全自動纜道測流控制軟件分析與設(shè)計

虞寅佳 王家龍 王標(biāo)

（1.江蘇南水科技有限公司 南京 210012 2.無錫瀚瀾水利科技有限公司 無錫 214024）

1 問題提出

目前纜道測流系統(tǒng)普遍存在自動化程度低、效率不高、測驗方式單一的不足之處，不適宜在流速大場景進(jìn)行水文測驗工作；現(xiàn)有纜道信號傳輸采用有線方式傳輸，信號有線傳輸方式穩(wěn)定性較為脆弱，極易受到纜道絕緣、河段特性影響。

全國中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)工作完成以來，新建水文站與水文監(jiān)測人員不足之間的矛盾日益突出。一種高效、可靠、先進(jìn)功能與架構(gòu)的智能水文纜道測控系統(tǒng)需求日益突出。全自動纜道測流控制軟件開發(fā)，將極大地減輕測量人員工作量，并提升流量測量的工作效率。隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,水文纜道技術(shù)水平不斷提高，纜道測流技術(shù)勢必向智能化、遠(yuǎn)程監(jiān)測、移動監(jiān)測管理方向發(fā)展。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

纜道全量程場景化流量測驗系統(tǒng)是運(yùn)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)和纜道測流技術(shù)，為用戶提供了一種全新的纜道測流的解決方案。在水文站駐站纜道測流基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)遠(yuǎn)程分中心對多個水文站站點纜道測流控制及相關(guān)水文信息傳輸。系統(tǒng)以纜道為過河載體，搭載不同測流設(shè)備，完成高、中、低水位流量測驗，從而實現(xiàn)無技術(shù)人員值守、自動工作。

纜道主要由變頻調(diào)速控制子系統(tǒng)、動力控制子系統(tǒng)、計算機(jī)測流控制子系統(tǒng)、信號處理子系統(tǒng)、電源控制子系統(tǒng)、防雷子系統(tǒng)及附屬配套線纜、接插件、開關(guān)等組成。變頻調(diào)速控制子系統(tǒng)主要部件為變頻器、水文絞車等；動力控制子系統(tǒng)主要部件為PLC（動力控制部分）、接觸器、繼電器、現(xiàn)地按鈕等；工作時由工控機(jī)或現(xiàn)地控制按鈕通過PLC（動力控制部分）利用RS485 口控制變頻器正反轉(zhuǎn)、加減速；PLC（動力控制部分）、接觸器、繼電器控制絞車電機(jī)上電。

數(shù)據(jù)采集及信號處理子系統(tǒng)主要部件為PLC（信號處理部分）、水文綜合信號源、光柵編碼器、限位開關(guān)等。水文綜合信號源產(chǎn)生水面、河底、流速儀信號，供電為太陽能鋰電池充電；光柵編碼器產(chǎn)生起點距、入水深信號；限位開關(guān)產(chǎn)生上升、下降、歸零開關(guān)量信號；以上信號皆接入PLC（信號處理部分）進(jìn)行處理。

3 測流控制軟件設(shè)計與開發(fā)

3.1 系統(tǒng)功能

全自動纜道測流控制軟件功能主要包含自動測流、半自動測流、手動測流、測站基本信息配置、斷面配置、測流參數(shù)與測流垂線配置、遠(yuǎn)程測流、報表生成與查詢、數(shù)據(jù)管理、幫助文檔、技術(shù)支持、智能視頻預(yù)警等功能，各模塊之間相互依托、相互聯(lián)系，有機(jī)構(gòu)成統(tǒng)一整體。

該軟件是基于C/S 模式，以纜道控制臺為支撐，軟件通過纜道控制臺控制鉛魚的前進(jìn)、后退、上升、下降、停止，以及流速儀測流；采用模塊化設(shè)計，各個功能模塊功能明確、操作簡便；智能化自動控制，具備垂線重測補(bǔ)測、自動減速、緊急避險等特點；測流完成后，軟件可自動生成流量測驗報表。此報表是嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的水文纜道測驗規(guī)范生成，無須進(jìn)行修改就可以納入整編資料。

圖1 自動測流業(yè)務(wù)流程圖

軟件服務(wù)中心安裝在中心站服務(wù)器上，也可安裝在控制臺計算機(jī)，Client 端可安裝在內(nèi)網(wǎng)任何一臺電腦上。測流控制軟件采用C#語言WinForm 形式開發(fā)，選用Mysql 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)庫平臺，利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和高級編程語言,實現(xiàn)圖、文、表一體化表現(xiàn)纜道測流過程。

纜道全自動測流控制軟件詳細(xì)功能：

參數(shù)配置：測站信息管理、流速儀管理、斷面管理、垂線配置管理；纜道測流：自動測流、半自動測流；報表打印：可生成流量報表；系統(tǒng)管理：用戶管理；系統(tǒng)幫助：可查看一些幫助文檔；視頻監(jiān)控：調(diào)取當(dāng)前測站的實時視頻信息。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

軟件采用MySql 數(shù)據(jù)庫，MySql 是一個全面的數(shù)據(jù)庫平臺，提供了企業(yè)級的數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)庫引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更安全可靠的存儲功能。該軟件的數(shù)據(jù)庫實體包括測站、測驗人員、測流信息、測流成果、垂線信息等。

3.2.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計

水文纜道測流分為自動測流和半自動測流，自動測流是計算機(jī)按照事先配置好的斷面信息、垂線信息、測流參數(shù)信息，自動完成測流的過程；半自動測流與自動測流過程是一樣的，唯一不同的就是鉛魚的控制有人員參與，而自動測流是由計算機(jī)自動完成，半自動測流需求分析與自動測流相同。其業(yè)務(wù)流程圖如1。

3.2.3 各個功能模塊設(shè)計與分析

系統(tǒng)測流模塊：系統(tǒng)測流分為自動測流和半自動測流。系統(tǒng)根據(jù)垂線配置信息（包括測流類型、測流垂線信息、測站測流信息等）進(jìn)行水文測流。

參數(shù)配置模塊：系統(tǒng)公共參數(shù)配置，實測斷面數(shù)據(jù)配置，流速儀數(shù)據(jù)信息配置，測流垂線與測流參數(shù)配置。

數(shù)據(jù)分析模塊：測流結(jié)束后，軟件根據(jù)水文流量測驗規(guī)范自動生成流量測驗報表。

系統(tǒng)管理模塊：系統(tǒng)管理包括用戶管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)支持等功能。

4 結(jié)語

本文針對現(xiàn)有的水文纜道測流系統(tǒng)現(xiàn)狀和水文測驗工作需求，對纜道測流控制軟件進(jìn)行設(shè)計與分析。在實際的水文測驗過程中，測驗軟件能大大提高測驗工作的效率，同時減少測驗人員的工作強(qiáng)度