuǎn)程終端采集單元提供的系統(tǒng)工作電源（220VAC50Hz）和系統(tǒng)加熱電源（220VAC50Hz）應(yīng)可靠工作。

（2）MCU的RS-422通訊總線(xiàn)接入數(shù)據(jù)采集模塊（CCU）的RS-485通訊卡的1口。

（3）數(shù)據(jù)采集模塊在Windows 10環(huán)境下運(yùn)行。

（4）首先數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行系統(tǒng)自檢，自檢完畢后查閱自檢結(jié)果。若系統(tǒng)正常，進(jìn)行正常自動(dòng)化測(cè)量。若系統(tǒng)不正常，根據(jù)系統(tǒng)維護(hù)規(guī)程進(jìn)行維修，若維修不了即和廠方聯(lián)系。

（5）讀取各遠(yuǎn)程終端采集單元自報(bào)數(shù)據(jù)入庫(kù)。

（6）進(jìn)行系統(tǒng)巡測(cè)。

（7）對(duì)本次系統(tǒng)巡測(cè)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，檢查數(shù)據(jù)采集情況和數(shù)據(jù)可靠性。

2.2 中控室主機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊運(yùn)行操作

1）遠(yuǎn)程終端采集單元的RS-422通訊總線(xiàn)接入CCU的RS-485通訊卡的1口。

2）數(shù)據(jù)采集模塊的RS-422通訊總線(xiàn)一端接入數(shù)據(jù)采集模塊的RS-485通訊卡的2口，另一端接入主機(jī)的RS-485通訊卡的1口。

3）在主機(jī)上即可進(jìn)行遠(yuǎn)控自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。

4）測(cè)量完畢后，逐級(jí)退出系統(tǒng)，再關(guān)機(jī)。

2.3 主機(jī)直接遠(yuǎn)程控制各MCU測(cè)量的操作

1）數(shù)據(jù)采集模塊的RS-422通訊總線(xiàn)一端通過(guò)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器接入MCU的RS-422通訊總線(xiàn)的另一端，另一端接入主機(jī)的RS-485通訊卡的1口。

2）數(shù)據(jù)采集模塊向各遠(yuǎn)程終端采集單元提供正常的系統(tǒng)工作電源（220VAC50HZ）和系統(tǒng)加熱電源（220VAC50HZ）。

3）主機(jī)在Windows 10環(huán)境下運(yùn)行系統(tǒng)軟件。

4）進(jìn)行遠(yuǎn)控自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。

5）測(cè)量完畢后，逐級(jí)退出系統(tǒng)，再關(guān)機(jī)。

3 功能特點(diǎn)

1）可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水庫(kù)的各測(cè)試參數(shù)，可根據(jù)需要設(shè)定采集頻率、測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)可進(jìn)行各種計(jì)算。

2）數(shù)據(jù)能夠以各種數(shù)據(jù)庫(kù)形式保存并可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)，還可以對(duì)數(shù)據(jù)分類(lèi)、統(tǒng)計(jì)直接生成Excel或其他形式的報(bào)表。

3）數(shù)據(jù)可以以圖形方式顯示，包括水位流量關(guān)系，水位過(guò)程線(xiàn)，雨量柱狀圖，滲壓、滲流過(guò)程線(xiàn)，時(shí)間歷程曲線(xiàn)圖，X/Y坐標(biāo)圖，模擬圖，直方圖，柱狀圖等形式。

4）具有數(shù)據(jù)越限報(bào)警功能，水位超汛限水位報(bào)警和水位漲落率越限報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)上傳報(bào)警信息時(shí)，主機(jī)會(huì)出現(xiàn)明顯的報(bào)警畫(huà)面和報(bào)警信息。

5）自動(dòng)化采集雨量、水位等水情信息，滲壓、滲流等大壩監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)大壩浸潤(rùn)線(xiàn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

6）采用標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放式設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS通訊協(xié)議，可以接入通用的工控組態(tài)軟件或?qū)Ｓ玫陌踩O(jiān)測(cè)軟件，采用近距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)或GPRS/CDMA通訊，降低了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施難度。

7）分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有高度的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，各數(shù)據(jù)采集單元分布在傳感器安裝地點(diǎn)附近，系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性大幅提高，同時(shí)可大幅減少信號(hào)電纜的用量，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大大提高，工程的實(shí)施及維護(hù)更加方便。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家實(shí)施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略加快數(shù)字中國(guó)建設(shè)，水利工程管理也向智慧水利轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)水利信息感知、采集、傳輸、匯總、分析、預(yù)警及應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化和可視化，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)水利信息共享，提升水利工程運(yùn)用和管理的效率和效能，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理、科學(xué)管理，以創(chuàng)新管理增加效益。