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

郝 岷

（淄博職業(yè)學(xué)院，255314，淄博）

山東省淄博市是全國(guó)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(kù)是淄博市一級(jí)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(kù)總庫(kù)容1.833億m3，興利庫(kù)容 1.128億 m3。

淄博市太河水庫(kù)向中心城區(qū)的供水規(guī)模為10萬(wàn)m3/d。工程主要由兩部分組成：第一部分為水庫(kù)至凈水廠(chǎng)的輸水工程，即由太河水庫(kù)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(chǎng)，其中包括總干及二干明渠防滲覆蓋長(zhǎng)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(dòng)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(chǎng)和配水管線(xiàn)工程，管線(xiàn)總長(zhǎng)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(xiàn)路長(zhǎng)，為保障飲水安全，提高工作效率，需要采用自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)對(duì)輸水工程沿線(xiàn)的主要指標(biāo)及控制設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查并研究，監(jiān)控內(nèi)容應(yīng)包括水質(zhì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，流量、水位沿程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，沿途控制設(shè)備開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及主要設(shè)備遠(yuǎn)程控制，沿程視頻監(jiān)控等項(xiàng)目。為便于管理，在太河水庫(kù)管理局設(shè)立總控制室，在沿線(xiàn)的4個(gè)管理所設(shè)立分控室，并在沿線(xiàn)布置48處監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。主要站點(diǎn)布置見(jiàn)表1。

二、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)采用無(wú)人值守式遙測(cè)站點(diǎn)，由數(shù)據(jù)采集單元對(duì)水位、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，再利用中國(guó)移動(dòng)的GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)和視頻圖像傳輸至太河水庫(kù)管理局的中心機(jī)房，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和存儲(chǔ)，并通過(guò)WEB服務(wù)器向Intel-Net實(shí)時(shí)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(hù)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(fǎng)問(wèn)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(jiàn)圖1。

2.GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

（1）遙測(cè)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(shí)際情況，設(shè)計(jì)各遙測(cè)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(dú)立的 GPRS-VPN（APN）光纖接入。主要使用其GSM—SMS和GPRS兩個(gè)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，同時(shí)GSM—SMS作為系統(tǒng)告警短信自動(dòng)發(fā)布信道。

（2）遙測(cè)工作體制

系統(tǒng)正常數(shù)據(jù)采集采用自報(bào)式工作體制，兼容召測(cè)功能。平時(shí)遙測(cè)站工作在自報(bào)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(cè)終端工作，發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包。在特別的需求條件下，系統(tǒng)中心站可以通過(guò)發(fā)送召測(cè)指令，采集遙測(cè)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(kù)中整編數(shù)據(jù)表，其時(shí)間最小分辨率滿(mǎn)足10分鐘整點(diǎn)要求；水位、流量、水質(zhì)、閘門(mén)開(kāi)度數(shù)據(jù)采樣、自報(bào)周期可設(shè)置，范圍為5～3 600分鐘，數(shù)據(jù)變化時(shí)自報(bào)；遙測(cè)站運(yùn)行環(huán)境條件滿(mǎn)足溫度-30℃～60℃，相對(duì)濕度小于95%（50℃）；中心站運(yùn)行環(huán)境條件滿(mǎn)足溫度5℃～40℃，相對(duì)濕度小于85%（40℃）；系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shù)，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(shì)。

（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(duì)水位、流量、視頻等實(shí)時(shí)信息準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)行發(fā)布，并將它們有效地組織起來(lái)。系統(tǒng)要求采用跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，開(kāi)放性強(qiáng)，有良好的擴(kuò)展性和可移植性；提供密級(jí)、權(quán)限等堅(jiān)固的系統(tǒng)安全措施，保障系統(tǒng)安全；系統(tǒng)采用生動(dòng)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(jiǎn)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(guò)工作流技術(shù)的應(yīng)用，提供可視化工作流控制平臺(tái)；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(shí)時(shí)接收遙測(cè)站數(shù)據(jù)和各遙測(cè)站的工作狀態(tài)；對(duì)接收到的GPRS信道遙測(cè)信息包進(jìn)行糾檢錯(cuò)處理，分析信息的合理性，按照時(shí)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(kù)；顯示各種數(shù)據(jù)過(guò)程曲線(xiàn)，生成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)數(shù)據(jù)報(bào)表，打印各種曲線(xiàn)、報(bào)表；自動(dòng)分析實(shí)時(shí)信息，并且通過(guò)GSM—SMS綜合管理軟件模塊，自動(dòng)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(xún)短信，通過(guò)GSM短信查詢(xún)?nèi)我膺b測(cè)站點(diǎn)的水位、流量信息；提供用戶(hù)可定制的靈活報(bào)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(lèi)型、字體；軟件采用C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì)，支持B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)信息共享，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)、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(gè)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(niǎo)瞰窗口。同時(shí)，為滿(mǎn)足用戶(hù)需要，還將設(shè)計(jì)軟件標(biāo)志，啟動(dòng)Logo設(shè)計(jì)、圖標(biāo)設(shè)計(jì)等。

5.遙測(cè)站技術(shù)要求

（1）遙測(cè)站的主要功能

按照自報(bào)方式自動(dòng)采集傳感器的信息，并分析處理、存儲(chǔ)和控制通信單元，通過(guò)GPRS主遙測(cè)信道向通信服務(wù)器發(fā)送最新遙測(cè)信息；支持現(xiàn)場(chǎng)流量、水位數(shù)據(jù)顯示查詢(xún)功能，同時(shí)傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像；支持現(xiàn)場(chǎng)時(shí)鐘調(diào)整和運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。

（2）遙測(cè)站的組成

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

（3）遙測(cè)站主要設(shè)備選型

①遠(yuǎn)程測(cè)控柜：配備多種接口資源，包括模擬信號(hào)采集，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出，脈沖信號(hào)輸入等；支持一路RS232/RS485方式的用戶(hù)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(duì)一控制閘門(mén)的起升，并通過(guò)電氣線(xiàn)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(guò)電壓、過(guò)電流、自鎖以及儀表上的上下限、預(yù)置點(diǎn)等安全保護(hù)；工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠，堅(jiān)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(jí)的GPRM模塊，具有高可靠性。

③液位變送器：各遙測(cè)站點(diǎn)與控制室的距離不一，要求包含足夠長(zhǎng)度的防水透氣專(zhuān)用信號(hào)線(xiàn)纜。

④流量傳感器：雙計(jì)量信號(hào)，采樣可以10m3/雙脈沖、4～20mA信號(hào)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(hào)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(cè)終端100%實(shí)時(shí)在線(xiàn)；系統(tǒng)兼容一期工程的遙測(cè)終端，保證接受、存儲(chǔ)、分析一期工程遙測(cè)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(shí)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(shí)；土建和電源等設(shè)備設(shè)計(jì)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(cè)站能在野外無(wú)人值守的條件下正常工作；遙測(cè)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(lèi)型和數(shù)量靈活配置傳感器接口，增減遙測(cè)站點(diǎn)；測(cè)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(cè)設(shè)備的MTBF大于5萬(wàn)小時(shí)，具有故障自動(dòng)檢測(cè)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(kāi)始運(yùn)行至今已經(jīng)運(yùn)行了一年多時(shí)間，除個(gè)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(xiàn)路均設(shè)于總干渠墻上，建議以后有條件時(shí)將主線(xiàn)路移出總干渠外另行敷設(shè)，便于檢修維護(hù)。

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