双王城水库水情信息采集系统优化初探

王子春，王 莹，王守广

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.寿光润圣水务有限公司，山东 寿光 262700）

双王城水库位于山东潍坊寿光市寇家坞村以北，李家坞村以东，六股路以南。工程占地面积7.79 km2。水库大坝轴线总长9.64 km，坝高12.5 m，正常蓄水位9 m，最大库容6 150 万m3。水情数据主要包括水位信息、流量信息、开度信息等，选用的采集设备有浮子式水位计、压力式水位计、雷达式水位计、电子式水位计、超声波流量计、开度传感器等。

水位信息采集设备中，浮子式水位计2 台，安装于输水渠进口闸闸前和闸后；压阻式水位计3 台，安装于前池、出水池和泵站水泵层集水廊道；雷达式水位计2 台，安装于供水洞和泄水洞。流量信息采集设备主要使用的是超声波流量计，其中，4 声道超声波流量计3 套，分别安装在前池、供水洞、泄水洞。上述设备的运行状态良好，经历次通水反复率定设备测量精度较为可靠。开度传感器安装于分水口、放水洞闸门启闭机旁，共10 台，将闸门开度信息采集后采用数据传输形式上传至自动化监控系统。

1 存在的主要问题

1.1 设备故障

1）浮子式水位计。水位计测量数值和人工水尺有误差，原因是：浮球和转轴有缝隙，滑动时出现误差。需校核水位计，调整浮球和配重体位置。触摸屏显示数据和水位计表盘数据不一致，首先需测试编码器输出是否正常，如输出正常而表盘机械部分与输出不对应，则可确定机械表盘部分故障。

2）雷达式水位计。测量数据不准确，原因是：电源及信号线缆有断裂及虚接现象，雷达水位计内部故障，设备接口故障造成无输出信号。

3）电子式水位计。测量值和实际水位有差异，原因是：长时间在水下浸泡，测量单元出现断裂、於堵现象；发射模块出现宕机及内部元器件损坏；传输天线故障出现折损、断裂现象；接收模块故障，内部元器件损坏，无法接收发射模块测量数据；模拟量接线故障或松动虚接。

4）开度仪。开度仪表，闸门落到底开度值不显示“0”，原因是：长时间运行使用，启闭机传动部分及齿轮钢丝绳存在误差。闸门提升后无法下降，原因是：现场机械限位超程，在上升一定范围内，下限位触点未闭合，导致闸门控制回路逻辑条件不能成立，无法实现下降控制。现场机旁箱无法正常操控闸门，原因是：供电异常或开度仪表故障；运行时间较长，接线端出现虚接、松动。开度仪显示数据跳变，原因是：编码器故障，数据输出异常；开度仪内部主板接口故障导致处理数据异常；传输线缆有断裂及信号线短接现象。

5）流量计。累计流量不累计，原因是：主机存储内存已满，测量的数据内部无法进行累计存储。瞬时流量不准确，原因是：与流量计配套水位计测量现场数据不准确，导致主机计算有误差。声道错误告警，原因是：清理水草及其它遮挡物，保证声道对发畅通；紧固主机声道接线，避免虚接松动。流量计不能正常运行，原因是：直流电源模块故障，不能正常供电，导致主机不能启动。

1.2 数据传输不稳定

当前数据传输介质大多采用信号线、网线、光纤、GPRS 等，数据传输形式有 4～20 mA、RS485、TCP/IP、Modbus TCP 等，数据类型包括两种：一种是历史数据，另一种是对水库实时监测的数据信息[2]。

上述数据在传输过程中，传输链路故障、虚接或网络带宽等问题极易引发数据传输不稳定的情况，进而影响调水作业的执行。例如线路连接不良、阻抗较大或不匹配可能会导致数据接收延时，出现传输假死现象；链路接地不规范，或强弱电未做隔离处理，则会出现传输干扰的现象，数据跳变频繁或数据误差较大。

1.3 历史数据分析应用不足

在历次调水作业过程中，系统后台会产生大量调度指令数据和设备状态数据，可以通过收集、分析这些数据找到调度指令的内在关联性、对设备运行状态进行实时监测。然而因为对建立、更新系统、设备运行数据库的认识不够，调水作业管理各环节形成的大量数据没有得到全面的收集和挖掘，数据关联性反应的内在含义未得到应用。或者数据库建立后，因为涉及面广，各个环节产生的过程数据无法及时有效的统计更新到数据库中，在数据库中抽取历史数据进行对比参考时极易出现错误，数据不准确时数据库将失去应有的价值。或者应用数据进行调水决策和调水效果评价时没有科学化、信息化的手段。

2 优化措施

2.1 优化设备选型

通过历次调水作业，结合水库现场工况，筛选故障率低、数据采集精度高、运行可靠的设备。同时加强设备巡检和运行维护力度，定期对设备进行校核、率定。例如水位采集设备的选择：开阔水域、水流稳定、无异物堆积、安装位置离边坡较远的情况下可选择雷达式水位计或压阻式水位计；靠近边坡或翼墙部位，流态复杂，水面杂物较多或水质偏差的工况下可选择浮子式水位计，安装时水位计进水管可选择暗埋或明装式。

开度传感器在行业应用范围较广，技术已相对成熟，在设备选型时优先考虑输出信号稳定，可定期校准，售后服务及时的产品。

2.2 保障数据链路状态良好

进行传输链路的强弱电分离，避免电磁干扰对数据传输产生影响。按标准要求规范接地、线缆端接等作业工序，避免出现断裂、虚接等情况。在调水作业过程中严密监视构成传输链路的光纤、信号线、无线网络的工作状态。对发生的数据跳变、假死等情况，及时排除线路连接不良、阻抗较大等问题。

2.3 挖掘数据关联性，强化数据分析应用

通过对调水作业数据的实时收集和分析，管理决策者能在更短的时间内了解作业运行情况，通过充分利用数据挖掘、分析技术，坚持立足于运行数据、设备状态数据、日常监测数据等管理核心要素的数据收集、关联性研究。同时，收集、更新关键数据，并对数据进行清洗、筛选，构建综合核心要素的数据分析模型，直击决策者的关注点，为决策提供支撑平台。

3 结 语

通过优化设备选型，实时监测数据链路运行状态为水库运行信息采集的准确、稳定和闸门自控系统的安全操作提供了可靠的保障，同时，引入数据分析技术，充分挖掘实时运行数据、历史数据等数据之间的关联性，为调水作业的准确执行和水库的日常管理提供了更为便捷、有效的信息化手段和管理工具，从而实现了水库的高效运行，最大限度地节省了人力、物力[3]，有力地保障了调水作业的精准、可靠。