嵌入式技術(shù)在水庫信息智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用
|
|
摘要：闡述水庫信息智能化系統(tǒng)的組成以及如何采用EIP嵌入式智能平臺(tái)平臺(tái)(文中以EVOC嵌入式智能平臺(tái)為基礎(chǔ))，利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、Web網(wǎng)絡(luò)，將水利信息各子系統(tǒng)整合起來，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作提供一個(gè)信息訪問平臺(tái)。從而大大提高雨情、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，對其發(fā)展趨勢作出及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)測和預(yù)報(bào)，制定防洪抗旱調(diào)度方案，為決策部門的決策提供科學(xué)依據(jù)，充分發(fā)揮已建工程設(shè)施的效能。
關(guān)鍵詞：水庫信息智能化系統(tǒng) EIP嵌入式智能平臺(tái)
[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)。水利部門要向國家和相關(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)。我國有許多水庫是運(yùn)行二十多年了的老水庫，電站設(shè)備和管理都相對陳舊，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)備對整個(gè)水庫的設(shè)備與管理進(jìn)行現(xiàn)代化改造，進(jìn)行水庫智能化建設(shè)，可以進(jìn)一步挖掘水庫的潛力，加強(qiáng)水庫運(yùn)行的可靠性，水庫智能化系統(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)測和預(yù)報(bào)，制定防洪抗旱調(diào)度方案，為上級部門的決策提供科學(xué)依據(jù)�！�
[系統(tǒng)構(gòu)成]
1、概述
水庫信息化系統(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)測系統(tǒng)、水情遙測系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、水庫優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、閘門監(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，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把各子系統(tǒng)整合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作來提供一個(gè)信息訪問平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)基于局域網(wǎng)的系統(tǒng)資源共享（如打印機(jī)、硬盤資源，文檔共享等）。采用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)集中處理信息結(jié)合Web技術(shù)應(yīng)用，開發(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。通過建設(shè)光纖通道、無線接入、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方式為上級主管部門提供信息查詢平臺(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)到無人值班、少人值守的要求。簡易常規(guī)控制可在主控級與現(xiàn)場控制單元通訊中斷（或主控站故障）時(shí)作操作備用，它通過電纜直接作用于現(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)場測量控制單元（MCU）、傳感器及通訊網(wǎng)絡(luò)組成。MCU放置在觀測房內(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網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的聯(lián)接工作。
系統(tǒng)中測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)來的隨機(jī)采集命令，對任何傳感器進(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）
（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)測系統(tǒng)的總貌、監(jiān)測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，并可以查看測點(diǎn)的各種信息，包括測點(diǎn)編號(hào)、儀器類型、埋設(shè)位置、參數(shù)等；
能通過圖形界面和表格方式，實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測值的量、過程曲線、分布圖及各種相關(guān)圖；
提供報(bào)警狀態(tài)顯示窗口和分級報(bào)警功能；
3 數(shù)據(jù)分析處理功能
對大壩的各類監(jiān)測數(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)對越限值報(bào)警提示；
對不能實(shí)行自動(dòng)電測的數(shù)據(jù)，如壩體外部變形的表面測點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以人工輸入數(shù)據(jù)庫；
可以人工輸入修改、刪除數(shù)據(jù)庫數(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"或"不存盤"；
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、傳感器測頭，自動(dòng)打印日報(bào)表，月報(bào)表或年報(bào)表；
圖形功能，可以按日期、時(shí)段、傳感器測頭，自動(dòng)生成各種壓力、滲壓過程線；
5 數(shù)據(jù)庫管理功能
能提供原始測值數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫等各種類型的數(shù)據(jù)庫；
能夠?qū)Ω鞣N數(shù)據(jù)庫之間的數(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)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
2．3水情測報(bào)系統(tǒng)：
系統(tǒng)配置有前置機(jī)（工控機(jī)）、遙測中心終端、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)遙測站發(fā)送來的實(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)過局域網(wǎng)存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。通訊方式可采用通訊電纜、電臺(tái)、衛(wèi)星、無線短信等方式進(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)測累計(jì)參量達(dá)到一個(gè)最小檢測值時(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)測累計(jì)參數(shù)。當(dāng)監(jiān)測庫水位瞬時(shí)值變化（增大或減�。┮粋�(gè)最小檢測值時(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)和測站工作狀態(tài)。
3. 測站發(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. 利用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器及國際先進(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)，簡化了RTU的設(shè)計(jì)，從而提高了其可靠性。
6. 通過鍵盤，可現(xiàn)場設(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)測參數(shù)，可設(shè)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(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、簡單。
2．4閘門監(jiān)控系統(tǒng)
系統(tǒng)的主要內(nèi)容是通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到水閘水位、閘門工情、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)程控制閘門起閉以及閘門自動(dòng)控制；通過實(shí)時(shí)圖像可以直觀了解水閘的運(yùn)行工況以及周圍環(huán)境。 系統(tǒng)建設(shè)主要分為控制樓監(jiān)控中心和閘門現(xiàn)場監(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，閘門現(xiàn)場監(jiān)控裝置由圖像部分的攝像頭機(jī)位布置、閘門監(jiān)控部件PLC的布置以及信息傳輸通道的建設(shè)。現(xiàn)場通過PLC來控制閘門起閉設(shè)備，通過閘門開度儀實(shí)時(shí)確定閘門的開度，并通過水文水利計(jì)算，根據(jù)實(shí)測水文資料，自動(dòng)設(shè)定閘門開度，提高自動(dòng)化控制程度，減少人工誤差。通過設(shè)立保護(hù)裝置，能對執(zhí)行過程中發(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)無人值守閘門自動(dòng)化控制。
2．5水庫優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)
優(yōu)化調(diào)度主要內(nèi)容是當(dāng)洪水來臨時(shí)在確保水庫防洪安全的條件下，根據(jù)下游河道的的泄洪能力，為灌溉用水提供最優(yōu)的庫容，制定洪水調(diào)度計(jì)劃。利用計(jì)算機(jī)水文遙測系統(tǒng)提供的水文資料和壩體滲壓自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)于壩體的安全參數(shù)作為水庫防洪的決策依據(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,對遠(yuǎn)端場景進(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)，提高多畫面圖像的顯示速率、增加對云臺(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. 多畫面顯示功能
3. 圖像字符疊加功能
4. 視頻報(bào)警功能
5. 智能圖像檢測功能
6. 可通過局域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程錄像查詢、回放、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控
7. 可程序控制錄像時(shí)間表、可自動(dòng)循環(huán)錄像
8. 捕獲靜態(tài)畫面
9. 儲(chǔ)存、回放、剪輯處理方便
10. 自診斷功能
11. 可靠性及可擴(kuò)性
2．7辦公自動(dòng)化系統(tǒng)
根據(jù)水庫各辦公室職能分配其各自權(quán)限，分別進(jìn)行水庫信息化信息系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)的查詢。并通過局域網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)外設(shè)資源，如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字化儀等，實(shí)現(xiàn)文件共享服務(wù)、FTP文件傳輸服務(wù)、Email電子信箱服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布、局域網(wǎng)通訊服務(wù)等，可按信息化建設(shè)進(jìn)程分步實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)電算化、人事勞資管理、物資管理、公文流轉(zhuǎn)、財(cái)務(wù)電算化等。
2．8 Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)
水庫信息化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，又有信息相關(guān)性，通過設(shè)立一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，把各子系統(tǒng)中的信息經(jīng)過整理、提煉、挖掘后存放到數(shù)據(jù)庫中，減少了信息冗余度，并提高了信息的可靠性和科學(xué)性。用基于JAVA技術(shù)開發(fā)Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，根據(jù)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織成相應(yīng)的Web頁面發(fā)布信息，由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)頁面兩部分組成。靜態(tài)頁面是一些不變的信息，如工程概況、建筑物布置圖、系統(tǒng)構(gòu)成圖等，動(dòng)態(tài)頁面即把服務(wù)器中存放的數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)邏輯組織，以數(shù)據(jù)表格、圖形的方式顯示，達(dá)到實(shí)時(shí)、直觀的效果。
Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)由下列內(nèi)容組成：
水庫工程概況
主要建筑物、儀器、設(shè)備圖片
大壩安全監(jiān)測儀器分布圖
大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)日報(bào)表
大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)月報(bào)表
大壩安全監(jiān)測各測點(diǎn)空隙水壓力計(jì)水位過程線
壩體內(nèi)部水位浸潤線
水庫氣象數(shù)據(jù)
降雨量分布和降雨量過程線
水位報(bào)表和水位過程線
水電站電氣主接線圖
水電站系統(tǒng)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(jiān)控報(bào)表查詢
圖像監(jiān)控瀏覽
用基于JAVA技術(shù)開發(fā)的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)具有客戶端應(yīng)用方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)和跨平臺(tái)應(yīng)用的好處。一般客戶端機(jī)器的Windows操作系統(tǒng)內(nèi)嵌有IE瀏覽器，只要連接在局域網(wǎng)上就可以直接訪問Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)而勿需安裝其他軟件。服務(wù)器端增加一個(gè)遠(yuǎn)程接入設(shè)備后，上級部門或遠(yuǎn)程用戶撥號(hào)連接后也同樣可以訪問綜合信息發(fā)布系統(tǒng)。用戶訪問簡潔方便，就象訪問互聯(lián)網(wǎng)資源一樣，根據(jù)網(wǎng)頁布置，進(jìn)入所需要的頁面，查詢相關(guān)信息。
3、系統(tǒng)配置
以EVOC嵌入式智能產(chǎn)品為例子，闡述系統(tǒng)配置如下：。
3.1、主機(jī)：
A、機(jī)箱： IPC-8420/PS-270A/6113LP4
B、主板： FSC-1711VN全長CPU卡
C、數(shù)據(jù)采集卡：PCL-711B低成本多功能數(shù)據(jù)采集卡、PCL-733 32路隔離數(shù)字輸入卡、PCL-734 32路隔離數(shù)字輸出卡
3.2、服務(wù)器：
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 80G
WWW服務(wù)器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 60G
3.3、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)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(shù)字輸入模塊）
ARK-24520 (RS-232 至 RS-485協(xié)議轉(zhuǎn)換器)
[系統(tǒng)評價(jià)]
信息智能化系統(tǒng)建成后，運(yùn)行穩(wěn)定，表現(xiàn)出良好的安全性和可靠性。消除了信息孤島，減少了數(shù)據(jù)冗余，提高了信息的可靠性和科學(xué)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(shí)也提高了水庫現(xiàn)代化管理水平，提高了工作效率。同時(shí)也為全國的水利信息化建設(shè)打下了基礎(chǔ)。
|
|
|
