研華嵌入式技術在水庫信息智能化系統中的應用

摘要：闡述水庫信息智能化系統的組成以及如何采用EIP嵌入式智能平臺平臺(文中以EVOC嵌入式智能平臺為基礎)，利用現有的計算機技術、工業控制技術、Web網絡，將水利信息各子系統整合起來，為實現系統間數據共享、協同工作提供一個信息訪問平臺。從而大大提高雨情、水情、工情、旱情和災情信息采集的準確性及傳輸的時效性，對其發展趨勢作出及時、準確的預測和預報，制定防洪抗旱調度方案，為決策部門的決策提供科學依據，充分發揮已建工程設施的效能。

關鍵詞：水庫信息智能化系統 EIP嵌入式智能平臺 研華嵌入式主板

[系統概述]

 水利行業是一個歷史十分悠久的行業，也是信息十分密集的行業。水利部門要向國家和相關行業提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水量水質信息、水環境信息和水工程信息等。水庫作為水利系統最基層的工程，其智能化建設是水利信息化的基礎。我國有許多水庫是運行二十多年了的老水庫，電站設備和管理都相對陳舊，隨著計算機與信息技術的快速發展，采用新技術、新設備對整個水庫的設備與管理進行現代化改造，進行水庫智能化建設，可以進一步挖掘水庫的潛力，加強水庫運行的可靠性，水庫智能化系統的建立，將大大提高雨情、水情、工情、旱情和災情信息采集的準確性及傳輸的時效性，作出及時、準確的預測和預報，制定防洪抗旱調度方案，為上級部門的決策提供科學依據?！?/p>

[系統構成] 

1、概述

 水庫信息化系統主要由水電站自動化監控系統、大壩安全自動化監測系統、水情遙測系統、辦公自動化系統、水庫優化調度系統、閘門監控系統、圖像監控系統、Web綜合信息發布系統等組成，通過計算機網絡系統把各子系統整合起來，實現系統間數據共享、協同工作來提供一個信息訪問平臺。實現基于局域網的系統資源共享（如打印機、硬盤資源，文檔共享等）。采用數據庫管理技術集中處理信息結合Web技術應用，開發基于B/S方式的Web綜合信息發布系統，能夠方便直觀地讓用戶得到各系統的信息。通過建設光纖通道、無線接入、DDN專線等方式接入互聯網，能夠及時了解氣象信息、衛星云圖等專業信息，以Web方式為上級主管部門提供信息查詢平臺，同時也可實現移動辦公。

2．各子系統介紹

2．1水電站自動化監控系統

 水電站以計算機監控為主，簡易常規控制為輔的原則進行總體設計，充分注意計算機監控系統與各常規控制設備的協調配合，整個監控系統與發電廠發電設備同步投入，建成后可以達到無人值班、少人值守的要求。簡易常規控制可在主控級與現場控制單元通訊中斷（或主控站故障）時作操作備用，它通過電纜直接作用于現地控制單元，現地單元具備運行人員進行常規控制的值班條件。

 監控系統高度可靠，采用分層分布開放系統，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護用戶的投資。軟件模塊化，結構化的設計，使系統更能適應功能的增加和規模的擴充。實時性好，抗干擾能力強。人機接口功能強，操作方便。

2．2大壩安全自動化監測系統

 本系統為分布式網絡結構。主要由前置機（采用工控機）、中央控制器（CCU）和現場測量控制單元（MCU）、傳感器及通訊網絡組成。MCU放置在觀測房內，與傳感器聯接，工控機，作為網絡中心節點，由RS485總線與各個MCU聯接，完成子系統運行控制以及與上一級網絡系統的聯接工作。

 系統中測量控制單元可以按預先設置的定時時間，自動對傳感器執行定時數據采集，將采集的數據發送給工控機同時保存在MCU的存儲器中；也可以執行工控機發來的隨機采集命令，對任何傳感器進行數據采集。系統操作員在調度中心工作站可任意查看當前或歷史數據，利用圖形、報表或分析軟件等工具對大壩的性態作出進一步分析處理。

系統功能介紹

 1 數據采集功能

　 （1） 隨機數據采集(應答)方式

 a.自動巡回采集所有傳感器數據

 b.按傳感器類型，選擇采集某類型傳感器數據

 c.按MCU節點（從站）號，選擇采集某個MCU傳感器數據

 d.按傳感器編號、單獨選擇采集某個傳感器數據（單個補測）

　 （2）自動數據采集（自報）方式

 由各臺MCU按預先設置的方式，自動巡回檢測各個傳感器數據，并送至前置機（工控機）。主要有以下功能：

 a.前置機（工控機）校對MCU時鐘；

 b.前置機（工控機）設置數據采集周期和采集點；

 c.MCU自報采樣數據；

 d.前置機（工控機）查核自報數據，10天以內若有未收到的數據，可以向MCU重新取數；

 e.清MCU數據區。

2 實時顯示數據采集功能

 顯示監測系統的總貌、監測布置和傳感器分布圖

 鼠標電擊分布圖中傳感器位置，執行數據采集，并可以查看測點的各種信息，包括測點編號、儀器類型、埋設位置、參數等；

 能通過圖形界面和表格方式，實時顯示各監測值的量、過程曲線、分布圖及各種相關圖；

 提供報警狀態顯示窗口和分級報警功能；

3 數據分析處理功能

 對大壩的各類監測數據進行誤差處理、整編計算；

 調用歷史數據，進行最大值和最小值比較，即時對越限值報警提示；

 對不能實行自動電測的數據，如壩體外部變形的表面測點數據，可以人工輸入數據庫；

 可以人工輸入修改、刪除數據庫數據（受操作員權限限制）；

 自動采集的數據可以選擇"存盤"或"不存盤"；

 具備數據查詢功能，用戶能根據查詢條件，查詢各種歷史數據。如：某庫水位值時，某個滲壓計的歷史數據；

 4 報表和圖形功能

 具備報表打印功能，可以按選定的日期，時段、傳感器測頭，自動打印日報表，月報表或年報表；

 圖形功能，可以按日期、時段、傳感器測頭，自動生成各種壓力、滲壓過程線；

 5 數據庫管理功能

 能提供原始測值數據庫、應用數據庫等各種類型的數據庫；

 能夠對各種數據庫之間的數據進行自動處理、轉換和添加等管理工作；

大壩安全自動化監測系統結構框圖

2．3水情測報系統：

 系統配置有前置機（工控機）、遙測中心終端、收發電臺、通訊電源、全向天線和同軸避雷器等。中心站接收各個遙測站發送來的實時采集的各種水情參數。中心站前置機將接收到的數據先進行識別判錯、分類整理，形成數據文件存入前置機內存。形成的數據文件可經過局域網存入服務器數據庫。通訊方式可采用通訊電纜、電臺、衛星、無線短信等方式進行通訊，保證了通道通暢。

系統功能介紹 

1. 隨機自報功能。當監測累計參量達到一個最小檢測值時，如雨量達到1mm, RTU自動上電工作，將累計量加1并保存，然后全量發送一次實測累計參數。當監測庫水位瞬時值變化（增大或減?。┮粋€最小檢測值時，且與上次發送數據時間間隔大于設定值時，RTU將實測瞬時值發送到中心站。 

2. 定時平安自報功能。當新監測的參數不發生變化時，每天按設定的時間間隔，定時向中心站發送實時參數和測站工作狀態。 

3. 測站發送完數據，RTU具有軟件掉電功能和硬件延時電路自動切斷受控電源，采用雙重保險措施，以保護發射機和節省電源。 

4. 利用符合國際標準的調制解調器及國際先進的微處理器設計的RTU終端機，具有水位消浪濾波處理，電源下限自動報警功能和先進的信道糾錯、檢錯、編碼功能。 

5. 由于將調制解調器與電臺進行一體化結構設計，簡化了RTU的設計，從而提高了其可靠性。 

6. 通過鍵盤，可現場設置各種相關參數。如可采集、顯示、發送各種傳感器實測參數，可設置、顯示傳感器的基值；測試電池電壓。 

7. 具有故障自診斷和報警功能。 

8. 具有與中心站通話功能，使調試與維護工作的方便、簡單。 

2．4閘門監控系統

 系統的主要內容是通過計算機監控系統達到水閘水位、閘門工情、圖像信息自動化采集與傳輸，達到能夠在監控中心遠程控制閘門起閉以及閘門自動控制；通過實時圖像可以直觀了解水閘的運行工況以及周圍環境。系統建設主要分為控制樓監控中心和閘門現場監控裝置兩部分，監控中心為系統前置機和計算機網絡平臺及應用軟件組成，閘門現場監控裝置由圖像部分的攝像頭機位布置、閘門監控部件PLC的布置以及信息傳輸通道的建設?，F場通過PLC來控制閘門起閉設備，通過閘門開度儀實時確定閘門的開度，并通過水文水利計算，根據實測水文資料，自動設定閘門開度，提高自動化控制程度，減少人工誤差。通過設立保護裝置，能對執行過程中發生的意外情況進行及時處理。結合遠程圖像監控系統，可實現無人值守閘門自動化控制。 

2．5水庫優化調度系統

 優化調度主要內容是當洪水來臨時在確保水庫防洪安全的條件下，根據下游河道的的泄洪能力，為灌溉用水提供最優的庫容，制定洪水調度計劃。利用計算機水文遙測系統提供的水文資料和壩體滲壓自動監測系統關于壩體的安全參數作為水庫防洪的決策依據。 

2．6圖像監控系統

 閉路電視監視系統是采用先進的電子科技手段,對遠端場景進行傳感成像、信號傳輸、集中監視、圖像記錄以及聯動控制的安全技術防范和管理系統。計算機數字監視系統是監控報警業界的新型產品，它采用視頻圖像數字化壓縮記錄的形式，采用高性能的工業計算機，增加攝像機圖像輸入路數，提高多畫面圖像的顯示速率、增加對云臺和鏡頭的控制等功能，配之以良好的人機交互界面，便構成了以計算機為核心的數字式監視報警系統。 

系統功能介紹 

1. 視頻動態分布功能 

2. 多畫面顯示功能 

3. 圖像字符疊加功能 

4. 視頻報警功能 

5. 智能圖像檢測功能 

6. 可通過局域網進行遠程錄像查詢、回放、參數設置、實時監控 

7. 可程序控制錄像時間表、可自動循環錄像 

8. 捕獲靜態畫面 

9. 儲存、回放、剪輯處理方便 

10. 自診斷功能 

11. 可靠性及可擴性 

2．7辦公自動化系統

 根據水庫各辦公室職能分配其各自權限，分別進行水庫信息化信息系統中共享數據的查詢。并通過局域網絡共享系統外設資源，如打印機、掃描儀、數字化儀等，實現文件共享服務、FTP文件傳輸服務、Email電子信箱服務、網絡信息發布、局域網通訊服務等，可按信息化建設進程分步實現財務電算化、人事勞資管理、物資管理、公文流轉、財務電算化等。

2．8 Web綜合信息發布系統

 水庫信息化系統中各子系統之間相互獨立，又有信息相關性，通過設立一個中心數據庫服務器，把各子系統中的信息經過整理、提煉、挖掘后存放到數據庫中，減少了信息冗余度，并提高了信息的可靠性和科學性。用基于JAVA技術開發Web綜合信息發布系統，根據各子系統的數據組織成相應的Web頁面發布信息，由靜態和動態頁面兩部分組成。靜態頁面是一些不變的信息，如工程概況、建筑物布置圖、系統構成圖等，動態頁面即把服務器中存放的數據按照業務邏輯組織，以數據表格、圖形的方式顯示，達到實時、直觀的效果。

Web綜合信息發布系統由下列內容組成： 

水庫工程概況 

主要建筑物、儀器、設備圖片 

大壩安全監測儀器分布圖 

大壩安全監測數據日報表 

大壩安全監測數據月報表 

大壩安全監測各測點空隙水壓力計水位過程線 

壩體內部水位浸潤線 

水庫氣象數據 

降雨量分布和降雨量過程線 

水位報表和水位過程線 

水電站電氣主接線圖 

水電站系統配置圖 

水電站遙測信息 

水電站遙信信息 

水電站電度量信息 

水電站遙信變位記錄 

水電站事件記錄 

水電站監控報表查詢 

圖像監控瀏覽 

用基于JAVA技術開發的Web綜合信息發布系統具有客戶端應用方便、可擴展性強和跨平臺應用的好處。一般客戶端機器的Windows操作系統內嵌有IE瀏覽器，只要連接在局域網上就可以直接訪問Web綜合信息發布系統而勿需安裝其他軟件。服務器端增加一個遠程接入設備后，上級部門或遠程用戶撥號連接后也同樣可以訪問綜合信息發布系統。用戶訪問簡潔方便，就象訪問互聯網資源一樣，根據網頁布置，進入所需要的頁面，查詢相關信息。

3、系統配置

以EVOC嵌入式智能產品為例子，闡述系統配置如下：。

3.1、主機：

A、機箱： IPC-8420/PS-270A/6113LP4

B、主板： FSC-1711VN全長CPU卡

C、數據采集卡：PCL-711B低成本多功能數據采集卡、PCL-733 32路隔離數字輸入卡、PCL-734 32路隔離數字輸出卡

3.2、服務器：

數據庫服務器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 80G

WWW服務器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 60G

3.3、遠程數據采集模塊：

ARK-14017（帶隔離6路差分和2路單端模擬輸入）

ARK-14021（單通道模擬輸出）

ARK-14052（帶隔離數字輸入模塊）

ARK-24520 (RS-232 至 RS-485協議轉換器)

[系統評價]

信息智能化系統建成后，運行穩定，表現出良好的安全性和可靠性。消除了信息孤島，減少了數據冗余，提高了信息的可靠性和科學性?？焖俜奖愕男畔鬟f為上級部門正確決策提供了保證，同時也提高了水庫現代化管理水平，提高了工作效率。同時也為全國的水利信息化建設打下了基礎。

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