安全监测自动化系统在水利工程中的应用

【摘 要】 为确保水利工程安全运行，自动安全监测技术在水库大坝、输水渠道、建筑物中的应用越来越广泛。本文通过对安全监测自动化系统的介绍，提高工程人员对安全监测的认识和管理水平。

【关键词】 安全监测；系统结构；数据采集传输；系统功能

【Abstract】 For to ensure the safe operation of water conservancy project， application and automatic safety monitoring technology in the reservoir dam， water channels， building more widely. By introducing the automation system of safety monitoring， this paper improves the awareness and management level of the engineering staff on safety monitoring.

【Key words】 Safety monitoring；System structure；Data acquisition and transmission；System function

水利工程在运行中，工程安全是运行的关键指标，尤其是水库大坝、输水渠道、输水建筑物等的安全。近年来，自动安全监测系统在水利工程中逐渐得到了推广应用。自动安全监测系统充分利用当前先进的计算机技术、结合先进的工程监测成果和经验，组成一套具有先进性、可靠性、通用性、和可扩充性的工程安全监测系统，实现对大坝、渠道、建筑物的自动监測、对监测到的实时数据和人工观测的数据实现自动分析，准确地描述工程的整体状况，对安全监测实现采集数据的保存、检验、整编、分析、和辅助决策，实时监测工程运行状况，做出准确而高效的评判及决策。现在以南水北调中线工程为例介绍安全监测系统的应用。

1. 监测项目

水利工程安全监测的监测项目有：渗流监测、位移监测、混凝土应力应变监测、钢筋应力监测、锚索预应力监测、土压力监测、接缝开合度监测、温度监测等。

2. 安全监测系统结构框图（见图1）

3. 数据采集传输

水利工程自动化监测系统的数据采集使用安全监测自动化系统，针对渠道、建筑物等埋设的各种类型传感器实现自动化数据采集，对工程运行中各部位应力、应变、位移、变形、渗流等各种物理量进行自动监测，并将结果以报表或图形方式输出。

3.1 自动采集系统。

自动化采集系统主要指自动化采集单元（MCU），它包括测量主机CR-1000（集成RS232通讯接口）、智能激励滤波模块（AVW200），网络通讯模块（NL100）、扩展模块、供电模块（PS100）。

自动采集系统整体性能指标如下：

传输距离：采用全网络结构，传输距离不受限制；

采样对象：能接入本工程所有类型的传感器；

测量方式：定时、单检、巡查、选测或设测点群；

定时间隔：1分钟～30天，可调；

采样时间：<15S/测点；巡查时间可设置；

工作环境：温度：-55℃～85℃，相对湿度≤95%；

工作电源：市电：110V～260V，50Hz～60 Hz；或太阳能：5～12V；

系统平均无故障 时间 （MTBF）： >20000h；

现场数据采集单元平均无故障时间（MTBF）：>35000h；

监测系统设备传输的误码率≤10-4；

系统防雷电感应：≥1500W；

重要部件具有冗余备份；

具备高抗干扰能力，每周测量一次，年数据采集缺失率小于2%。

通讯网络：

通讯方式：RS232/485、TCP/IP、全双工通信

通信介质：有线、无线、电话、光纤、局域以太网

网络容纳的节点数：256（局域网网络接口无限制）

传输速率：有线：1200～115200bps无线：1200～38400bps

3.2 通讯系统。

（1）安全监测自动化系统不单独设立通讯网络，整个通讯系统和计算机网络系统由南水北调中线干线自动化调度与运行管理决策支持系统统一考虑。本数据自动采集系统与主干通讯网的接口也不专门设立。

（2）有线通讯是利用现地站通讯站点三层交换机提供的通道进入业务内网，而无线通讯是由无线数据发送设备直接将无线数据发送至管理处的无线数据接收终端，由采集软件统一采集数据。

（3）无线通讯方式的监测站配置一台无线传输设备GPRS模块与MCU相连，测站若有多台MCU，则各MCU间采用RS485有线连接。测站MCU采集的监测数据直接发送给所被管辖的管理处配置的无线数据接收设备，它们之间利用移动通讯运营商的GPRS公网实现相互的通讯。无线数据接收设备为管理处监控管理主机配置一台GPRS模块使其计算机在与各无线通讯MCU联络时可连接Internet网，若管理处的监控计算机具备访问Internet网条件，则除了安装必要软件外不需要配置其他设备。在用户授权下，全国范围的在网远程监控主机均可与现场任一采用GPRS通讯的MCU进行遥测通讯。

4. 系统功能

4.1 监测功能。

包括对各类传感器的实测数据进行自动采集和对实测的信号作出越限报警，为满足工程管理对安全监测的各种不同的管理要求，有3种不同的监测数据采集方式：

（1）定时测量方式。根据监控主机所设定的测量时间，能自动定时地进行选测和巡测。该方式主要用于日常常规测量。

（2）人工干预测量方式。必要时，安全管理人员可通过监控主机任意进行测量。该测量方式的优先权高于其它任何方式，主要用于在特殊工况下可任意加密测次及对重点监测部位实施任意频次的测量。

（3）网络化测量方式。系统具备网络化的管理功能，当监控中心需要时，在增添一些计算机终端等设备后，有关人员可从相关部门的计算机终端上实施数据采集。

4.2 显示功能。

显示建筑物及监测系统的总貌、各监测子系统概貌、监测布置图、过程曲线、分布图、相关图及报警状态显示窗口等。

4.3 操作功能。

在管理终端上可实现多种操作功能：（1）监视操作、输入/输出、显示打印、报告现在测值状态、调用历史数据、评估运行状态等；（2）根据程序执行状况或系统工作状况发出相应的报警；（3）进行整个系统的运行管理：包括系统调度、过程信息文件的形成、进库、通讯等；（4）利用键盘调度各级显示画面及修改相应的参数等；（5）修改系统配置、进行系统测试、系统维护等。

4.4 数据存储和通讯功能。

各测控单元具有存储器和掉电保护模块，能暂存监测采集来的数据，并在突然断电的情况下不丢失数据，数据通信包括现场级和管理级的数据通讯。

（1）现场级通讯为测控单元与监控主机之间的双向数据通讯；

（2）管理级通讯为监控主机与管理主机及上级主管部门计算机之间的双向数据通讯。

4.5 综合信息管理功能。

包括在线监测、离线分析、预测预报、报表制作、图文资料管理、数据库管理及安全评估等。

4.6 工程安全管理功能。

自动安全监测系统具备功能强大、界面友好、操作方便的系统软件。该软件包括在线监测、离线分析、安全管理、系统管理、数据库管理等部分。包括数据的人工/自动采集、测值的离线性态分析、工程文档资料、测值及图象管理、报表制作、图形制作、帮助系统等工程安全管理的全部内容。

[文章编号] 1619-2737（2018）02-06-793

[作者简介] 郝治霞（1976.04.25-），女，职称：助理工程师，工作单位：河北省水利工程局第六工程处。