嵌入式技術在水庫信息智能化系統(tǒng)中的應用
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關鍵詞：水庫信息智能化系統(tǒng)EIP嵌入式智能平臺
[系統(tǒng)概述]
水利行業(yè)是一個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行業(yè)提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水量水質信息、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(fā)展，采用新技術、新設備對整個水庫的設備與管理進行現(xiàn)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(tǒng)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?！?
[系統(tǒng)構成]
1、概述
水庫信息化系統(tǒng)主要由水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)、水情遙測系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、水庫優(yōu)化調度系統(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，通過計算機網絡系統(tǒng)把各子系統(tǒng)整合起來，實現(xiàn)系統(tǒng)間數據共享、協(xié)同工作來提供一個信息訪問平臺。實現(xiàn)基于局域網的系統(tǒng)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(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。通過建設光纖通道、無線接入、DDN專線等方式接入互聯(lián)網，能夠及時了解氣象信息、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，同時也可實現(xiàn)移動辦公。
2．各子系統(tǒng)介紹
2．1水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)
水電站以計算機監(jiān)控為主，簡易常規(guī)控制為輔的原則進行總體設計，充分注意計算機監(jiān)控系統(tǒng)與各常規(guī)控制設備的協(xié)調配合，整個監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電廠發(fā)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(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)地單元具備運行人員進行常規(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(tǒng)更能適應功能的增加和規(guī)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(jiān)測系統(tǒng)
本系統(tǒng)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(xiàn)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(lián)接，工控機，作為網絡中心節(jié)點，由RS485總線與各個MCU聯(lián)接，完成子系統(tǒng)運行控制以及與上一級網絡系統(tǒng)的聯(lián)接工作。
系統(tǒng)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(zhí)行定時數據采集，將采集的數據發(fā)送給工控機同時保存在MCU的存儲器中；也可以執(zhí)行工控機發(fā)來的隨機采集命令，對任何傳感器進行數據采集。系統(tǒng)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(tài)作出進一步分析處理。
系統(tǒng)功能介紹
1數據采集功能
?。?）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(jié)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）
?。?）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(qū)。
2實時顯示數據采集功能
顯示監(jiān)測系統(tǒng)的總貌、監(jiān)測布置和傳感器分布圖
鼠標電擊分布圖中傳感器位置，執(zhí)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(jiān)測值的量、過程曲線、分布圖及各種相關圖；
提供報警狀態(tài)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(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)結構框圖
2．3水情測報系統(tǒng)：
系統(tǒng)配置有前置機（工控機）、遙測中心終端、收發(fā)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(fā)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(wèi)星、無線短信等方式進行通訊，保證了通道通暢。
系統(tǒng)功能介紹
1.隨機自報功能。當監(jiān)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(fā)送一次實測累計參數。當監(jiān)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(fā)送數據時間間隔大于設定值時，RTU將實測瞬時值發(fā)送到中心站。
2.定時平安自報功能。當新監(jiān)測的參數不發(fā)生變化時，每天按設定的時間間隔，定時向中心站發(fā)送實時參數和測站工作狀態(tài)。
3.測站發(fā)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(fā)射機和節(jié)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(xiàn)場設置各種相關參數。如可采集、顯示、發(fā)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(jiān)控系統(tǒng)
系統(tǒng)的主要內容是通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)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(huán)境?！ ∠到y(tǒng)建設主要分為控制樓監(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)前置機和計算機網絡平臺及應用軟件組成，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?，F(xiàn)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(zhí)行過程中發(fā)生的意外情況進行及時處理。結合遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守閘門自動化控制。
2．5水庫優(yōu)化調度系統(tǒng)
優(yōu)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(yōu)的庫容，制定洪水調度計劃。利用計算機水文遙測系統(tǒng)提供的水文資料和壩體滲壓自動監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)
閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)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(jiān)視、圖像記錄以及聯(lián)動控制的安全技術防范和管理系統(tǒng)。計算機數字監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)控報警業(yè)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(yè)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(jiān)視報警系統(tǒng)。
系統(tǒng)功能介紹
1.視頻動態(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(jiān)控
7.可程序控制錄像時間表、可自動循環(huán)錄像
8.捕獲靜態(tài)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(tǒng)
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(tǒng)中共享數據的查詢。并通過局域網絡共享系統(tǒng)外設資源，如打印機、掃描儀、數字化儀等，實現(xiàn)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(fā)布、局域網通訊服務等，可按信息化建設進程分步實現(xiàn)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。
2．8Web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(tǒng)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(fā)Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，根據各子系統(tǒng)的數據組織成相應的Web頁面發(fā)布信息，由靜態(tài)和動態(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)構成圖等，動態(tài)頁面即把服務器中存放的數據按照業(yè)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(fā)布系統(tǒng)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(jiān)測儀器分布圖
大壩安全監(jiān)測數據日報表
大壩安全監(jiān)測數據月報表
大壩安全監(jiān)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(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)控報表查詢
圖像監(jiān)控瀏覽
用基于JAVA技術開發(fā)的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)布系統(tǒng)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(fā)布系統(tǒng)。用戶訪問簡潔方便，就象訪問互聯(lián)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(tǒng)配置
以EVOC嵌入式智能產品為例子，闡述系統(tǒng)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-73332路隔離數字輸入卡、PCL-73432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+P42.0G+512MDDR+80G
WWW服務器IPC-810/PS-270A/6114P4+FSC-1711VN+P42.0G+512MDDR+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(xié)議轉換器)
[系統(tǒng)評價]
信息智能化系統(tǒng)建成后，運行穩(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(xiàn)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。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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