嵌入式技術(shù)在水庫信息智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：闡述水庫信息智能化系統(tǒng)的組成以及如何采用EIP嵌入式智能平臺平臺(文中以EVOC嵌入式智能平臺為基礎(chǔ))，利用現(xiàn)有的計算機(jī)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、Web網(wǎng)絡(luò)，將水利信息各子系統(tǒng)整合起來，為實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作提供一個信息訪問平臺。從而大大提高雨情、水情、工情、旱情和災(zāi)情信息采集的準(zhǔn)確性及傳輸?shù)臅r效性，對其發(fā)展趨勢作出及時、準(zhǔn)確的預(yù)測和預(yù)報，制定防洪抗旱調(diào)度方案，為決策部門的決策提供科學(xué)依據(jù)，充分發(fā)揮已建工程設(shè)施的效能。

關(guān)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(guān)行業(yè)提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水量水質(zhì)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(shè)是水利信息化的基礎(chǔ)。我國有許多水庫是運行二十多年了的老水庫，電站設(shè)備和管理都相對陳舊，隨著計算機(jī)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，采用新技術(shù)、新設(shè)備對整個水庫的設(shè)備與管理進(jìn)行現(xiàn)代化改造，進(jìn)行水庫智能化建設(shè)，可以進(jìn)一步挖掘水庫的潛力，加強(qiáng)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(zāi)情信息采集的準(zhǔn)確性及傳輸?shù)臅r效性，作出及時、準(zhǔn)確的預(yù)測和預(yù)報，制定防洪抗旱調(diào)度方案，為上級部門的決策提供科學(xué)依據(jù)?！?BR>[系統(tǒng)構(gòu)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(diào)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(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把各子系統(tǒng)整合起來，實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)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(wǎng)的系統(tǒng)資源共享（如打印機(jī)、硬盤資源，文檔共享等）。采用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)集中處理信息結(jié)合Web技術(shù)應(yīng)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(shè)光纖通道、無線接入、DDN專線等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，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(jī)監(jiān)控為主，簡易常規(guī)控制為輔的原則進(jìn)行總體設(shè)計，充分注意計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各常規(guī)控制設(shè)備的協(xié)調(diào)配合，整個監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備同步投入，建成后可以達(dá)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(jìn)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(kuò)充，又能充分保護(hù)用戶的投資。軟件模塊化，結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，使系統(tǒng)更能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充。實時性好，抗干擾能力強(qiáng)。人機(jī)接口功能強(qiáng)，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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主要由前置機(jī)（采用工控機(jī)）、中央控制器（CCU）和現(xiàn)場測量控制單元（MCU）、傳感器及通訊網(wǎng)絡(luò)組成。MCU放置在觀測房內(nèi)，與傳感器聯(lián)接，工控機(jī)，作為網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的聯(lián)接工作。
　　 系統(tǒng)中測量控制單元可以按預(yù)先設(shè)置的定時時間，自動對傳感器執(zhí)行定時數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給工控機(jī)同時保存在MCU的存儲器中；也可以執(zhí)行工控機(jī)發(fā)來的隨機(jī)采集命令，對任何傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)操作員在調(diào)度中心工作站可任意查看當(dāng)前或歷史數(shù)據(jù)，利用圖形、報表或分析軟件等工具對大壩的性態(tài)作出進(jìn)一步分析處理。
系統(tǒng)功能介紹
　　 1 數(shù)據(jù)采集功能
　　　 （1） 隨機(jī)數(shù)據(jù)采集(應(yīng)答)方式
　　　　 a.自動巡回采集所有傳感器數(shù)據(jù)
　　　　 b.按傳感器類型，選擇采集某類型傳感器數(shù)據(jù)
　　　　 c.按MCU節(jié)點（從站）號，選擇采集某個MCU傳感器數(shù)據(jù)
　　　　 d.按傳感器編號、單獨選擇采集某個傳感器數(shù)據(jù)（單個補(bǔ)測）
　　　 （2）自動數(shù)據(jù)采集（自報）方式
　　　　 由各臺MCU按預(yù)先設(shè)置的方式，自動巡回檢測各個傳感器數(shù)據(jù)，并送至前置機(jī)（工控機(jī)）。主要有以下功能：
　　　　 a.前置機(jī)（工控機(jī)）校對MCU時鐘；
　　　　 b.前置機(jī)（工控機(jī)）設(shè)置數(shù)據(jù)采集周期和采集點；
　　　　 c.MCU自報采樣數(shù)據(jù)；
　　　　 d.前置機(jī)（工控機(jī)）查核自報數(shù)據(jù)，10天以內(nèi)若有未收到的數(shù)據(jù)，可以向MCU重新取數(shù)；
　　　　 e.清MCU數(shù)據(jù)區(qū)。
2 實時顯示數(shù)據(jù)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(biāo)電擊分布圖中傳感器位置，執(zhí)行數(shù)據(jù)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(shè)位置、參數(shù)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(guān)圖；
　　 提供報警狀態(tài)顯示窗口和分級報警功能；
3 數(shù)據(jù)分析處理功能
　　 對大壩的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差處理、整編計算；
　　 調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)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(shù)據(jù)，如壩體外部變形的表面測點數(shù)據(jù)，可以人工輸入數(shù)據(jù)庫；
　　 可以人工輸入修改、刪除數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)（受操作員權(quán)限限制）；
　　 自動采集的數(shù)據(jù)可以選擇"存盤"或"不存盤"；
　　 具備數(shù)據(jù)查詢功能，用戶能根據(jù)查詢條件，查詢各種歷史數(shù)據(jù)。如：某庫水位值時，某個滲壓計的歷史數(shù)據(jù)；
　　 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(shù)據(jù)庫管理功能
　　 能提供原始測值數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫等各種類型的數(shù)據(jù)庫；
　　 能夠?qū)Ω鞣N數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理、轉(zhuǎn)換和添加等管理工作；
大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖



2．3水情測報系統(tǒng)：
　　 系統(tǒng)配置有前置機(jī)（工控機(jī)）、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(shù)。中心站前置機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行識別判錯、分類整理，形成數(shù)據(jù)文件存入前置機(jī)內(nèi)存。形成的數(shù)據(jù)文件可經(jīng)過局域網(wǎng)存入服務(wù)器數(shù)據(jù)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(jìn)行通訊，保證了通道通暢。
系統(tǒng)功能介紹 
1. 隨機(jī)自報功能。當(dāng)監(jiān)測累計參量達(dá)到一個最小檢測值時，如雨量達(dá)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(shù)。當(dāng)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(shù)據(jù)時間間隔大于設(shè)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(dāng)新監(jiān)測的參數(shù)不發(fā)生變化時，每天按設(shè)定的時間間隔，定時向中心站發(fā)送實時參數(shù)和測站工作狀態(tài)。 
3. 測站發(fā)送完數(shù)據(jù)，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(hù)發(fā)射機(jī)和節(jié)省電源。 
4. 利用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器及國際先進(jìn)的微處理器設(shè)計的RTU終端機(jī)，具有水位消浪濾波處理，電源下限自動報警功能和先進(jìn)的信道糾錯、檢錯、編碼功能。 
5. 由于將調(diào)制解調(diào)器與電臺進(jìn)行一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡化了RTU的設(shè)計，從而提高了其可靠性。 
6. 通過鍵盤，可現(xiàn)場設(shè)置各種相關(guān)參數(shù)。如可采集、顯示、發(fā)送各種傳感器實測參數(shù)，可設(shè)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(diào)試與維護(hù)工作的方便、簡單。 
2．4閘門監(jiān)控系統(tǒng)
　　 系統(tǒng)的主要內(nèi)容是通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到水閘水位、閘門工情、圖像信息自動化采集與傳輸，達(dá)到能夠在監(jiān)控中心遠(yuǎn)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(shè)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(jī)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺及應(yīng)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(jī)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(shè)?，F(xiàn)場通過PLC來控制閘門起閉設(shè)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(jù)實測水文資料，自動設(shè)定閘門開度，提高自動化控制程度，減少人工誤差。通過設(shè)立保護(hù)裝置，能對執(zhí)行過程中發(fā)生的意外情況進(jìn)行及時處理。結(jié)合遠(yuǎn)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(diào)度系統(tǒng)
　　 優(yōu)化調(diào)度主要內(nèi)容是當(dāng)洪水來臨時在確保水庫防洪安全的條件下，根據(jù)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(diào)度計劃。利用計算機(jī)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(guān)于壩體的安全參數(shù)作為水庫防洪的決策依據(jù)。 
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(jìn)的電子科技手段,對遠(yuǎn)端場景進(jìn)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(shù)防范和管理系統(tǒng)。計算機(jī)數(shù)字監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)控報警業(yè)界的新型產(chǎn)品，它采用視頻圖像數(shù)字化壓縮記錄的形式，采用高性能的工業(yè)計算機(jī)，增加攝像機(jī)圖像輸入路數(shù)，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(jī)交互界面，便構(gòu)成了以計算機(jī)為核心的數(shù)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(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程錄像查詢、回放、參數(shù)設(shè)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(kuò)性 
2．7辦公自動化系統(tǒng)
　　 根據(jù)水庫各辦公室職能分配其各自權(quán)限，分別進(jìn)行水庫信息化信息系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)的查詢。并通過局域網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)外設(shè)資源，如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字化儀等，實現(xiàn)文件共享服務(wù)、FTP文件傳輸服務(wù)、Email電子信箱服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布、局域網(wǎng)通訊服務(wù)等，可按信息化建設(shè)進(jìn)程分步實現(xiàn)財務(wù)電算化、人事勞資管理、物資管理、公文流轉(zhuǎn)、財務(wù)電算化等。
2．8 Web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(guān)性，通過設(shè)立一個中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，把各子系統(tǒng)中的信息經(jīng)過整理、提煉、挖掘后存放到數(shù)據(jù)庫中，減少了信息冗余度，并提高了信息的可靠性和科學(xué)性。用基于JAVA技術(shù)開發(fā)Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，根據(jù)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織成相應(yīng)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(gòu)成圖等，動態(tài)頁面即把服務(wù)器中存放的數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)邏輯組織，以數(shù)據(jù)表格、圖形的方式顯示，達(dá)到實時、直觀的效果。
Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)由下列內(nèi)容組成： 
水庫工程概況 
主要建筑物、儀器、設(shè)備圖片 
大壩安全監(jiān)測儀器分布圖 
大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)日報表 
大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)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(nèi)部水位浸潤線 
水庫氣象數(shù)據(jù) 
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(shù)開發(fā)的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)具有客戶端應(yīng)用方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)和跨平臺應(yīng)用的好處。一般客戶端機(jī)器的Windows操作系統(tǒng)內(nèi)嵌有IE瀏覽器，只要連接在局域網(wǎng)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(wù)器端增加一個遠(yuǎn)程接入設(shè)備后，上級部門或遠(yuǎn)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(wǎng)資源一樣，根據(jù)網(wǎng)頁布置，進(jìn)入所需要的頁面，查詢相關(guān)信息。
3、系統(tǒng)配置
以EVOC嵌入式智能產(chǎn)品為例子，闡述系統(tǒng)配置如下：。
3.1、主機(jī)：
A、機(jī)箱： IPC-8420/PS-270A/6113LP4
B、主板： FSC-1711VN全長CPU卡
C、數(shù)據(jù)采集卡：PCL-711B低成本多功能數(shù)據(jù)采集卡、PCL-733 32路隔離數(shù)字輸入卡、PCL-734 32路隔離數(shù)字輸出卡
3.2、服務(wù)器：
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 80G
WWW服務(wù)器 IPC-810/PS-270A/6114P4 + FSC-1711VN + P4 2.0G +512M DDR + 60G
3.3、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)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(shù)字輸入模塊）
ARK-24520 (RS-232 至 RS-485協(xié)議轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)冗余，提高了信息的可靠性和科學(xué)性。快速方便的信息傳遞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(shè)打下了基礎(chǔ)。